ГЛАВА 2 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И ОХРАНА АТМОСФЕРЫ

Строение и газовый состав атмосферы

Атмосфера (от греч. atmos - пар и sphaira - шар) - газовая обо­лочка Земли, вращающаяся вместе с ней. Жизнь на Земле возмож­на до тех пор, пока существует атмосфера. Все живые организмы ис­пользуют воздух атмосферы для дыхания, атмосфера защищает их от пагубного воздействия космических лучей и температуры.

Атмосфера, общая масса которой составляет 5,15 - 1015 т, про­стирается вверх от поверхности Земли примерно до 3000 км. С вы­сотой меняются химический состав и физические свойства атмо­сферы, и в соответствии с этим ее подразделяют на тропосферу, стратосферу, мезосферу, ионосферу (термосферу) и экзосферу (схе­ма 3).

Основная масса воздуха в атмосфере (до 80 %) находится в ниж­нем, приземном слое - тропосфере. Толщина тропосферы в среднем 10-12 км: 8 -10 км - над полюсами, 16 -18 км - над экватором. При удалении от поверхности Земли в тропосфере происходит пониже­ние температуры на 6°С на каждый километр. На высоте 18-20 км плавное уменьшение температуры прекращается, она остается поч­ти постоянной: -60- 70°С. Этот участок атмосферы называется тро­попаузой. Следующий слой - стратосфера - занимает высоту 20- 50 км от земной поверхности. В ней сосредоточена остальная (20%) часть воздуха. Здесь температура повышается при удалении от по­верхности Земли на 1 - 2 °С на каждый километр, и в стратопаузе на высоте 50-55 км доходит до 0°С. Далее идет слой мезопаузы, рас­положенный на высоте 55-80 км. При удалении от Земли темпера­тура в нем понижается на 2-3°С на 1 км, и на высоте 80 км, в менопаузе, она достигает -75-90°С. Слои термосфера и экзосфера, соответственно занимающие высоты 80-1000 и 1000-2000 км, пред­ставляют собой наиболее разреженные части атмосферы. Здесь встречаются лишь отдельные молекулы, атомы и ионы газов, плотность которых в миллионы раз меньше, чем у поверхности Земли. Следы газов обнаружены до высоты 10-20 тыс. км.

Толщина воздушной оболочки сравнительно невелика при сопо­ставлении с космическими расстояниями: она составляет одну чет­вертую часть радиуса Земли и одну десятитысячную часть рассто­яния от Земли до Солнца. Плотность атмосферы на уровне моря равна 0,001 г/см2, т.е. в тысячу раз меньше плотности воды.

Давление, мбар

Высота, км

Ионосфера

0,01

ОД

Схема 3. Строение атмосферы

Между атмосферой, земной поверхностью и другими сферами Земли происходит постоянный обмен теплом, влагой и газами, что вместе с циркуляцией воздушных масс в атмосфере влияет на основ­ные климатообразующие процессы. Атмосфера защищает живые организмы от мощного потока космического излучения. Ежесекунд­но на верхние слои атмосферы обрушивается поток космических лучей: гамма, рентгеновские, ультрафиолетовые, видимые, инфра­красные. Если бы все они достигали земной поверхности, то в те­чение нескольких мгновений уничтожили бы все живое.

Важнейшее защитное значение имеет озоновый экран. Он располо­жен в стратосфере на высоте от 20 до 50 км от поверхности Земли. Общее количество озона (03) в атмосфере оценивается в 3,3 млрд т. Мощность этого слоя сравнительно небольшая: суммарно она со­ставляет 2 мм на экваторе и 4 мм у полюсов при нормальных усло­виях. Максимальная концентрация озона - 8 частей на миллион ча­стей воздуха - находится на высоте 20-25 км.

Основное значение озонового экрана в том, что он защищает живые организмы от жесткого ультрафиолетового излучения. Озоновый экран поглощает ультрафиолетовые лучи с длиной волны около 290 нм и менее, поэтому до земной поверхности доходят ультрафиолетовые лучи, полезные для высших животных и человека и губительные для микроорганизмов.

Атмосферный воздух - это смесь газов, из которых состоит ат­мосфера Земли. Воздух не имеет запаха, прозрачен, его плотность 1,2928 г/л, растворимость в воде 29,18 см3/л, в жидком состоянии приобретает голубоватую окраску. Жизнь людей невозможна без воздуха, воды и пищи, но если без пищи человек может прожить не­сколько недель, без воды - несколько дней, то смерть от удушья на­ступает через 4-5 мин.

