Основноеотличиеопытаисторииотсегодняшнегоднясостоитвтемпахимасштабах. Чрезмерноактивнаяхозяйственнаядеятельность, ущерботкоторойнакапливался столетиями и даже тысячелетиями, ныне оказалась спрессованной в десятилетия. Если раньше под слоем песка погибали отдельные города, то теперь процесс опустынивания, зарождаясь в различных местах и имея региональное проявление, принялглобальныемасштабы. Накоплениеватмосфереуглекислогогаза, усиление запыленности и задымленности атмосферы ускоряют опустынивание суши.

5.2. ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ

В настоящее время выделяются три основных источника загрязнения атмосферы: промышленность, транспорт и котельные, которые потребляют более 70 % ежегодно добываемого твердого и жидкого топлива. Доля каждого из этих источников в общем загрязнении воздуха в разных регионах различна. Наиболее сильно загрязняют воздух теплоэлектростанции (ТЭС) и металлургические предприятия, выбрасывая в воздух с дымом сернистый и углекислый газ, оксиды азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка.

Атмосферные загрязнители подразделяют напервичные, поступающиенепосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения первичных. Так, сернистый газ (SO2) окисляется в атмосфере до серного ангидрида (SO3), который взаимодействует с парами воды и образует капельки серной кислоты. В результате реакции серного ангидрида с аммиаком возникают кристаллы сульфата аммония. Аналогичным образом — путем химических, фотохимических, физико-химических реакций между загрязняющими веществами и компонентами атмосферы — образуются другие вторичные загрязнители.

Аэрозольное загрязнение атмосферы

Аэрозоли— твердыеилижидкиеатмосферныечастицы, обладающиемалымискоростями осаждения.

Аэрозоли подразделяются на пыль (размеры частиц более 1 мкм), дым (размеры твердых частиц менее 1 мкм) и туман (размеры жидких частиц менее 10 мкм).

Твердые компоненты аэрозолей в ряде случаев особенно опасны для живого организма, а у людей они вызывают специфические заболевания. Значительная часть аэрозолей образуется в атмосфере при взаимодействии твердых и жидких частицмеждусобойилисводянымпаром. Среднийразмераэрозольныхчастиц — 11–51 мкм. Большоеколичествопылевыхчастицобразуетсятакжевпроцессепроизводственной деятельности людей. Пыль — один из наиболее распространенных загрязнителей атмосферы. Она оказывает вредное воздействие на живые организмы, растительный мир, ускоряет разрушение металлоконструкций, зданий, сооружений.

Основнымиисточникамиискусственныхаэрозольныхзагрязненийвоздухаявляются ТЭС, которые потребляют уголь высокой зольности, а также обогатитель-

97

ные фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые заводы. Аэрозольные частицы от этих источников отличаются большим разнообразием химического состава. Чаще всего в них присутствуют соединения кремния, кальция и углерода, реже — оксиды металлов: железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена; встречается асбест.

Источником пыли и ядовитых газов служат и массовые взрывные работы. Например, в результате одного среднего по массе взрыва (1250–3000 т взрывчатых веществ) в атмосферу выбрасывается около 12 тыс. м3 условного оксида углерода и более 1150 т пыли. Производство цемента и других строительных материалов также является источником загрязнения атмосферы пылью. Основные технологические процессы этих производств — измельчение и химическая обработка шихт, полуфабрикатов и получаемых продуктов в потоках горячих газов — всегда сопровождаются выбросами пыли и других вредных веществ в атмосферу.

Смог

Отработанные газы автотранспорта содержат ряд продуктов полного и неполного сгорания топлива, которые могут вступать в фотохимические реакции с оксидами азота, образуясмог— сложноесочетаниепылевыхчастиц, капельтумана, токсичных газов. От него страдают люди, животные, растения, разрушаются покрытия зданий, скульптуры.

Различают смог ледяной, влажный и фотохимический.

Ледяной смог (аляскинского типа) — это сочетание газообразных загрязнителей, пылевых частиц и кристалликов льда, возникающих при замерзании капель тумана и пара отопительных систем.

Влажный смог (лондонского типа) возникает в результате сочетания густого тумана с примесью газообразных загрязнителей — дыма, газовых отходов производства (в основном сернистого ангидрида SO2) и пылевых частиц. Сам по себе лондонский туман не опасен для человеческого организма. Он становится вредным только тогда, когда чрезмерно загрязнен токсическими примесями. Так, смог в 1952 г. за 3–4 дня погубил более 4 тыс. человек: над всей Англией возникла зона высокого давления и в течение нескольких дней сохранялась безветренная погода. Однако трагедия разыгралась только в Лондоне, где была высокая степень загрязнения атмосферы. Английские специалисты определили, что смог 1952 г. содержал несколько сот тонн дыма и диоксида серы SO2. При сопоставлении загрязненности атмосферного воздуха в Лондоне в эти дни с уровнем смертности было отмечено, что смертность увеличилась прямо пропорционально концентрации в воздухе дыма и SO2. Главным действующим компонентом смога лондонского типа был диоксид серы (5–10 мг/м3 и выше).

