Лекция №2

Лекция №2

Загрязнение окружающей среды и экологический мониторинг.

Загрязнение окружающей среды – любое внесение несвойственных ей живых или неживых компонентов, физических или структурных изменений или превышение сверхдопустимого значения присущих экосистеме компонентов, вызывающих прерывание или нарушение процессов круговорота и обмена веществ, потоков энергии с непременным следствием в форме снижения продуктивности или разрушения данной экосистемы.

Рис. 2.1 Классификация загрязнений

Экологический мониторинг. Система мониторинга

Конференция в Стокгольме в 1972г. по окружающей среде положила начало созданию глобальных систем мониторинга, состояния окружающей среды, включая и систему наблюдения за состоянием атмосферного воздуха, которая является сложной и информационной системой, оперирующей данными на всех земных масштабах, начиная с глобального уровня и заканчивая импактными уровнями. Можно представить всю систему мониторинга в виде пирамиды, наверху которой расположены фоновые измерения в самых чистых местах планеты, удаленных от места активной человеческой деятельности (глобальный фоновый мониторинг). Ниже – система регионального мониторинга; в самом низу - импактного. Система была бы не полной, если бы не включала наблюдения за источниками выбросов на самих предприятиях, то есть мониторинг источников, который на российских предприятиях осуществляется внутренними службами.

Мониторинг источников

Состав газовых выбросов в источнике полностью определяется в качественном и количественном отношениях технологией и ее совершенством. Уровни концентрации загрязняющих веществ в источниках превышают ПДК в десятки тысяч раз. Здесь используются неконтактные методы анализа, не требующие взятия проб.

Импактный мониторинг

Состав и уровни концентрации в значительной мере, но не полностью, определяются технологией производств, создающих загрязнение. В этом случае физико-химические процессы в окружающей среде и метеорологические условия играют существенную роль в создании наблюдаемых концентраций загрязняющих веществ. Прослеживается четкая связь между расположением источников, их характеристиками, направлением и скоростью ветра и полями концентрации загрязняющих веществ. Наблюдение осуществляется на стационарных, передвижных и подфакельных постах. Стационарные посты оборудованы метеорологической аппаратурой и приборами для контроля за 3 – 4 приоритетными веществами. Передвижные посты – лаборатории на колесах, которые служат для уточнения места расположения стационарных постов. Подфакельные посты следят за распространением выбросов из заводских труб, сообщая о случаях критических ситуаций. Такие службы также снабжены передвижными лабораториями.

Региональный мониторинг

Значительное удаление от предприятий приводит к тому, что уровни концентрации загрязняющих веществ оказываются ближе к фоновым. Аналитическая задача усложняется из-за необходимости концентрирования проб, а также из-за сильной вариабельности их величин и качественного состава. В этом случае мониторинг относится к аэроаналитическим задачам, так как роль воздушных потоков исключительно велика. Необходим учет всей региональной деятельности, включая сельскохозяйственную, а установить прямую связь между загрязнением атмосферы и конкретными технологиями нелегко, так как нужно учитывать вторичные процессы (фотохимические и биологические реакции). Региональный мониторинг дает возможность соотносить данные импактного и глобального фонового мониторинга, а также позволяет выявить основные пути распространения загрязняющих веществ на большие расстояния. Сведения о региональном фоновом загрязнении атмосферы получают из сети постов наблюдений за трансграничным переносом загрязняющих веществ. Косвенными показателями состояния загрязнения атмосферы могут служить данные о химическом составе проб, атмосферных осадков и снежного покрова.

Глобальный мониторинг

Всемирной метеорологической организацией (ВМО) в 1960-е годы была создана мировая сеть станций мониторинга фонового загрязнения атмосферы. Ее цель – получение информации о фоновых уровнях концентрации атмосферных составляющих, их вариациях и долгопериодных изменениях. В связи с нарастанием остроты проблемы загрязнения атмосферы в 1970-е годы был создан комитет ООН по окружающей среде, которым было принято решение о создании глобальной системы мониторинга окружающей среды (ГСМОС), которая предназначена для наблюдения за фоновым состоянием биосферы в целом и за процессами ее загрязнения. Станции фонового мониторинга ответственны за проведение наблюдений, за своевременную отправку данных в курирующие их организации: «правление по гидрометеорологии (УГМ)» и «Главная геофизическая обсерватория имени Воейкова (ГГО)»

Размещение станций

Станции комплексного фонового мониторинга (СКФМ) располагаются по определяющим ландшафтным и климатическим характеристикам данного региона с учетом источников загрязнения. Например, при наличии крупных локальных источников (административно промышленный центр города с населением более 500 тыс. человек) расстояние до наблюдательного полигона станции должно быть не менее 100 км. Если это выполнить невозможно, то станция располагается таким образом, чтобы повторяемость воздушного потока от источника к станции не превышала 20-30%.