Основными составными частями атмосферы являются азот, кис­лород, аргон и углекислый газ. Кроме аргона в малых концентра­циях содержатся другие инертные газы (табл. 1).

Таблица 1

Химический состав атмосферы (в среднем)

В атмосферном воздухе всегда находятся пары воды (примерно .1-4%) и твердые частицы - пыль.

По газовому составу вся атмосфера Земли подразделяется на нижнюю (до 100 км)-гомосферу, имеющую состав, сходный с при­земным воздухом, и верхнюю - гетеросферу - с неоднородным хи­мическим составом. Одним из важных компонентов атмосферы яв­ляется кислород. В первичной атмосфере Земли кислород отсутствовал. Появление и накопление его связано с распространением зеленных растений и процессом фотосинтеза. В живых организмах в ре­зультате химического взаимодействия веществ с кислородом выделяется энергия, необходимая для жизнедеятельности.

Через атмосферу осуществляется обмен вещества Земли с космо­сом, при этом Земля получает космическую пыль и метеориты и те­ряет самые легкие газы - водород и гелий. Атмосфера пронизана мощной солнечной радиацией, которая определяет тепловой режим планеты, вызывает диссоциацию молекул атмосферных газов и ио­низацию атомов. Обширная разреженная верхняя часть атмосферы состоит преимущественно из ионов.

Баланс газов в атмосфере

Наибольшее значение для живых организмов имеет относительно постоянный состав атмосферного воздуха в тропосфере. Баланс газов в атмосфере поддерживается за счет постоянно идущих процессов использования живыми организмами и поступления га­зов в атмосферу.

Азот выделяется при мощных геологических процессах (извер­жениях вулканов, землетрясениях), при разложении органических соединений. Изъятие азота из воздуха происходит за счет деятель­ности клубеньковых бактерий.

Как известно, атмосферный азот используется в промышленном производстве азотных удобрений. Однако из-за огромного общего количества азота в атмосфере проблема его баланса не столь серь­езна, как баланс кислорода и диоксида углерода. Около 3,5-4 млрд. лет назад содержание кислорода в атмосфере было в 1000 раз мень­ше, чем сейчас, так как не было основных его продуцентов - зеленых растений. Жизнедеятельность живых организмов поддерживает современное соотношение кислорода и диоксида углерода. В ре­зультате фотосинтеза зеленые растения потребляют диоксид углерода и выделяют кислород. Он используется для дыхания всеми живыми организмами. Естественные процессы потребления С02 и 02 и их поступление в атмосферу хорошо сбалансированы.

Увеличение использования запасов кислорода происходит од­новременно с эквивалентным ростом выделения диоксида углеро­да в атмосферу. По данным ООН, за последние 100 лег количество, С02 в атмосфере Земли увеличилось на 10-15 %. Если намеченная тенденция сохранится, то в 3 тысячелетии количество С02 в атмо­сфере может возрасти на 25%, т.е. с 0,0324 до 0,04% объема сухого атмосферного воздуха.

Некоторое увеличение диоксида углерода в атмосфере сказыва­ется положительно на продуктивности сельскохозяйственных рас­тений. Так, насыщение воздуха теплиц углекислым газом повыша­ет урожайность выращиваемых в них овощей за счет интенсифика­ции процесса фотосинтеза. Однако увеличение С0₂ в атмосфере приводит к возникновению сложных глобальных проблем, речь о которых пойдет в следующих разделах настоящей главы.

Атмосфера является одним из основных метеорологических и климатообразующих факторов. Климатическая система включает в себя атмосферу, океан, поверхность суши, криосферу и биосферу.

Подвижность и инерционные характеристики этих составляющих имеют разное время реакции на возмущения в смежных системах. Гак, для атмосферы и поверхности суши оно составляет несколько педель или месяцев. С атмосферой связаны циркуляционные процес­сы переноса влаги и тепла, циклоническая деятельность.

Воздействие деятельности человека на газовый состав атмосферы

Под воздействием деятельности людей происходит изменение ба­ланса азота в атмосфере. Заметно увеличилось связывание азота при производстве азотных удобрений. Предполагают, что объем промы­шленной фиксации азота в ближайшее время значительно возрастет и превысит его поступление в атмосферу: согласно прогнозам про­изводство азотных удобрений будет удваиваться каждые 6 лет, чем будут обеспечены растущие потребности сельского хозяйства. Про­порционально этому возрастает изъятие азота из атмосферы. Нере­шенной остается проблема компенсации изъятия азота из воздуха.

