Антропогенное воздействие на атмосферу. 5

Содержание

Введение…………………………………………………………………………...3

Основные загрязняющие вещества………………………………………………4

Аэрозольное загрязнение  атмосферы……………………………………………7

Фотохимический  туман (смог)…………………………………………………...9

Проблема контролирования  выброса в атмосферу загрязняющих веществ промышленными предприятиями………………………………………………11

Экологические последствия загрязнения атмосферы…………………………12

Заключение……………………………………………………………………….16

Список используемой литературы……………………………………………...17

Введение

Вопрос о воздействии человека на атмосферу находится в центре внимания специалистов и экологов всего мира. И это не случайно, так как крупнейшие глобальные экологические проблемы современности - «парниковый эффект», нарушение озонового слоя, выпадение кислотных дождей, связаны именно с антропогенным загрязнением атмосферы.

Охрана атмосферного воздуха - ключевая проблема оздоровления окружающей природной среды. Атмосферный  воздух занимает особое положение среди  других компонентов биосферы. Значение его для всего живого на Земле невозможно переоценить. Человек может находиться без пищи пять недель, без воды - пять дней, а без воздуха всего лишь пять минут. При этом воздух должен иметь определенную чистоту и любое отклонение от нормы опасно для здоровья.

Атмосферный воздух выполняет и сложнейшую защитную экологическую функцию, предохраняя Землю от абсолютно холодного Космоса и потока солнечных излучений. В атмосфере идут глобальные метеорологические процессы, формируются климат и погода, задерживается масса метеоритов.

Атмосфера обладает способностью к самоочищению. Оно происходит при вымывании аэрозолей из атмосферы осадками, турбулентном перемешивании приземного слоя воздуха, отложении загрязненных веществ на поверхности земли и т. д. Однако в современных условиях возможности природных систем самоочищения атмосферы серьезно подорваны. Под массированным натиском антропогенных загрязнений в атмосфере стали проявляться весьма нежелательные экологические последствия, в том числе и глобального характера. По этой причине атмосферный воздух уже не в полной мере выполняет свои защитные, терморегулирующие и жизнеобеспечивающие экологические функции.

1. Основные  загрязняющие вещества.

Существует два основных источника загрязнения атмосферы: естественный и антропогенный. Естественный – это вулканы, лесные пожары, пыльные бури, выветривание, процессы разложения растений и животных. Источником антропогенного загрязнения атмосферы различными веществами являются теплоэнергетика, нефтегазопереработка, промышленность, транспорт и др. По мнению специалистов, в результате деятельности человека в атмосферу Земли ежегодно поступает 25,5 миллиардов тонн оксидов углерода, 190 миллионов тонн оксидов серы, 65 миллионов тонн оксидов азота, 1,4 миллиона тонн хлорфторуглеродов. Половина всех выбросов в атмосферу приходится на предприятия таких отраслей промышленности, как энергетика 24,8% и металлургия 26,2%.

В последние годы наибольшее количество вредных веществ в  атмосферу выбрасывается с выхлопными газами автомобилей, причём их доля постоянно  возрастает. В нашей стране она составляет более 30%, а в США – более 60% от общего выброса загрязняющих веществ в атмосферу.

Особую тревогу вызывает состояние воздуха в крупных  городах.

Так, в Москве выбросы  вредных веществ от автотранспорта превысили 800 тысяч тонн в год, что составляет 70 процентов от общего количества загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу города за год.

Различные негативные изменения  атмосферы Земли связаны главным  образом с изменением концентрации второстепенных компонентов атмосферного воздуха. Так, установлено, что основными причинами парникового эффекта являются диоксид углерода, метан, оксид азота, озон и фреоны. Возникшая проблема истощения озонового слоя, в том числе появления озоновой дыры в Антарктиде и Арктике, связана с чрезмерным применением фреонов в производстве и быту.

Атмосферные загрязнители разделяют на первичные,  поступающие непосредственно  в атмосферу, и  вторичные,  являющиеся  результатом превращения последних.    Так, поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется до  серного ангидрида,  который взаимодействует с парами воды и образует капельки серной кислоты.  При  взаимодействии серного ангидрида  с  аммиаком  образуются кристаллы сульфата аммония.

