Экология и защита биосферы (стр. 3 )

Самоочищение атмосферы

Воздушный океан обладает способностью к самоочищению от загрязняющих веществ. Аэрозоли вымываются из атмосферы осадками, ионы оседают под влиянием электрического поля атмосферы, а также вследствие гравитации (процессы седиментации). В отсутствии атмосферных осадков происходит выпадение аэрозолей в результате соприкосновения нижнего слоя воздуха с земной поверхностью и предметами, расположенными на ней. Так, воздушные потоки, приносящие загрязнения, очищаются, встречая на своем пути лес. На деревьях осаждаются не только твердые частицы, но и летучие вещества.

Вследствие турбулентного перемешивания приземный слой воздуха все время обновляется, поэтому на поверхность Земли отлагается значительное количество аэрозолей. Процессы самоочищения атмосферы связаны не только с выпадением осадков и образованием нисходящих потоков, но и другими метеорологическими явлениями, а также в основе самоочищения атмосферы лежат физические, физико-химические и химические процессы. Всякое загрязнение вызывает у природы защитную реакцию, направленную на его нейтрализацию. Однако при все прогрессирующем росте загрязнений становится очевидным, что природные системы самоочищения рано или поздно не смогут выдержать такой натиск.

Способность атмосферы к самоочищению имеет определенные границы. Если они будут превышены, то самоочищение в атмосфере не приведет к полному рассеиванию и разложению примесей. Поэтому большие объемы вредных выбросов в атмосферу вызывают целый ряд неблагоприятных последствий.

Загрязнение атмосферы

Загрязнением атмосферы называют привнесение новых, не характерных для нее физических, химических и биологических агентов или повышение их содержания здесь сверх допустимого санитарно-гигиенического уровня.

Различают естественное и антропогенное загрязнение атмосферы. Первое связано с проникновением в атмосферу космических частиц, вулканического пепла, пыли, образующееся при развевании почв, пыльцы растений, морской соли, дыма лесных пожаров. Второе вызывается производственной деятельностью человека, различными видами транспорта, пылью, образующейся при земляных работах, при разгрузке и хранении сыпучих материалов (известь, мел, цемент и т. д.) без соблюдения надлежащих правил.

Все загрязнители делятся на материальные (пыль, шлаки, шламы, золы, газы и т. д.) и физические, или энергетические (тепловая энергия, шум, вибрация, электрические и электромагнитные поля и т. д.).

Материальные загрязнители подразделяются на механические, химические и биологические. К механическим относятся пыль, аэрозоли и твердые частицы (металлическая пыль, стружка, опилки, шлаки, шламы, золы, выброшенные бракованные детали и т. д.).

Химическими загрязнителями являются всевозможные газообразные, жидкие и твердые химические соединения и элементы, попадающие в атмосферу и выступающие во взаимодействие с окружающей средой (кислоты, щелочи, эмульсии, смазочно-охлаждающие смеси, сернистый газ и т. д.).

Биологические загрязнители – все виды организмов, появляющиеся при участии человека и наносящие ему вред (бактерии, вирусы, грибки, сине - зеленые водоросли и т. д.)

К энергетическим загрязнителям относятся все виды энергии, теряемой в виде отходов разнообразных производств: тепловая, механическая, ионизирующие излучения, электромагнитные поля, звуковые волны и т. д.

Последствия загрязнения атмосферы

Появление в атмосфеpе вpедных пpимесей может пpиводить к pазличным глобальным пpоцессам:
1. вымывание из атмосферы кислот – «кислотные дожди»;
2. уменьшение содержания стратосферного озона, появление «озоновых дыр»;
3. потепление климата, вызванное накоплением в атмосфеpе газов, поглощающих инфракрасное излучение и препятствующих его рассеиванию, – «парниковый» эффект;
4. смог в городах и т. д.

«Кислотные дожди». Причиной этого явления является наличие в атмосфеpе диоксидов серы и азота.

Основными антропогенными источниками диоксида серы (SO2) являются процессы:
1. сжигание ископаемого топлива;
2. промышленное производство (прежде всего в металлургии);
3. эксплуатация автомобилей (выхлопные газы)

В ясную погоду содержание серной кислоты составляет 3 % концентрации сернистого газа, а в пасмурную – до 15 %. Растворы серной кислоты держатся в виде капелек тумана или выпадают с дождями, "кислотные дожди". Кислотность, определяемая водородным показателем pH, для дождевой воды равна 5,6 – 5,7. В чистых реках и озерах pH = 8; при pH = 7 из-за недостатка кальция начинает гибнуть икра некоторых рыб; при pH = 5,5 появляется мох сфагнум, не пригодный для питания обитателей водоемов; при pH = 4,5 погибают рыба, лягушки, насекомые, вода становиться стерильной, на дне развиваются сфагнум, грибы и бактерии-анаэробы, выделяющие углекислый газ, метан и сероводород.
При длительном воздействии содержащихся в воздухе оксидов серы у человека возникают хронический бронхит и другие легочные заболевания.

Сернистый газ, и серная кислота разрушают хлорофилл в листьях растений, в связи с этим затрудняются фотосинтез и дыхание, замедляется рост, снижается урожайность сельскохозяйственных культур, ухудшается состояние древесных насаждений. При более высоких дозах и продолжительном действии растения, особенно хвойные, погибают. Превышение кислотности почв снижает эффективность применения удобрений, угнетает наиболее ценные многолетние травы. Аналогично ведут себя и оксиды азота, являясь частью "кислотных дождей». От кислотных выбросов страдают здания и архитектурные памятники.