Фотохимический смог (сухой, лос-анджелесского типа) — это пелена едких газов и аэрозолей повышенной концентрации (без тумана), возникающая под действием ультрафиолетовой радиации солнца и воздуха в результате фотохимических реакций, происходящих ватмосфере вприсутствии газовых выбросов автомобилей и химических предприятий.

98

Для фотохимического смога более характерна желто-зеленая или сизая сухая дымка, а не сплошной туман. Появляется неприятный запах, резко ухудшается видимость. Погибают домашние животные, главным образом собаки и птицы. У людей фотохимический смог вызывает раздражение глаз, слизистых оболочек носа и горла, симптомы удушья, обострение легочных и различных хронических заболеваний. Смогоказываетвредноевлияниеинарастения, особеннонабобы, свеклу, злаки, виноград, декоративные насаждения. Сначала наблюдается набухание листьев. Через некоторое время нижняя поверхность листьев приобретает серебристый или бронзовый оттенок, а на верхней поверхности появляются пятна и белый налет. Затем происходит быстрое увядание растения. Фотохимический туман вызывает коррозию материалов и элементов зданий, растрескивание красок, резиновых и синтетических изделий, порчу одежды. Из-за плохой видимости нарушается работа транспорта.

В процессе фотохимических реакций возникают вещества, значительно превосходящие исходные по своей токсичности. Основные компоненты фотохимического смога — фотооксиданты (озон, органические перекиси, нитраты, нитриты), оксиды (IV) азота, оксид (II) и оксид (IV) углерода, углеводороды, альдегиды, кетоны, фенолы, метанол и т. д. Эти вещества в меньших количествах всегда присутствуют в воздухе больших городов, в фотохимическом смоге их концентрация намного превышает предельно допустимые нормы.

Загрязнение атмосферы выбросами транспортных средств

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. В городах на долю автотранспорта приходится (в зависимости от уровня развития в данном городе промышленности и числа автомобилей) от 30 до 70 % общей массы выбросов.

Автотранспорт. Сильно загрязняют атмосферу автомобили, работающие на бензине (на их долю приходится около 75 % выбросов), самолеты (около 5 %), автомобили с дизельными двигателями (около 4 %), тракторы и другие сельскохозяйственные машины (около 4 %), железнодорожный и водный транспорт (око-

ло 2 %).

Наибольшее количество загрязняющих веществ выбрасывается при разгоне автомобиля, а также при движении с малой скоростью. Относительная доля (от общей массы выбросов) углеводородов и оксида углерода наиболее высока при торможении и на холостом ходу, а 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», которые существенно сокращают число остановок транспорта на перекрестках, призваны снизить загрязнение атмосферного воздуха.

Несмотря на то, что дизельные двигатели более экономичны и таких веществ, как оксид углерода (СО2), диоксид азота (NO2), выбрасывают не более, чем бен-

99

зиновые, они дают существенно больше дыма (преимущественно несгоревшего углерода, который, к тому же, обладает неприятным запахом, создаваемым некоторыми несгоревшими углеводородами). А если учесть, что дизельные двигатели производят сильный шум, становится понятно, что они воздействуют на здоровье человека гораздо больше, чем бензиновые.

Двигатели самолетов. 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 (как и дизельные) при посадке и взлете выбрасывают хорошо заметный глазу шлейф дыма.

Значительная часть топлива тратится на выруливание самолета к взлетно-по- садочной полосе перед взлетом и на заруливание после посадки. Доля несгоревшего и выброшенного в атмосферу топлива при рулении намного больше, чем

вполете.

Впоследнее время большое внимание уделяется исследованию эффектов, которые возникают в связи с полетами сверхзвуковых самолетов и космических кораблей. Эти полеты сопровождаются загрязнением стратосферы оксидами азота и сернойкислотой(сверхзвуковыесамолеты), атакжечастицамиоксидаалюминия (транспортные космические корабли). Поскольку перечисленные загрязняющие вещества разрушают озон (озоновые дыры), то первоначально создалось мнение, что планируемыйростчислаполетовсверхзвуковыхсамолетовитранспортныхкосмических кораблей приведет к существенному уменьшению содержания озона с последующим губительным воздействием ультрафиолетовой радиации на биосферу Земли. Однако тщательный анализ этой проблемы позволил сделать заключение о слабом влиянии выбросов сверхзвуковых самолетов на состояние стратосферы.