С развитием промышленности и транспорта во все возрастаю­щих размерах используется атмосферный кислород на процессы го­рения. Например, за один трансатлантический рейс современный реактивный самолет сжигает 35 т кислорода. Легковой автомобиль за 1,5 тыс. км пробега расходует суточную норму кислорода одного человека (в среднем человек потребляет в сутки 500 л 02, пропу­ская через легкие 12 т воздуха). По подсчетам специалистов, на сго­рание разнообразных видов топлива сейчас требуется от 10 до 25% кислорода, производимого зелеными растениями. Уменьшается по­ступление кислорода в атмосферу из-за сокращения площадей ле­сов, саванн, степей и увеличения пустынных территорий, городов, транспортных магистралей. Сокращается число продуцентов кис­лорода среди водных растений из-за загрязнения рек, озер, морей и океанов. Полагают, что в ближайшие 150-180 лет количество кис­лорода в атмосфере сократится на треть по сравнению с современным его содержанием.

Загрязнение атмосферы

Источники загрязнения атмосферы могут быть естественными и искусственными. Естественными источниками загрязнения атмо­сферы служат извержения вулканов, лесные пожары, пыльные бу­ри, процессы выветривания, разложение органических веществ.

К искусственным (антропогенным) источникам загрязнения ат­мосферы относятся промышленные и теплоэнергетические пред­приятия, транспорт, системы отопления жилищ, сельское хозяйство, бытовые отходы.

Естественные источники загрязнения атмосферы представляют собой такие грозные явления природы, как извержения вулканов и пыльные бури. Обычно они имеют катастрофический характер. При извержении вулканов в атмосферу выбрасывается огромное коли­чество газов, паров воды, твердых частиц, пепла и пыли. После пре­кращения извержения общий баланс газов в атмосфере постепенно восстанавливается. Так, в результате извержения вулкана Кракатау в 1883 г. в атмосферу было выброшено около 150 млрд т пыли и пеп­ла. Мелкие пылевые частицы держались в верхних слоях атмосфе­ры в течение нескольких лет.

«Над Кракатау поднялась черная туча высотой около 27 км. Взрывы продолжались всю ночь и были слышны на расстоянии 160 км от вулкана. Газы, пары, обломки, песок и пыль поднялись на высоту 70-80 км и рассеялись на площади свыше 827000 км2» (Влодавец, 1973).

При извержениях вулкана Катмай на Аляске в 1912 г. было вы­брошено в воздух около 20 млрд т пыли, которая долго держалась в атмосфере. Извержение вулкана Пинатубо на Филиппинах в 1991 г. сопровождалось выбросами в атмосферный воздух диоксида серы. Его количество составило более 20 млн т.

При извержении вулканов происходит тепловое загрязнение ат­мосферы, так как в воздух выбрасываются сильно нагретые веще­ства. Температура их, в том числе паров и газов, такова, что они сжигают все на своем пути.

Существенно загрязняют атмосферу крупные лесные пожары. Ча­ще всего они возникают в засушливые годы. В России наиболее опас­ны пожары в Сибири, на Дальнем Востоке, на Урале, в Республике Ко­ми. В среднем за год площадь, пройденная пожарами, составляет око­ло 700 тыс. га. В засушливые годы она может достигать 1-1,5 млн га (1915 г.). Дым от лесных пожаров распространяется на огромные площади - около 6 млн км2. Памятным для жителей Подмосковья бы­ло лето 1972 г., когда воздух в течение всего лета был сизым от ды­ма пожаров, а видимость на дорогах не превышала 20-30 м. Горе­ли леса и торфяники. Прямой ущерб от лесных пожаров в среднем за год составляет 200-250 млн. долларов. В среднем за год сгорает и повреждается на корню до 20-25 млн. м³ древесины.

Пыльные бури возникают в связи с переносом сильным ветром поднятых с земной поверхности частиц почвы. Сильные ветры - смерчи и ураганы - поднимают в воздух и крупные обломки пород, но долго в воздухе они не держатся. При сильных пыльных бурях в; атмосферный воздух поднимается до 50 млн т пыли. Причинами пыльных бурь являются засуха, суховеи, провоцируют их интенсивная распашка, выпас скота, уничтожение лесов и кустарников. Наиболее часто возникают пыльные бури в степных, полупустынных и пустынных районах. В этих районах южной России катастрофические пыльные бури наблюдались в 1928, 1960, 1969, 1989 гг.

