Влияние деятельности человека на атмосферу

               ВЛИЯНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА НА АТМОСФЕРУ

    На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с

окружающим  миром.  Но с тех пор как появилось  высокоиндустри-

альное общество,  опасное вмешательство человека  в природу

резко усилилось,  расширился объём этого  вмешательства,  оно

стало  многообразнее  и  сейчас грозит стать глобальной опас-

ностью для человечества.  Расход невозобновимых  видов сырья

повышается, все больше пахотных земель выбывает из экономики,

так на них  строятся города и заводы.  Человеку приходится все

больше вмешиваться  в  хозяйство  биосферы  - той  части нашей

планеты, в  которой существует жизнь. Биосфера Земли в настоя-

щее время подвергается  нарастающему антропогенному воздейс-

твию. При этом можно выделить несколько наиболее  существенных

процессов, любой  из которых не улучшает экологическую  ситуа-

цию на планете.

Наиболее  масштабным  и  значительным  является  химическое

загрязнение среды несвойственными  ей  веществами  химической

природы. Среди  них - газообразные и аэрозольные  загрязнители

промышленно-бытового происхождения.  Прогрессирует и  накопле-

ние углекислого газа в атмосфере.  Дальнейшее развитие этого

процесса  будет усиливать нежелательную  тенденцию  в  сторону

повышения среднегодовой температуры на планете. Вызывает тре-

вогу у экологов и продолжающееся загрязнение Мирового  океана

нефтью и  нефтепродуктами, что может вызвать  су-

щественные нарушения газо-  и водообмена между гидросферой и

атмосферой. Не вызывает сомнений и значение химического  заг-

рязнения почвы пестицидами и ее повышенная кислотность, веду-

щая к распаду экосистемы.  В целом все рассмотренные факторы,

которым можно приписать загрязняющий эффект, оказывают замет-

ное влияние на процессы, происходящие в биосфере.

 

ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ ОТ ПОДВИЖНЫХ  ИСТОЧНИКОВ ВЫБРОСОВ

 В  последние  десятилетия  в  связи  с  быстрым  развитием автотранспорта и авиации  существенно увеличилась доля выбросов, поступающих   в  атмосферу   от  подвижных   источников:  грузовых и легковых  автомобилей,   тракторов,  тепловозов   и  самолетов. Согласно оценкам, в городах  на долю автотранспорта  приходится (в зависимости т развития в  данном  городе промышленности и  числа автомобилей) от 30 до 70 % общей  массы выбросов. В США в целом  по стране по крайней мере 40 % общей массы пяти основных загрязняющих веществ составляют выбросы подвижных источников.     

    Автотранспорт.

 Основной  вклад в загрязнение атмосферы  вносят автомобили, работающие на бензине (в США на их долю приходится около 75 %), затем самолеты (примерно  5 % ), автомобили  с дизельными двигателями (около 4 %), тракторы и другие сельскохозяйственные машины (около 4 % ), железнодорожный и водный транспорт (примерно 2 %). К основным загрязняющим атмосферу веществам, которые выбрасывают подвижные источники (общее число таких веществ превышает 40), относятся оксид углерода (в США его доля в общей массе составляет около 70 %), углеводороды (примерно 19 % ) и оксиды азота (около 9 % ). Оксид углерода (CO) и оксиды азота (N0x) поступают в атмосферу только с выхлопными газами, тогда как не полностью сгоревшие углеводороды (HnСm ) поступают как вместе с выхлопными газами (что составляет примерно 60 %  от общей массы выбрасываемых углеводородов), так и из картера (около 20 %), топливного бака (около 10 %) и карбюратора (примерно 10 %); твердые примеси поступают в основном с выхлопными газами (90 %) и из картера (10 %).

 Наибольшее  количество загрязняющих веществ выбрасывается  при разгоне автомобиля, собенно при быстром, а также при движении с малой скоростью (из диапазона аиболее экономичных). Относительная доля (от общей массы выбросов) углеводородов и оксида углерода наиболее высока при торможении и на холостом ходу, доля оксидов азота - при разгоне. Из этих данных следует, что автомобили особенно сильно загрязняют воздушную среду при частых остановках и при движении с малой скоростью.

 Создаваемые в городах системы движения в  режиме "зеленой волны", существенно  сокращающие число  остановок  транспорта на перекрестках, призваны сократить загрязнение атмосферного воздуха в городах. Большое влияние на качество и количество  выбросов примесей оказывает режим  работы двигателя, в частности соотношение между массами топлива и воздуха, момент зажигания, качество топлива, отношение поверхности камеры сгорания к ее объему и др. При увеличении отношения массы воздуха и топлива, поступающих в камеру  сгорания, сокращаются выбросы оксида углерода и углеводородов, но  возрастает выброс оксидов азота

 Несмотря  на то что  дизельные двигатели  более экономичны, таких веществ,  как  СО, HnCm, NОx, выбрасывают не более, чем бензиновые,  они существенно больше  выбрасывают дыма (преимущественно несгоревшего углерода), который к тому же обладает неприятным запахом создаваемым некоторыми  несгоревшими углеводородами). В сочетании же с создаваемым шумом дизельные двигатели не только сильнее загрязняют  среду, но и воздействуют на здоровье человека гораздо в большей степени, чем бензиновые.