Наиболее опасны для человека и многих животных последствия истощения озонового экрана — увеличение числа заболеваний раком кожи и катарактой глаз. Уменьшение концентрации озона только на 1 % приводит к увеличению интенсивности ультрафиолетового излучения у поверхности Земли на 15 %.

Кроме негативного влияния на здоровье, истощение озонового слоя ведет к усилению парникового эффекта, снижению урожайности, деградации почв, общему загрязнению окружающей среды.

Основным антропогенным фактором, разрушающим озон, считают фреоны (хладоны), которые широко используются как газы-носители (пропелленты) в различного рода холодильных установках, аэрозольных баллончиках и т. п.

Шумы— одноизвредныхдлячеловеказагрязненийатмосферы. Шум— этосовокупностьапериодическихзвуковразличнойинтенсивностиичастоты, любойнежелательныйзвукдлячеловека. Раздражающеевоздействиезвука(шума) начеловека зависит от интенсивности, спектрального состава и продолжительности воздействия. Шумы со сплошными спектрами действуют менее раздражающе, чем шумы узкого интервала частот. Уровень шума в 20–30 децибел (дБ) практически безвреден для человека. Это естественный шумовой фон, без которого невозможна человеческая жизнь. Допустимая граница громкости звуков составляет примерно

100

80 дБ. Интенсивность звука, при которой ухо начинает ощущать давление и боль, называется порогом болевого ощущения (140 дБ). Звук в 150 дБ непереносим для человека. Звук в 180 дБ вызывает усталость металла*, а при 190 дБ — заклепки вырываются из металлоконструкций. Недаром в средние века существовала казнь под колоколом. Звон колокола медленно убивал человека. Наибольшее раздражение вызывает шум в диапазоне частот 3000–5000 Гц.

Работа в условиях повышенного шума на первых порах вызывает у человека быструю утомляемость, обостряет слух на высоких частотах. Затем он привыкает к шуму, чувствительность к высоким частотам резко падает, начинается ухудшение слуха, которое постепенно переходит в тугоухость и глухоту. Тугоухость — это стойкое снижение слуха, затрудняющее восприятие речи в обычных условиях. Снижение слуха на 10 дБ человеком практически не ощущается, серьезное ухудшение разборчивости речи и потеря способности слышать слабые, но важные для общения звуковые сигналы, наступает при снижении слуха на 20 дБ. При интенсивности шума в 125–140 дБ возникают вибрации в мягких тканях носа и горла, а также в костях черепа и зубах. Если интенсивность превышает 140 дБ, то начинают вибрировать грудная клетка, мышцы рук и ног, появляется боль в ушах

иголове, развиваются крайняя усталость и раздражительность. При уровне шума свыше 160 дБ может произойти разрыв барабанных перепонок.

Шумная музыка (70 дБ) также притупляет слух. Группа специалистов обследовала молодежь, часто слушающую модную современную музыку. У 20 % юношей и девушек слух оказался притупленным в такой же степени, как у 85-летних людей.

Шум губительно действует не только на слуховой аппарат, но и на центральную нервную и сердечно-сосудистую системы человека, служит причиной многих других заболеваний, мешает нормальному отдыху и восстановлению сил, нарушает сон. Шум способствует увеличению числа всевозможных заболеваний, поскольку угнетающе действует на психику, способствует значительному расходованию энергии, вызывает душевное недовольство и повышает агрессивность. В общемшумовомфонегородаудельныйвесавтотранспортасоставляет60–80 %. Внутриквартальныеисточникишума(спортивныеигры, игрынадетскихплощадках, погрузочно-разгрузочные работы у магазинов) составляют 10–20 %. Шумовой режим в жилых квартирах складывается из проникающего шума извне и образующегося в результате эксплуатации инженерного и санитарно-технического оборудования: лифтов, насосов, мусоропроводов, вентиляции.

Неслышимыезвукитакжеопасны. Ультразвук(диапазонколебанийот20 000 Гц

ивыше), занимающий заметное место в гамме производственных шумов, неблагоприятно воздействует на организм, хотя ухо его и не воспринимает. Пассажиры самолета часто ощущают недомогание и беспокойство, одной из причин которых является ультразвук. У работающих с ультразвуковыми установками наблюдаются функциональные нарушения со стороны нервной, сердечно-сосудистой и эндо-

*Усталость металла — изменение свойств металлов под воздействием нагрузок.

101

кринной систем, изменяются состав и свойства крови, снижается болевая и слуховая чувствительность. Инфразвуки (диапазон колебаний от 16 Гц и ниже) вызывают у некоторых людей приступы морской болезни, заставляют внутренние органы вибрировать, что приводит к их повреждению и даже остановке сердца. У человека под влиянием инфразвуков появляются чувство глубокой подавленности и необъяснимого страха, паника. Даже слабые инфразвуки могут оказывать на человека существенное воздействие, если они носят длительный характер. Некоторые нервные болезни, свойственные жителям промышленных городов, вызываются именно инфразвуками, проникающими сквозь самые толстые стены.