Катастрофические явления, связанные с извержением вулканов, лесными пожарами и пыльными бурями, приводят к возникнове­нию светозащитного экрана вокруг Земли, который несколько из­меняет тепловой баланс планеты. В целом эти явления имеют замет­ный, но локальный эффект в отношении загрязнения атмосферы.

Причем незначительный, местный характер носит загрязнение атмоферного воздуха, связанное с выветриванием и разложением органических веществ.

Искусственные источники загрязнения наиболее опасны для атмосферы. Они способствуют поступлению в атмосферный воздух ино­родных, не свойственных естественным условиям газов и веществ. Но агрегатному состоянию все загрязняющие вещества антропоген­ного происхождения подразделяются на твердые, жидкие и газооб­разные, причем последние составляют около 90% от общей массы вы­брасываемых в атмосферу искусственных загрязняющих веществ.

Проблема загрязнения воздуха не нова. Более двух столетий серьёзныe опасения вызывает загрязнение воздуха в крупных промышленных центрах многих европейских стран. Однако длительное вре­мя эти загрязнения носили локальный характер. В то время, когда промышленных предприятий, заводов и фабрик было немного, дым и копоть загрязняли сравнительно небольшие участки атмосферы н легко разбавлялись массой чистого воздуха. Однако быстрый рост промышленности и транспорта в XX в. привел к тому, что выбро­шенные в воздух вещества не успевают рассеяться к моменту поступления в атмосферу новой порции загрязнения. Их концентра­ция увеличивается, и они становятся причиной вредных последствий для биосферы.

Загрязнение атмосферного воздуха в промышленных городах и юродских агломерациях значительно выше, чем на прилегающих территориях. Так, по данным американских ученых, концентрация парниковых веществ в городах следующим образом относится к сред­ним (фоновым) показателям этих веществ в тропосфере (в частях на I млн частей): S0₂ - 0,3/0,0002 - 0,0004; N02 - 0,05/0,001 - 0,003; СО2 - но время смогов - до 0,5/0,01 -0,03; СО -4/0,1; NH₃ -2/1 - 1,5; пыль (и мкг/м³) - 100/1 - 30.

Особое место среди источников загрязнения атмосферы занимает химическая промышленность. Она поставляет диоксид серы (SO₂), сероводород (H₂S), оксиды азота (NO, N02), углеводороды, галогены (F2, С12) и др. Для химической промышленности ха­рактерна высокая концентрация предприятий, что создает повы­шенное загрязнение окружающей среды. Вещества, выделяемые в атмосферу, могут вступать в химические реакции друг с другом, об­разуя высокотоксичные соединения. Часто образуется озон в кон­центрациях, во много раз превосходящих нормальный его уровень в воздухе у поверхности Земли, что опасно для жизни растений, животных и человека.

С каждым годом возрастает роль автомобильного транспорта в загрязнении атмосферы выхлопными газами. В США 60% загрязнения атмосферы связано с транспортом. Особенно велик вклад ав­тотранспорта в загрязнение воздушного бассейна крупных горо­дов. Так, в Москве на него приходится более 75% выбросов в ат­мосферу. В ряде других городов доля выбросов автотранспорта на фоне снижения выбросов от промышленных предприятий еще вы­ше: в Батайске - 86%, Ростове-на-Дону - 88%, в Азове - 89%. Оп­ределяющая доля выбросов приходится на грузовые автомобили и легковые индивидуального пользования.

В России количество выбросов загрязняющих веществ в атмо­сферный воздух от транспорта составляет 16,5 млн. т в год (или око­ло 47 % от общего количества выбросов), в том числе от автотранс­порта - 13,5 млн т (около 82%о общего количества выбросов). В ря­де регионов на долю транспорта приходится более половины вы­бросов: 55% - в Приморском крае, 63% - в Тверской области, 70% - в Пензенской области.

С выхлопными газами в воздух попадают угарный газ, оксиды азота, углеводороды, свинец и его соединения. Поступление свинца и его соединений в воздух связано с тем, что к дизельному топливу и бензину для снижения детонации и повышения КПД двигателей вну­треннего сгорания добавляется тетраэтилсвинец (ТЭС - Рb(С2Н5)4). В результате при сгорании 1 л такого бензина в воздух попадает 200-400 мг свинца. С начала 1930-х годов, когда в топливо авто­транспорта стали добавлять ТЭС, авиационные, автомобильные, су­довые и тепловозные двигатели стали выбрасывать в воздух свинец во все возрастающем количестве. На 70-80% он состоит из частиц менее 1 мкм. Известно, что городской воздух содержит свинца I 20 раз больше, чем деревенский, и в 2000 раз больше, чем морской.