    Самолеты.

 Хотя  суммарный  выброс  загрязняющих  веществ двигателями самолетов сравнительно невелик (для  города, страны), в районе аэропорта эти выбросы вносят определяющий вклад  в загрязнение  среды. К тому же турбореактивные двигатели (так же как дизельные) при посадке и взлете выбрасывают  хорошо заметный на глаз шлейф дыма. Значительное  количество примесей  в аэропорту выбрасывают  и  наземные передвижные  средства, подъезжающие и отъезжающие  автомобили.

 Согласно  полученным оценкам, в  среднем около  42 % общего расхода топлива тратится на выруливание самолета  к взлетно-посадочной полосе  (ВПП) перед  взлетом и  на заруливание с ВПП после  посадки (по времени в среднем  около 22 мин). При этом доля  несгоревшего и  выброшенного в  атмосферу топлива  при рулении намного  больше, чем  в полете.  Помимо улучшения работы двигателей (распыление топлива,  обогащение смеси  в зоне горения, использование  присадок к топливу, впрыск воды и  др.), существенного  уменьшения  выбросов  можно  добиться путем  сокращения  времени работы  двигателей на  земле и  числа работающих двигателей при рулении (только за счет последнего достигается снижение выбросов в 3 - 8 раз).

 В последние 10 - 15 лет большое  внимание уделяется  исследованию тех эффектов, которые  могут возникнуть в связи с  полетами сверхзвуковых  самолетов  и  космических  кораблей. Эти  полеты сопровождаются   загрязнением стратосферы оксидами азота и  серной кислотой (сверхзвуковые  самолеты), а также частицами оксида  алюминия  (транспортные  космические корабли). Поскольку  эти загрязняющие вещества разрушают озон, то первоначально  создалось мнение (подкрепленное  соответствующими модельными расчетами), что планируемый рост числа полетов  сверхзвуковых самолетов и транспортных космических кораблей приведет к  существенному уменьшению содержания озона со всеми последующими губительными воздействиями ультрафиолетовой радиации на биосферу  Земли. Однако более  глубокий подход к этой проблеме позволил сделать заключение о слабом влиянии  выбросы сверхзвуковых самолетов  на состояние стратосферы.

 Более сильное  воздействие на озонный слой и  глобальную температуру воздуха  могут оказать хлорфторметаны, образующиеся в частности, при испарении аэрозольных препаратов, которые используются (преимущественно женщинами) для крашения волос. Поскольку ХФМ очень инертны, то они распространяются и долго живут не только в тропосфере, но и в стратосфере. Обладая довольно сильными полосами поглощения в окне прозрачности атмосферы (8-12 мкм), фреоны усиливают парниковый эффект. Наметившееся в последние десятилетия темпы роста производства фреонов могут привести к увеличению содержания фреона-11 и фреона-12 в 2030 г. до 0,8 и 2,3 млрд (при современных значениях 0,1 и 0,2 млрд). Под влиянием такого количества фреонов общее содержание озона в атмосфере уменьшится на 18%, а в нижней стратосфере даже на 40;  глобальная приземная температура возрастет на 0,12-0,21°С.

 В заключение можно отметить, что все эти  антропогенные эффекты перекрываются  в глобальном масштабе естественными  факторами, например, загрязнением атмосферы  вулканическими извержениями.

  

                 ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ  АТМОСФЕРЫ НА ЧЕЛОВЕКА,

                             РАСТИТЕЛЬНЫЙ И  ЖИВОТНЫЙ МИР

 Все загрязняющие атмосферный воздух вещества в большей  или меньшей степени оказывают  отрицательное влияние на здоровье человека. Эти вещества попадают в  организм человека преимущественно  через систему дыхания. Органы дыхания  страдают от загрязнения непосредственно, поскольку около 50% частиц примеси радиусом 0,01-0.1 мкм, проникающих в легкие, осаждаются в них.

 Проникающие в организм частицы вызывают токсический  эффект, поскольку они: а токсичны (ядовиты) по своей химической или  физической природе; б) служат помехой  для одного или нескольких механизмов, с помощью которых нормально  очищается респираторный (дыхательный) тракт; в) служат носителем поглощенного организмом ядовитого вещества.