Подобным образом, в  результате химических,  фотохимических, физико-химических реакций между загрязняющими веществами                          и компонентами атмосферы,  образуются  другие  вторичные признаки. Основным источником пирогенного загрязнения на планете являются тепловые электростанции, металлургические и химические предприятия, котельные установки, потребляющие более 70%  ежегодно добываемого твердого и жидкого топлива. Основными вредными   примесями  пирогенного  происхождения  являются следующие:

- Оксид углерода.  Получается при неполном сгорании углеродистых веществ.  В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 1250 млн.т.  Оксид углерода является соединением,  активно реагирующим  с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.

- Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серусодержащего топлива или  переработки  сернистых  руд (до 170 млн.т. в год).  Часть  соединений  серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах. Только в США общее количество  выброшенного в атмосферу сернистого ангидрида составило 65 %  от общемирового выброса.

- Серный  ангидрид. Образуется  при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является  аэрозоль или раствор серной  кислоты  в дождевой воде,  который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека.  Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой  влажности воздуха. Листовые пластинки растений, произрастающихна расстоянии менее  11 км.  от таких предприятий,  обычно  бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в местах оседания капель серной  кислоты.  Пирометаллургические предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида.

- Сероводород и сероуглерод.  Поступают в атмосферу  раздельно        или  вместе с другими соединениями серы.  Основными источниками выброса являются предприятия  по  изготовлению  искусственного волокна,  сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы.  В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.

- Оксиды  азота.  Основными  источниками выброса являются предприятия, производящие азотные удобрения,  азотную кислоту и нитраты,  анилиновые красители,  нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид.  Количество оксилов азота, поступающих в атмосферу, составляет 20 млн.т. в  год.

- Соединения фтора.  Источниками  загрязнения  являются предприятия по производству алюминия,  эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Фторосодержащие вещества поступают в  атмосферу в виде газообразных соединений - фтороводорода или пыли фторида натрия         и кальция. Соединения характеризуются токсическим  эффектом.  Производные  фтора  являются сильными инсектицидами.

- Соединения  хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих  соляную  кислоту,  хлоросодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду.  В атмосфере встречаются как примесь  молекулы хлора  и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией.  В металлургической промышленности при  выплавке  чугуна  и  при  переработке его на сталь происходит выброс в атмосферу различных тяжелых  металлов и ядовитых газов. Так, в расчете на 1 т. передельного чугуна выделяется кроме 12,7 кг. сернистого газа и 14,5 кг пылевых частиц,  определяющих количество соединений мышьяка, фосфора, сурьмы,  свинца, паров ртути и редких металлов, смоляных веществ и цианистого водорода.

2. Аэрозольное  загрязнение атмосферы.

Аэрозоли - это твердые или жидкие частицы,  находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе.  Твердые компоненты аэрозолей  в ряде случаев особенно опасны для организмов,  а у людей вызывают специфические  заболевания.  В  атмосфере  аэрозольные  загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы или дымки. Значительная  часть  аэрозолей образуется в атмосфере при  взаимодействии твердых и жидких частиц между собой или с  водяным паром. Средний размер аэрозольных частиц составляет 1-5 мкм. В атмосферу Земли ежегодно поступает около 1 куб.км. пылевидных частиц искусственного  происхождения.  Большое  количество пылевых частиц образуется также в ходе  производственной деятельности людей.  Сведения о некоторых источниках техногенной пыли приведены ниже:

Производственный процесс.

Выброс пыли, млн.т/год

1.   Сжигание каменного угля        93,600        

2.   Выплавка чугуна                      20,210        

3.   Выплавка меди (без очистки)   6,230

4.   Выплавка цинка                        0,180

5.   Выплавка олова (без очистки)  0,004

6.   Выплавка свинца                       0,130

7.   Производство цемента             53,370        

Основными источниками  искусственных аэрозольных загрязнений  воздуха являются ТЭС,  которые потребляют  уголь высокой зольности, обогатительные фабрики,  металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы.  Аэрозольные  частицы  от этих источников  отличаются большим разнообразием химического   состава. Чаще  всего  в  их составе обнаруживаются соединения   кремния, кальция и углерода,  реже - оксиды металлов: железа,   магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена,  мышьяка,  бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена,        а также асбест.

Еще большее разнообразие свойственно  органической пыли,  включающей алифатические и  ароматические  углеводороды, соли кислот.  Она образуется при сжигании остаточных нефтепродуктов,  в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих, нефтехимических и других подобных предприятиях.