В целом в атмосферу Земли ежегодно выбрасывается в среднем более 400 млн. т четырех главных поллютантов (загрязнителей): ди­оксида серы, оксидов азота, оксидов углерода и твердых частиц. Вклад наиболее промышленно развитых стран в загрязнение атмо­сферы распределяется следующим образом: по диоксиду серы - 12% Россия, 21 % США, по оксидам азота - 6% Россия, 20% США, по оксиду углерода - 10% Россия, 70% США.

Серьезные последствия имеет загрязнение воздуха хлорфторметанами, или фреонами. Широкое использование фреонов в холодиль­ных установках, в производстве аэрозольных баллонов приводит к появлению их на больших высотах, в стратосфере и мезосфере. Высказываются опасения относительно возможности взаимодействия озо­на с галогенами, которые выделяются из фреонов под действием ультрафиолетового излучения.

Радиоактивное загрязнение атмосферы особенно опасно для лю­дей, животных и растений. Источники радиоактивного загрязнения в основном техногенного происхождения. Это экспериментальные взрывы атомных, водородных и нейтронных бомб; различные про­изводства, связанные с изготовлением термоядерного оружия; атом­ные реакторы и электростанции; предприятия, где используются радиоактивные вещества; станции по дезактивации радиоактивных отходов; захоронения отходов атомных предприятий и установок; аварии или утечки на предприятиях, где производится и использу­ется ядерное топливо. Естественные источники радиоактивного за­грязнения атмосферы связаны с выходами на поверхность урановых руд и горных пород, имеющих повышенную природную радиоак­тивность (граниты, гранодиориты, пегматиты).

Радиоактивное загрязнение атмосферы чрезвычайно опасно, так как радионуклиды с воздухом попадают в организм и поражают жизненно важные органы человека. Его влияние сказывается не только на ныне живущих поколениях, но и на их потомках из-за появления многочисленных мутаций. Не существует такой малой дозы ионизирующего излучения, которая была бы абсолютно безо­пасна для человека, растений и животных. Даже в районах умерен­ного радиоактивного загрязнения увеличивается число людей, за­болевших лейкозами.

В настоящее время радиоактивное загрязнение атмосферного воздуха над территорией России определяется глобальным повы­шенным радиационным фоном, который создан в результате про­водившихся ранее ядерных испытаний, радиоактивными выброса­ми после катастрофических аварий, случившихся в 1957 г. на воен­ном производственном объединении (ПО) «Маяк» и в 1986 г. на Чернобыльской АЭС. В результате аварии на ПО «Маяк» произо­шла утечка радиоактивных отходов, сбрасываемых и хранившихся в «бессточном» озере. В 1957 г. радиоактивный фон озера состав­лял 120 млн кюри, что в 24 раза больше, чем фон разрушенного ре­актора Чернобыльской АЭС. Радиоактивные вещества после ава­рии на ПО «Маяк» загрязнили 23 тыс. км2 земли. Загрязнение же ат­мосферы произошло в результате разноса ветром радиоактивной пыли с берегов и обнажившегося после засухи дна озера.

Различного рода утечки и неконтролируемые выбросы на пред­приятиях незначительно изменяют радиологическую обстановку и носят обычно локальный характер.

Содержание радионуклидов в атмосферном воздухе над терри­торией России в 1992-1998 гг. практически не менялось: р 18,9 --10-5 Бк/м3, цезий 0,05 - 0,11-10~5 Бк/м3, стронций 1,29 - 2,5х х10-7Бк/м3 и т.д.

К зонам радиоактивного загрязнения отнесено 14 субъектов Рос­сийской Федерации: Белгородская, Брянская, Воронежская, Калуж­ская, Курская, Ленинградская, Липецкая, Орловская, Пензенская,

Рязанская, Тамбовская, Тульская, Ульяновская области, Республи­ка Мордовия.

Наибольшее загрязнение атмосферы происходит при взрывах термоядерных устройств. Образующиеся при этом изотопы стано­вятся источником радиоактивного распада в течение длительного времени. Наиболее опасны изотопы стронция-90 (период полурас­пада 25 лет) и цезия-137 (период полураспада 33 года).