Мощным источником шума, интенсивность которого значительно превышает предельно допустимые нормы, являются вертолеты и самолеты, особенно сверхзвуковые.

Влияние загрязнения атмосферы на человека, растительный и животный мир

Всевещества, загрязняющиеатмосферныйвоздух, вбольшейилименьшейстепени оказывают отрицательное влияние на здоровье человека. Эти вещества попадают в организм преимущественно через дыхательную систему. Органы дыхания страдают от загрязнения непосредственно, поскольку до 50 % частиц радиусом 0,01–0,1 мкм, проникающих в легкие, осаждаются в них.

Врезультате статистического анализа была установлена зависимость между уровнем загрязнения воздуха и такими заболеваниями, как поражение верхних дыхательных путей, сердечная недостаточность, бронхит, астма, пневмония, эмфизема легких, а также болезни глаз. Резкое повышение концентрации примесей в атмосфере, сохраняющееся в течение нескольких дней, увеличивает смертность людей пожилого возраста от респираторных и сердечно-сосудистых заболеваний.

Вкачестве примера рассмотрим влияние некоторых загрязняющих веществ на живые организмы.

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

Парниковые газы беспрепятственно пропускают к Земле солнечную радиацию, но задерживают тепловое излучение Земли. В результате повышается температура ее поверхности, изменяются погода и климат.

Ученые подсчитали, что в XX столетии средняя температура на Земле увеличилась на 1 градус. По прогнозам, к 2100 г. она возрастет на 3 градуса, что приведет к мощному таянию вечных льдов Антарктики и Арктики, повышению уровня Мирового океана на несколько метров, затоплению огромных участков территории, включая такие прибрежные города, как Токио, Нью-Йорк, Венеция.

Подпарниковымэффектомпонимаютвозможноеповышениеглобальнойтемпературы планеты, обусловленное постепенным накоплением парниковых газов в атмосфере и изменением теплового баланса.

102

Основным парниковым газом является диоксид углерода — CO2. Его вклад в парниковый эффект, по разным данным, составляет от 50 до 66 %. К другим парниковым газам относятся метан (около 18 %), оксиды азота (примерно 3–5 %), а также озон, фреоны (хлорфторуглероды) и другие газы.

Сернистый ангидрид (SO2) выделяется в процессе сгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд. SO2 в смеси с твердыми частицами (при концентрации дыма 150–200 мкг/м3) приводит к нарастанию симптомов затрудненного дыхания и обострению болезней легких. При концентрации дыма 500–750 мкг/м3 резко увеличивается число больных и повышается количество смертельных исходов. Серный ангидрид (SO3) образуется при окислении сернистого ангидрида и в дальнейшем превращается в раствор серной кислоты в дождевой воде — кислотные дожди (реакция среды pH<5,0), которые подкисляют почву, обостряя тем самым заболевания дыхательных путей человека. При сжигании различных видов топлива, а также с выбросами различных предприятий

ватмосферу поступает значительное количество оксидов серы и азота, при взаимодействии которых с атмосферной влагой образуются азотная и серная кислоты. К ним примешиваются органические кислоты и некоторые соединения, что

всумме дает раствор с кислой реакцией.

Кислые осадки, попадая в водные источники, повышают кислотность и жесткостьводы. Такаяводасильноподавляетдеятельностьферментов, гормонови других биологически активных веществ, от которых зависят рост и развитие организмов, живущих в воде. Кислые осадки повреждают защитные ткани, увеличивают вероятность проникновения через них патогенных бактерий и грибов, способствуют вспышкам численности вредных насекомых. Особенно сильно повреждаются хвойные леса.

Вобразованиикислотныхдождейпринимаютучастиенетолькооксидысеры, но и оксиды азота (наиболее опасным оксидом азота является NO2). Основными источниками выброса оксидов азота являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, вискозный шелк.

Соединенияфтора. Фторсодержащие вещества поступаютватмосферу ввиде газообразных соединений — фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом. Производные фтораявляются сильными инсектицидами. Источники загрязнения — предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений.

Соединения хлора поступают в атмосферу с химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлорсодержащие пестициды, органические красители, соду, гидролизный спирт, хлорную известь. Токсичность хлора определяется видом соединения и его концентрацией.

Назовем некоторые другие загрязняющие воздух вещества, вредно действующие на человека. Установлено, что у людей, профессионально имеющих дело с асбестом, повышенавероятностьраковыхзаболеваний. Бериллийоказываетвредное воздействие на дыхательные пути, а также на кожу и глаза. Пары ртути нарушают

103