Постоянными источниками  аэрозольного загрязнения  являются  промышленные отвалы  -  искусственные  насыпи из переотложенного  материала, преимущественно вскрышных  пород,  образуемых  при   добыче полезных  ископаемых или же из отходов предприятий перерабатывающей промышленности,  ТЭС.

Источником пыли и ядовитых газов служат массовые взрывные работы. Так,  в результате одного среднего по массе взрыва (250-300 тонн взрывчатых  веществ) в атмосферу выбрасывается около 2 тыс.куб.м. условного оксида углерода и более 150 т. пыли.

Производство  цемента  и   других строительных материалов также является источником загрязнения атмосферы пылью.  Основные технологические  процессы этих производств  -  измельчение и химическая обработка полуфабрикатов и получаемых продуктов в потоках горячих газов всегда сопровождается выбросами пыли и других вредных веществ в атмосферу.

К атмосферным загрязнителям относятся  углеводороды - насыщенные и ненасыщенные,  включающие от 1 до 13 атомов углерода. Они подвергаются различным превращениям, окислению, полимеризации,  взаимодействуя  с  другими  атмосферными загрязнителями после возбуждения солнечной радиацией.  В  результате этих реакций образуются перекисные соединения,  свободные радикалы,  соединения углеводородов                с оксидами азота и   серы часто в виде аэрозольных частиц. При некоторых погодных условиях могут образовываться особо большие скопления вредных   газообразных и аэрозольных примесей    в приземном слое воздуха.

Обычно это происходит в тех  случаях, когда в слое воздуха  непосредственно над  источниками газопылевой эмиссии существует   инверсия - расположения слоя более холодного воздуха под теплым, что  препятствует  воздушным  массам и задерживает перенос  примесей вверх. В результате вредные выбросы сосредотачиваются   под слоем инверсии,  содержание их у земли резко возрастает, что становится одной из причин образования  ранее  неизвестного   в природе фотохимического тумана.

3. Фотохимический  туман (смог).

Озон, образуемый близко у поверхности Земли, называют вредным. Он возникает во время грозы, при  ударе молнии, работе рентгеновского оборудования, его запах можно  ощутить возле работающего копировального оборудования. В загрязненном оксидами озона воздухе под действием солнечных лучей образуется озон, способствующий образованию опасного явления, называемого фотохимическим смогом. 

Фотохимический туман  представляет собой  многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят  озон, оксиды азота  и серы,  многочисленные органические соединения перекисной природы,  называемые в совокупности фотооксидантами.

Фотохимический смог возникает в результате фотохимических  реакций при определенных условиях:  наличии в атмосфере высокой концентрации  оксидов азота,  углеводородов и других загрязнителей, интенсивной солнечной радиации  и  безветрия  или очень слабого  обмена воздуха в приземном слое при мощной и в  течение не менее суток повышенной инверсии.  Устойчивая  безветренная погода, обычно сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации  реагирующих  веществ.

Такие условия  создаются  чаще  в июне-сентябре и реже зимой.   При продолжительной ясной погоде солнечная радиация  вызывает   расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода.  Атомарный кислород с молекулярным   кислородом дают озон.  Казалось бы,  последний, окисляя оксид   азота, должен снова превращаться в  молекулярный  кислород, а оксид азота - в диоксид.  Но этого не происходит. Оксид азота   вступает в реакции с олефинами выхлопных газов,  которые  при   этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул  и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации новые массы диоксида  азота расщепляются и дают дополнительные количества озона.

Возникает циклическая  реакция, в итоге которой в  атмосфере постепенно накапливается  озон. Этот процесс в  ночное время прекращается. В свою очередь озон вступает в реакцию олефинами.  В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для  фотохимического тумана  оксиданты.  Последние являются источником так  называемых свободных радикалов, отличающихся особой реакционной способностью.

Такие смоги - нередкое явление  над Лондоном,   Парижем, Лос-Анджелесом, Нью-Йорком и другими городами Европы  и Америки. По своему физиологическому воздействию на организм   человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти городских   жителей с ослабленным здоровьем.

4. Проблема  контролирования выброса в атмосферу  загрязняющих веществ промышленными  предприятиями.