Смог в городах. При большом содержании в воздухе газов и пыли (сажи) и застое воздуха над промышленными районами в связи с метеорологической инверсией (изменение температуры с высотой), сопровождающейся ростом температуры снизу вверх, образуются смоги.
Происхождение этого английского слова становится видно из следующей схемы:
Smoke + fog = Smog
дым туман
Различают два вида смога: зимний смог (лондонский тип, влажный) и летний смог (лос - анджелесский тип, сухой).
Метеорологической предпосылкой для зимнего смога является безветренная тихая погода. При этом слой более теплого воздуха расположен над приземным слоем холодного воздуха (ниже 700 м, приземная инверсия), движение воздуха вблизи поверхности земли почти отсутствует (менее 3 м/с). Горизонтальный и вертикальный обмен воздуха затруднен. Загрязняющие вещества, которые обычно через высокие дымовые трубы распределяются в высоких слоях и переносятся на большие расстояния, в данном случае скапливаются в приземном слое.
«Лондонским смогом» называют аэрозоль, образующийся в воздухе из капелек вместе с твердыми частицами не полностью сгоревших веществ.
Концентрации оксидов серы, взвешенных твердых частиц и оксида углерода могут быстро достигать опасных для здоровья человека уровней и приводить к нарушению дыхания, раздражению слизистых оболочек, расстройству кровообращения, а нередко к смерти Особую опасность смог представляет для детей, старых и больных людей. Вследствие катастрофического лондонского смога в 1952 г. в течение двух недель погибло 4 000 чел.
Летний смог называют также фотохимическим смогом – это вторичное загрязнение воздуха, возникающее в результате разложения загрязняющих веществ солнечными лучами, особенно ультрафиолетовыми.
Основной вклад в формирование фотохимического смога вносят оксиды азота (NOX) и озон (О 3), дополнительными составляющими являются оксид углерода (СО), перекись ацетилнитрата (главный видимый компонент смога), углеводороды, основным источником которых являются автомобили. В загазованном воздухе под действием интенсивного облучения возникает синеватая прозрачная дымка, состоящая из озона (до 3 мг/м3 и более), оксидов азота, монооксида углерода СО (продукт неполного сгорания бензина) и различных органических соединений. Все эти вещества раздражают слизистую оболочку глаз и органы дыхания человека, в сырую погоду висят в воздухе в виде аэрозоля, снижая видимость на дорогах, в зоне их действия увядают цветы, скручиваются листья, нарушается рост и плодоношение деревьев.

Согласно существующим оценкам, содержание озона в приземном слое атмосферы с начала эпохи индустриализации возросло примерно на 100 % и ежегодно повышается 1,0 – 1,6 %. Понижение концентраций озона может быть достигнуто за счет существенного уменьшения выбросов оксидов азота и углеводородов.

Антропогенные изменения климата

Среди глобальных проблем биосферы, обусловленных антропогенным воздействием, наиболее значительной является проблема возможного непреднамеренного изменения климата планеты. По прогнозам ученых, в ближайшие полстолетия температура Земли повысится на 2 –3oС. (За каждые сто лет температура Земли повышается в среднем на 6 – 8oС.) Причиной такого термического разогрева является:
1. прямое нагревание атмосферы;
2. атмосфера может получить некоторое количество дополнительного тепла из-за уменьшения альбедо (альбедо – лат., albus – светлый – величина, характеризующая отражательную способность любой поверхности, связанную с ее физическими свойствами, выражающуюся отношением отраженного потока лучистой энергии ко всему упавшему на поверхность потоку, среднее альбедо Земли – 0,39, Луны – 0,07) земной поверхности при ее орошении, создании водохранилищ, строительстве зданий и дорог, изменений лесистости;
3. существенным антропогенным фактором является усиление «парникового эффекта» атмосферы из-за накопления в ней углекислого газа, а также ряда других газов, составляющих малые примеси к атмосферному воздуху (метан, оксиды азота, фреоны и тропосферный озон).

«Парниковый эффект» - Задержка тепла атмосферой – нормальный процесс, происходивший и до появления человека на Земле. Суть этого процесса в том, что примерно 30 % энергии, идущей от Солнца, отражается от облаков, от частиц, содержащихся в атмосфере, от поверхности Земли. Остальные 70 % поглощаются облаками и поверхностью Земли. Поглощенная энергия переизлучается Землей и атмосферой уже в инфракрасном (ИК) диапазоне. Большая часть ИК-переизлучения, однако, задерживается парниковыми газами и облаками и возвращается к поверхности Земли. Так возникает «парниковый эффект».

Роль парниковых газов играют второстепенные компоненты атмосферы СО2, СН 4, NOX, тропосферный озон и хлорфторуглероды. Главным является СО 2 , поскольку, во-первых, его доля в атмосфере несколько больше долей других парниковых газов (хотя в целом, напомним, относительно невелика - 0,03% от всех газов, составляющих атмосферу), а во-вторых, именно у СО 2 в настоящее время наиболее интенсивно увеличивается концентрация прежде всего в результате сжигания человеком ископаемого топлива и вырубки лесов.

Диоксид углерода задерживает половину тепла в атмосфере, однако у него есть конкурент – метан (СН4) – гораздо более эффективный поглотитель инфракрасного излучения (хотя и содержащийся в атмосфере в существенно меньших количествах). Концентрация СН4 в атмосфере начала возрастать примерно 300 лет назад, а в последние 100 лет резко увеличилась. Анализ воздуха, заключенного в образцы глубинного льда Антарктиды и Гренландии, показал, что концентрация атмосферного метана растет со скоростью 1 % в год – в два раза быстрее, чем у СО2!