Радиоактивные вещества распространяются не только воздуш­ным путем. В миграции радиоактивных элементов большую роль играют цепи питания: из воды эти элементы поглощаются планк­тоном, который служит пищей для рыб, они, в свою очередь, поеда­ются хищными рыбами, рыбоядными птицами и зверями и т. д.

Смоги, кислотные дожди, разрушение озонового слоя. Крупней­шие города мира страдают от смогов (от англ. smoke - дым + fog - туман). Принято различать смог лондонского и лос-анджелесского (фотохимического) типов.

Причинами образования смога лондонского типа служат высо­кие концентрации в воздухе сернистого газа, пылевых частиц и ту­мана. Главным источником загрязнения атмосферы служат продук­ты сжигания угля и мазута.

Фотохимический смог (лос-анджелесский) возникает в результа­те фотохимических реакций, протекающих под действием коротко­волновой (ультрафиолетовой) солнечной радиации на газовые вы­бросы. Обязательным условием образования смога служит высо­кая концентрация оксидов азота, углеводородов, галогенов и дру­гих соединений, интенсивная солнечная радиация (солнечная пого­да) и безветрие. В процессе фотохимических реакций возникают но­вые, более ядовитые вещества, чем сами выбросы. Основные ком­поненты фотохимического смога - фотооксиданты: озон, оксиды азота, нитриты, нитраты, углеводороды, фенолы и т.д. Эти вещест­ва в незначительном количестве всегда присутствуют в воздухе больших городов, но в фотохимическом смоге их концентрация на­много превышает предельно допустимые концентрации (ПДК).

В декабре 1952 г. за 3-4 дня, в течение которых над Лондоном держался смог, погибли 4 тыс. человек, столько же, сколько во вре­мя эпидемии холеры в 1854 г. Сам по себе туман не опасен для че­ловеческого организма. Он становится вредным, когда сильно за­грязнен ядовитыми примесями. В лондонском смоге такой токсиче­ской примесью был диоксид серы, концентрация которого дости­гала 5-10 мг/м3.

Лос-анджелесский смог может возникать при более низких кон­центрациях загрязнителей и более сухом, чем в Лондоне, воздухе (влажность около 70%). Для него характерна желто-зеленая или си­неватая дымка. Основная причина образования фотохимического смога - сильное загрязнение городского воздуха выбросами пред­приятий химической промышленности и транспорта, особенно вы­хлопными газами автомобилей. В Лос-Анджелесе ежедневно скапливается свыше 4 млн автомобилей, выбрасывающих в воздух око­ло 1 тыс. т в сутки оксидов азота.

В настоящее время смог представляет большую опасность для жителей многих городов. При фотохимическом смоге появляется неприятный запах, резко ухудшается видимость. Погибают домаш­ние животные. У людей этот смог вызывает раздражение глаз, сли­зистых оболочек носа и горла, появляются симптомы удушья, обо­стряются хронические легочные и сердечно-сосудистые заболева­ния. Смог оказывает вредное влияние на растения (многие из них погибают), способствует коррозии строительных материалов, рас­трескиванию лакокрасочных покрытий, резиновых и синтетичес­ких изделий, вызывает порчу одежды. Из-за плохой видимости на­рушается работа транспорта, увеличивается число аварий.

Явно выраженный фотохимический смог в Лос-Анджелесе бы­вает более 60 дней в году. Фотохимическому смогу подвержены многие крупные города: Нью-Йорк, Чикаго, Бостон, Детройт, То­кио, Милан. Резко возросла опасность возникновения фотохимиче­ского смога в крупных городах России в связи с быстрым ростом числа автомобилей.

Важнейшим загрязнителем городского воздуха является диоксид серы, который образуется при сгорании угля и некоторых видов неф­ти, содержащих серу. Во влажном воздухе S02, как отмечалось, окис­ляется и, соединяясь с водой, образует серную кислоту. Выпадая с дождем на землю или удерживаясь в атмосфере с капельками тума­на, она разъедает легкие человека и животных, металлы, краски, кам­ни. Происходит преждевременный износ мостов, зданий, порча скульптур. Диоксид серы - один из наиболее опасных для растений загрязнителей атмосферы. Выпадая на землю, так называемые кис­лотные дожди губят растения, нарушают естественные процессы в на­земных и водных экосистемах за счет изменения кислотности (pH).