ПДК – такие концентрации, которые на человека и его потомство не вызывает прямого или косвенного воздействия, не ухудшают их работоспособности, самочувствия, а также санитарно-бытовых условий жизни людей. Обобщение всей информации по ПДК, получаемой всеми ведомствами, осуществляется в ГГО – Главной Геофизической Обсерватории.

Чтобы по результатам наблюдений определить значения воздуха, измеренные значения концентраций сравнивают с максимальной разовой предельно допустимой концентрацией и определяют число случаев, когда были превышены ПДК, а также во сколько раз наибольшее значение было выше ПДК.

Среднее значение концентрации за месяц или за год сравнивается с ПДК длительного действия – среднеустойчивой ПДК. Состояние загрязнение воздуха несколькими веществами, наблюдаемые в атмосфере города, оценивается с помощью комплексного показателя – индекса загрязнения атмосферы (ИЗА).

Для этого нормированные  на соответствующее значения ПДК  и средние концентрации различных  веществ с помощью несложных  расчетов приводят к величине концентраций сернистого ангидрида, а затем суммируют.

Максимальные разовые концентрации основных загрязняющих веществ были наибольшими в Норильске (оксиды азота и серы), Фрунзе (пыль), Омске (угарный газ). Степень загрязнения воздуха основными загрязняющими веществами находится в прямой зависимости от промышленного развития города.

Наибольшие максимальные концентрации характерны для городов  с численностью населения более 500 тыс. жителей. Загрязнение воздуха  специфическими веществами зависит от вида промышленности, развитой в городе.

Если в крупном городе размещены предприятия нескольких отраслей промышленности, то создается очень высокий уровень загрязнения воздуха, однако проблема снижения выбросов многих специфических веществ до сих пор остается нерешенной.

5. Экологические  последствия загрязнения атмосферы.

Загрязнение атмосферного воздуха воздействует на здоровье человека и на окружающую природную среду различными способами — от прямой и немедленной угрозы (смог и др.) до медленного и постепенного разрушения различных систем жизнеобеспечения организма. Во многих случаях загрязнение воздушной среды нарушает структурные компоненты экосистемы до такой степени, что регулятор-ные процессы не в состоянии вернуть их в первоначальное состояние и в результате механизм гомеостаза не срабатывает.

Рассмотрим, как влияет на окружающую природную среду локальное (местное) загрязнение атмосферы, а затем глобальное. Физиологическое воздействие на человеческий организм главных загрязнителей чревато самыми серьезными последствиями. Так, диоксид серы, соединяясь с влагой, образует серную кислоту, которая разрушает легочную ткань человека и животных. Особенно четко эта связь прослеживается при анализе детской легочной патологии и степени концентрации диоксида серы в атмосфере крупных городов.

Пыль, содержащая диоксид кремния вызывает тяжелое заболевание легких — силикоз. Оксиды азота раздражают, а в тяжелых случаях и разъедают слизистые оболочки глаз, легких, участвуют в образовании ядовитых туманов и т. д. Особенно опасны они, если содержатся в загрязненном воздухе совместно с диоксидом серы и другими токсичными соединениями. В этих случаях даже при малых концентрациях загрязняющих веществ возникает эффект синергизма, т. е. усиление токсичности всей газообразной смеси. 
Широко известно действие на человеческий организм оксида углерода (угарного газа). При остром отравлении появляются общая слабость, головокружение, тошнота, сонливость, потеря сознания, возможен летальный исход (даже спустя 3-7 дней). Однако из-за низкой концентрации СО в атмосферном воздухе он, как правило, не вызывает массовых отравлений, хотя и очень опасен для лиц, страдающих анемией и сердечнососудистыми заболеваниями. 
Весьма неблагоприятные последствия, которые могут сказываться на огромном интервале времени и связаны с такими незначительными по объему выбросами, как свинец, фосфор, кадмий, мышьяк, кобальт и др. Они угнетают кроветворную систему, вызывают онкологические заболевания, снижают сопротивление организма инфекциям и т. д. Пыль, содержащая соединения свинца и ртути, обладает мутагенными свойствами и вызывает генетические изменения в клетках организма.