Станция включает стационарный наблюдательный полигон и химическую лабораторию. Полигон составляют пробоотборные площадки, гидропосты и наблюдательные скважины. Химическая лаборатория находится на расстоянии не ближе 500 м от отборной площадки; там проводят обработку и анализ проб, которые не подлежат пересылке в региональную лабораторию (пробы на взвешенные частицы или на пыль, пробы на сульфаты и диоксид серы, рН, электропроводность, концентрации анионов и катионов в атмосферных выпадениях).

Базовые станции атмосферного фонового загрязнения (БАПМоН) делятся на: базовые, региональные и континентальные.

Базовые БАПМоН располагают в наиболее чистых местах, в горах, на изолированных местах. Их задача – контроль за глобальным фоновым уровнем, не испытывающим влияние локальных источников.

Региональные БАПМоН должны находиться в сельскохозяйственной местности, но не менее чем в 40 км от крупного загрязнения. Их цель – обнаружение в районе станции долгопериодных колебаний атмосферных составляющих, которые обусловлены изменениями в использовании земель и другими антропогенными воздействиями.

Континентальные БАПМоН размещаются в отдаленных районах, чтобы в радиусе 100 км не было источников загрязнения. Они охватывают более широкий спектр исследований.

Проводимые исследования состояния атмосферного воздуха показывают следующие результаты: антропогенные воздействия все существеннее нарушают качество окружающей природной среды, что подтверждается результатами мониторинга.

Чтобы проанализировать результаты мониторинга, необходимо сравнить нормативные данные по атмосфере в рабочих зонах в развитых странах мира.

Необходимость в проведении природоохранных мероприятий подтверждается данными по статистике заболеваний, вызываемых наличием вредных веществ в атмосферном воздухе. Например, концентрации вредных веществ, вызывающих острые хронические профзаболевания составляют: оксид углерода – 10,04 %, хлор – 8,26 %, аммиак – 6,1 %, свинец – 7,58 %, ртуть – 6,02 %, марганец – 5,13 %, сероводород – 3,79 %.

Состав атмосферного воздуха включает: азот – 78,084 %, кислород – 20,9 %, аргон – 0,93 %, углекислый газ – 0,03 %, неон – 0,06 %, гелий, ксенон, радон – 0,6 ‰ (промилле), водород – 1,4 ‰.

Кроме того, в атмосфере всегда есть аэрозоли – совокупность мельчайших твердых частиц и капель, подверженных броуновскому движению и обладающих пренебрежимо малой способностью седиментации. Радиус аэрозольных частиц – менее 1 мкм. Более крупные частицы называются пылью. Даже самый чистый воздух содержит аэрозоль, который образуется в результате естественных процессов без участия человека. Например, морская соль дает 1500 т/год, пыление почв – 750 т/год, вулканическая деятельность – 50 т/год, лесные пожары – 35 т/год, метеориты – 1 т/год.

Объем паров воды в атмосфере < 2 %, но ее следует рассматривать как важнейшую составляющую протекания многих химических реакций в атмосфере и являющуюся основным источником гидроксил – радикалов, которые обуславливают трансформацию многих органических и неорганических веществ в атмосфере.

Повышенная концентрация отдельных компонентов в воздухе приводит к загрязнениям и пагубно влияет на жизнедеятельность человека. Например, свинец блокирует внутриклеточные ферменты; алкоголь меняет структуру ДНК, что в комплексе ведет к нарушениям свойств нервной системы. Поэтому проведение замеров концентрации всех компонентов атмосферы имеет доминантное значение в деле обеспечения здоровья человека и комфортности условий окружающей среды.