 В некоторых  случаях воздействие одни из загрязняющих веществ в комбинации с другими  приводят к более серьезным расстройствам  здоровья, чем воздействие каждого  из них в отдельности. Большую  роль играет продолжительность воздействия.

 Статистический  анализ позволил достаточно надежно  установить зависимость между уровнем  загрязнения воздуха и такими заболеваниями, как поражение верхних  дыхательных путей, сердечная недостаточность, бронхиты, астма, пневмония, эмфизема легких, а также болезни глаз. Резкое повышение  концентрации примесей, сохраняющееся  в течение нескольких дней, увеличивает  смертность людей пожилого возраста от респираторных и сердечно-сосудистых заболеваний. В декабре 1930 г. в долине реки Маас (Бельгия) отмечалось сильное загрязнение воздуха в течение 3 дней; в результате сотни людей заболели, а 60 человек скончались - это более чем в 10 раз выше средней смертности. В январе 1931 г. в районе Манчестера (Великобритания) в течение 9 дней наблюдалось сильное задымление воздуха, которое явилось причиной смерти 592 человек. Широкую известность получили случаи сильного загрязнения атмосферы Лондона, сопровождавшиеся многочисленными смертельными исходами. В 1873 г. в Лондоне было отмечено 268 непредвиденных смертей. Сильное задымление в сочетании с туманом в период с 5 по 8 декабря 1852 г. привело к гибели более 4000 жителей Большого Лондона. В январе 1956 г.  около 1000 лондонцев погибли в результате продолжительного задымления. Большая часть тех, кто умер неожиданно, страдали от бронхита, эмфиземы легких или сердечно-сосудистыми заболеваниями.

    Оксид углерода.

 Концентрация  СО, превышающая предельно допустимую, приводит к физиологическим изменениям в организме человека, а концентрация более 750 млн   к смерти. Объясняется это тем, что СО - исключительно агрессивный газ, легко соединяющийся с гемоглобином ( красными кровяными тельцами). При соединении образуется карбоксигемоглобин, повышение (сверх нормы, равной 0.4%) содержание которого в крови сопровождается:

 а) ухудшением остроты зрения и способности  оценивать длительность интервалов времени,

 б) нарушением некоторых психомоторных функций  головного мозга ( при содержании 2-5%),

 в) изменениями  деятельности сердца и легких ( при содержании более 5%),

 г) головными  болями, сонливостью, спазмами, нарушениями  дыхания и смертностью ( при содержании 10-80%).

 Степень воздействия оксида углерода на организм зависят не только от его концентрации, но и от времени пребывания (экспозиции) человека в загазованном СО воздухе. Так, при концентрации СО равной 10-50 млн (нередко наблюдаемой в атмосфере площадей и улиц больших городов), при экспозиции 50-60 мин отмечаютcя нарушения, приведенные в п. "а", 8-12 ч - 6 недель - наблюдаются изменения, указанные в п.. "в". Нарушение дыхания, спазмы. Потеря сознания наблюдаются при концентрации СО, равной 200 млн, и экспозиции 1-2 ч при тяжелой работе и 3-6 ч - в покое. К счастью, образование карбоксигемоглобина в крови - процесс обратимый: после прекращения вдыхания СО начинается его постепенный вывод из крови; у здорового человека содержание СО в крови каждые 3-4 ч и уменьшается в два раза. Оксид углерода - очень стабильное вещество, время его жизни в атмосфере составляет 2-4 мес. При ежегодном поступлении 350 млн. т концентрация СО в атмосфере должна была бы увеличиваться примерно на 0,03 млн-1/год. Однако этого, к счастью, не наблюдается, чем мы обязаны в основном почвенным грибам, очень активно разлагающим СО (некоторую роль играет также переход СО в СО2).

 Диоксид серы и серный ангидрид.

 Диоксид серы (SO2) и серный ангидрид (SO3) в комбинации со взвешенными частицами и влагой оказывают наиболее вредной воздействие на человека, живые организмы и материальные ценности SO2 - бесцветный и негорючий газ, запах которого начинает ощущаться при его концентрации в воздухе 0,3-1,0 млн, а при концентрации свыше 3 млн SO2  имеет острый раздражающий запах. Диоксид серы в смеси с твердыми частицами и серной кислотой (раздражитель более сильный, чем SO2)  уже при среднегодовом содержании 9,04-0,09 млн. и концентрации дыма 150-200 мкг/м3 приводит к увеличению симптомов затрудненного дыхания и болезней лугких, а при среднесуточном содержании SO2 0,2-0,5 млн и концентрации дыма 500-750 мкг/м3 наблюдается резкое увеличение числа больных и смертельных исходов. При концентрации  SO2  0,3-0,5 млн в течение нескольких дней  наступает хроническое поражение листьев растений (особенно шпината, салата, хлопка и люцерны), а также иголок сосны.