Принято считать, что под влиянием деятельности людей проис­ходит также разрушение защитного озонового слоя атмосферы. Раз­рушение озонового слоя, замеченное в начале 1980-х годов, объ­ясняют применением фреонов в качестве охладителей в холодиль­ных установках и выбросом в атмосферу аэрозолей, применяемых н быту. Выбросы фреонов в мире в конце 1980-х годов достигали млн т в год, «вклад» отдельных стран составлял: 35 % - США, по 10% - Япония и Россия, 40% - страны ЕЭС, 5 % - остальные страны. Разрушают озоновый слой полеты сверхзвуковых самоле­тов и космических аппаратов.

Тепловое, шумовое и другие виды загрязнения атмосферы. В про­мышленных центрах и крупных городах атмосфера подвергается тепловому загрязнению в связи с тем, что в атмосферу поступают вещества с более высокой температурой, чем окружающий воздух. Температура выбросов обычно выше средней многолетней темпе­ратуры приземного слоя воздуха. Из труб промышленных предпри­ятий, выхлопных труб двигателей внутреннего сгорания, при отоп­лении домов, лесных пожарах выделяются вещества, нагретые до 60 °С и более. Среднегодовая температура атмосферного воздуха над крупными городами и промышленными центрами на 6-7°С выше температуры воздуха прилегающих территорий. Специалис­ты отмечают, что в последние 25 лет средняя температура тропосфе­ры поднялась на 0,7 °С.

Другим видом загрязнения атмосферы в городах является шумо­вое. Шум стал фактором социального значения. Слабые шумы до 30 дБ (шелест листвы, тихая музыка, шум прибоя) действуют на че­ловека успокаивающе. Шум в 90-120 дБ (от автотранспорта, метро, реактивных самолетов, строительных механизмов и даже музыки в дискотеках) воспринимается как грохот. Такие шумы раздражают, разрушают нервные клетки, приводят к возникновению опасных пси­хических заболеваний. От длительного воздействия шума возникают нарушения и потеря слуха, патологические изменения в вегетативной нервной системе, расстройство периферического кровообращения, гипертония. Шум в 80 дБ снижает работоспособность, увеличивает ко­лебания артериального давления, резко ухудшает ориентацию в про­странстве и восприятие происходящего. Допустимые верхние преде­лы шума в России составляют: для больничных палат и санаториев - 35 дБ, жилых квартир, учебных заведений, аудиторий - 40 дБ, стади­онов и вокзалов - 60 дБ. Ограничительные нормы внешнего шума для транспортных средств -80-85 дБ. Они, к сожалению, не соблюдают­ся в метро, где шум отходящего состава достигает 100-110 дБ.

Не следует игнорировать своеобразную электромагнитную фор­му загрязнения атмосферного воздуха. Действие электромагнитно­го поля на человека, животных и растения в настоящее время пло­хо изучено и часто служит причиной домыслов и предположений. Оно связано с работой приборов и оборудования, вырабатывающих электрические и магнитные поля. В настоящее время проводятся специальные медико-биологические исследования, направленные на выявление влияния таких полей на здоровье человека.

Последствия загрязнения и нарушения газового баланса атмосферы

Загрязнение воздуха оказывает вредное воздействие на организм человека, животных и растительность, наносит ущерб народному хозяйству, вызывает глубокие изменения в биосфере.

Влияние загрязненного воздуха на человека может быть как пря­мым, так и косвенным. Прямое влияние выражается в том, что за­грязнители в виде газов и пыли попадают вместе с вдыхаемым воз­духом в организм и непосредственно действуют на него, вызывая отравления и различного рода заболевания. Среди соединений серы наиболее токсичен для человеческого организма ее диоксид (S02). При увеличении его концентрации в окружающем воздухе повышается вероятность сердечно-сосудистых и легочных заболеваний, бронхиальная астма - наиболее частое заболевание у людей, дыша­щих воздухом с повышенным содержанием диоксида серы. Установ­ила тесная связь повышенной смертности от бронхитов с повы­шенной концентрацией диоксида серы в воздухе.

Угарный газ (СО), соединяясь с гемоглобином крови, вызывает отравление организма, малые его концентрации способствуют отложению липидов на стенках кровеносных сосудов, ухудшая их проходимость. Оксиды азота (NO, N02) отрицательно влияют на эпи­телий органов дыхания, вызывая отеки. При длительном их воздей­ствии на человеческий организм нарушается деятельность централь­ной нервной системы. Отрицательно действуют на нервную систе­му соединения свинца. Проникая через кожу и накапливаясь в кро­ви, свинец снижает активность ферментов, участвующих в насыще­нии крови кислородом. Это, в свою очередь, нарушает нормальные обменные процессы.