Последствия воздействия  на организм человека вредных веществ, содержащихся в выхлопных газах  автомобилей, весьма серьезны и имеют  широчайший диапазон действия: от кашля  до летального исхода. Тяжелые последствия  в организме живых существ вызывает и ядовитая смесь дыма, тумана и пыли — смог. Различают два типа смога: зимний смог (лондонский тип) и летний (лос-анджелесский тип). Лондонский тип смога возникает зимой в крупных промышленных городах при неблагоприятных погодных условиях (отсутствие ветра и температурная инверсия). Температурная инверсия проявляется в повышении температуры воздуха с высотой в некотором слое атмосферы (обычно в интервале 300— 400 м от поверхности земли) вместо обычного понижения. В результате циркуляция атмосферного воздуха резко нарушается, дым и загрязняющие вещества не могут подняться вверх и не рассеиваются. Нередко возникают туманы. Концентрации оксидов серы, взвешенной пыли, оксида углерода достигают опасных для здоровья человека уровней, приводят к расстройству кровообращения, дыхания, а нередко и к смерти. Рассеять смог может только ветер. 
Лос-анджелесский тип смога, или фотохимический смог, не менее опасен, чем лондонский. Возникает он летом при интенсивном воздействии солнечной радиации на воздух, насыщенный, а вернее, перенасыщенный выхлопными газами автомобилей. В Лос-Анджелесе, выхлопные газы более четырех миллионов автомобилей выбрасывают только оксидов азота в количестве более чем тысяча тонн в сутки. При очень слабом движении воздуха или безветрии в воздухе в этот период идут сложные реакции с образованием новых высокотоксичных загрязнителей (озон, органические перекиси, нитриты и др.), которые раздражают слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта, легких и органов зрения.

Антропогенные выбросы загрязняющих веществ в больших концентрациях и в течение длительного времени наносят большой вред не только человеку, но отрицательно влияют на животных, состояние растений.  
В экологической литературе описаны случаи массового отравления диких животных, птиц, насекомых при выбросах вредных загрязняющих веществ большой концентрации (особенно залповых). Так, например, установлено, что при оседании на медоносных растениях некоторых токсичных видов пыли наблюдается заметное повышение смертности пчел. Что касается крупных животных, то находящаяся в атмосфере ядовитая пыль поражает их в основном через органы дыхания, а также поступая в организм вместе со съеденными запыленными растениями. 
В растения токсичные вещества поступают различными способами. Установлено, что выбросы вредных веществ действуют как непосредственно на зеленые части растений, попадая через устьица в ткани, разрушая хлорофилл и структуру клеток, так и через почву на корневую систему.

Загрязняющие газообразные вещества по-разному влияют на состояние растительности. Одни лишь слабо повреждают листья, хвоинки, побеги (окись углерода, этилен и др.), другие действуют на растения губительно (диоксид серы, хлор, пары ртути, аммиак, цианистый водород и др.). Особенно опасен для растений диоксид серы, под воздействием которого гибнут многие деревья, и в первую очередь хвойные — сосны, ели, пихты, кедр. 
В результате воздействия высокотоксичных загрязнителей на растения отмечается замедление их роста, образование некроза на концах листьев и хвоинок, выход из строя органов ассимиляции и т. д.  
Способна ли растительность восстановиться после снижения воздействия вредных загрязняющих веществ? Во многом это будет зависеть от восстанавливающей способности оставшейся зеленой массы и общего состояния природных экосистем. В то же время следует заметить, что невысокие концентрации отдельных загрязнителей не только не вредят растениям, но и, как, например, кадмиевая соль, стимулируют прорастание семян, прирост древесины, рост некоторых органов растений.

Заключение

Уровень жизни  и состояние здоровья людей в  новом тысячелетии будут зависеть от того, как скоро сегодня будут  приняты меры для улучшения экологической  ситуации. Надо остановить увеличение загрязненности окружающей среды. Это  можно сделать, уменьшив количество отходов путем соблюдения технологической дисциплины, экономного отношения к использованию воды, энергии, других природных ресурсов.

Дальнейшее  улучшение экологической ситуации возможно только через экологизацию промышленного и сельскохозяйственного производства и экологизацию мышления всего населения.

Экологическое благополучие окружающей среды, сбалансированность потребностей экономического развития и возможностей воссоздания экологически полноценных природных в частности  водных, ресурсов - основа стабильного развития государства и мирового сообщества в целом.

Список  используемой литературы

1.Кривошеин Д.А., Муравей Л.А. Экология и безопасность жизнедеятельности. Учебное пособие - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000.- 447с.

2.Павлова А.Н. Экология: рациональное природопользование и безопасность жизнедеятельности. Учебное пособие - М.: Высшая школа, 2005.- 343с.