Перечень вредных веществ, появляющихся в атмосферном воз­духе, которым мы дышим, и описание их негативного воздействия па здоровье людей можно было бы продолжить. Однако сказанного выше достаточно, чтобы понять, что антропогенное загрязнение атмосферы совсем не безобидно для человека. Это требует от каж­дого из нас гражданской ответственности в соблюдении правил и мер по охране атмосферы.

К прямому вредному влиянию на организм человека следует от­нести воздействие воздуха, насыщенного пылью разнообразного происхождения - частицами горных пород, почвы, сажи, золы. Об­щее количество пыли, ежегодно поступающей в атмосферу Земли, оценивается в 2 млрд т, причем антропогенные аэрозоли составля­ют 10-20 %.

При длительном вдыхании запыленного воздуха у людей и до­машних животных возникает болезнь, получившая название пыль­ной пневмонии.

Запыленность воздуха в городах оказывает вредное косвенное воз­действие. С увеличением запыленности атмосферы над крупными го­родами снижается прямая солнечная радиация. В их центрах суммар­ная солнечная радиация на 20-50% ниже, чем в пригородах. Суще­ственно уменьшается поступление ультрафиолетовых лучей. Это приводит к увеличению в городском воздухе болезнетворных бактерий, в запыленном воздухе резко возрастает число ядер конденсации во­ды. В результате этого количество туманных и облачных дней в круп­ных городах в несколько раз больше, чем за их пределами.

Влияние загрязненного воздуха на растения и животных. Загряз­ненность атмосферы отрицательно сказывается на растительности городов и их окрестностей. Особенно большой вред растениям при­носит присутствие в воздухе диоксида серы, фтора, хлора, их соеди­нений, других окислителей, угарного газа и др. Промышленные га­зы воздействуют на ассимилирующий аппарат зеленых растений. Они разрушают корневую систему растений, цитоплазму и хлоро­пласта в клетках листьев, угнетают деятельность устьиц, в 1,5-2 ра­за снижая интенсивность транспирации, фотосинтеза. Особенно подвержены вредному воздействию загрязнителей атмосферы хвой­ные деревья: сосна, ель, пихта, кедр, которые первыми погибают от загрязнения атмосферы в крупных промышленных районах.

Отрицательное влияние на растения оказывают выбросы пред­приятий цветной металлургии и кислотных заводов. В окрестностях заводов, производящих серную кислоту и алюминий, гибнут сады и виноградники, вблизи цементных заводов гибнут плодовые деревья и кустарники, около свинцово-цинковых комбинатов - посевы и т. д.

Загрязнение воздуха сопровождается образованием устойчивых аномалий повышенного содержания загрязнителей в воде, почве, растениях. Параметры очагов загрязнения различны. В Канаде во­круг металлургического комплекса Садбери, в воздушных выбро­сах которого содержится диоксид серы, вся растительность уничто­жена на площади около 60 км2. Токсичные газопылевые выбросы промышленных предприятий центральной части Великобритании, Рурского бассейна и некоторых других районов Центральной Ев­ропы достигают Скандинавских стран, и кислотные дожди вызыва­ют (особенно в южной части Норвегии) деградацию лесной расти­тельности на обширных территориях, гибель рыб и других водных животных во многих озерах. Мощное угнетающее воздействие на растительность оказывает Норильский металлургический комби­нат в России.

Так как концентрация загрязнителей возрастает по цепям пита­ния, то в окрестностях химических заводов она в теле животных в десятки раз выше, чем в окружающем воздухе.

Глобальные загрязнения и изменения газового баланса атмосферы. Наряду с локальным загрязнением атмосферы над городами в по­следнее время все большую тревогу вызывает проблема ее глобаль­ного загрязнения. Распространяясь воздушными течениями, загряз­нения вызывают нарушения глобального характера, оказывают воз­действие на процессы в биосфере. Важнейшим сейчас является во­прос об увеличении в атмосфере диоксида углерода и пыли.

За последние 100 лет за счет сжигания ископаемого топлива в ат­мосферу поступило дополнительно 400 млрд т С02. Содержание ди­оксида углерода в атмосфере возросло за счет лесных и степных по­жаров. В то же время поглощение С02 из атмосферы основными его потребителями - лесными растениями и фитопланктоном Мирово­го океана - сократилось за счет уменьшения площадей лесов, гиб