6.2.3. Диоксид углерода (со2)

Диоксид углерода образуется при полном окислении углеродсодержащего топлива. Атмосферный СО₂, находящийся в состоянии постоянного обмена с почвой, водой и живыми организмами, т. е. создается круговорот его в природе.

В этом кругообороте источниками СО₂ служат вулканические извержения, выветривание содержащих углерод горных пород, микробиологический распад органических соединений над почвой и в почве, дыхание животных и растений, лесные пожары и сжигание природного топлива. Выбросу СО₂ противостоят процессы его фиксации из атмосферы: фотосинтез растений, растворение в морской воде, накопление соединений, богатых углеродом и отложение богатых углеродом залежей горючих ископаемых.

Между процессами высвобождения углерода при дыхании и связывания углерода при фотосинтезе установилось известное равновесное состояние, что характерно как для материков, так и для океанов. В такой обменный механизм включена только часть общего количества углерода всей биомассы.

Увеличение количества сжигаемого природного топлива с развитием индустриализации, особенно в течение последних 100 — 200 лет, привело к заметному повышению содержания СО₂ в атмосфере.

Наряду с сжиганием природного топлива человек находит другой повод для вмешательства в природные «кладовые» углерода. В результате интенсивной обработки земли и создания новых пашен идет быстрое разрушение слоя гумуса в почве и ускоренный переход углерода в атмосферу. К этому добавляется вырубка лесов, особенно ликвидация тропической растительности, в которой издавна накопились огромные запасы углерода.

Попавший в атмосферу СО₂ остается в ней в среднем 2 — 4 года. За это время СО₂ повсеместно распространяется по всей земной поверхности, входя в состав атмосферы. Влияние СО₂ выражается не только в токсичном действии на живые организмы, но и в способности поглощать инфракрасные лучи.

При нагревании земной поверхности солнечными лучами часть тепла в виде инфракрасного излучения отдается обратно в мировое пространство. Это возвращаемое тепло частично перехватывается газами, поглощающими инфракрасное излучение которые в результате нагреваются. Если это явление происходит в тропосфере, то с ростом температуры могут происходить климатические изменения («парниковый эффект»).

6.2.4. Диоксид серы (so2)

В отличие от CO₂, оказывающего влияние только на распре­деление энергии в атмосфере (благодаря поглощению ИК-лучей), диоксид серы может оказать и прямое токсическое действие на живые организмы. Кроме того, реакционная способность SO₂ значительно выше, чем у СО₂.

К природным источникам SO₂ в первую очередь относятся вулканы, лесные пожары, морская пена и микробиологические превращения серусодержащих соединений. Выделяющийся в атмосферу SO₂ может связываться известью, в результате чего в воздухе поддерживается его постоянная концентрация около 1 млн^-1.

Диоксид серы антропогенного происхождения образуется при сгорании угля и нефти, в металлургических производствах, при переработке содержащих серу руд, при различных химических технологических процессах. Большая часть антропогенных выбросов SO₂ (около 87%) связано с энергетикой и промышленностью.

Время пребывания SO₂ в атмосфере в среднем исчисляется двумя неделями. Этот промежуток времени слишком мал, чтобы газ мог распространиться в глобальном масштабе. Поэтому в соседних географических районах, где осуществляются как большие, так и умеренные выбросы диоксида серы, в атмосфере может наблюдаться большое различие концентраций SO₂. Таким образом, проблема SO₂ возникает в первую очередь в высокораз­витых промышленных странах и у их ближайших соседей

Во время переноса диоксид серы SO₂ и другие кислотные вы­бросы лишь в очень малой степени теряют свою активность. Нейтрализация происходит только том случае, если в воздухе, одновременно с SO₂ находится пыль, содержащая гидроксиды щелочных и щелочноземельных элементов. Атмосфера очищает­ся главным образом при вымывании кислых газов водой или снегом, а также при их «сухом» осаждении, т. е. в виде самого газа или адсорбированного на мельчайших частицах пыли. Кроме того, SO₂ растворяется в мельчайших капельках тумана, которые после осаждения также относят к сухой части загрязнений. Остальная часть вымывается из атмосферы вместе с дождями и снегом.

Сухая часть загрязнений обычно выпадает либо в непосред­ственной близости от источника выброса, либо на незначитель­ном удалении от него. При длительном переносе воздухом в основном выпадает связанная водой часть выбросов.

Влажную («мокрую») часть выбросов часто называют кислотными дождями. Этот термин следует применять, с известной осторожностью: он относится только к дождям неприродного происхождения и отвечает определенным критериям (кислотный дождь имеет рН 5,6 и содержит повышенное количество сульфи­тов, сульфатов, нитритов, нитратов, хлоридов и фторидов или, по крайней мере, один из этих компонентов). Зная содержание вышеперечисленных анионов в осадочных породах, можно опре­делить и рН осадков, выпадавших на землю во времена, когда еще не было промышленного развития.

У людей SO₂ раздражает слизистую оболочку, вызывая сильный кашель. У взрослых и здоровых людей эти симптомы появля­ются только при концентрациях, соответствующих МЭК 5 млн^-1 (13 мг/м³). В течение короткого времени воздействия можно выдержать и десятикратную концентрацию. Значительно сложнее обстоит дело с людьми, обладающими повышенной чувствительностью к SO₂. К этой группе относится около 10% людей. У них уже кратковременное воздействие SO₂ при кон­центрации 1,3 мг/м³ вызывает спазмы дыхательных путей, и требуется немедленное медицинское вмешательство. Таким же образом реагируют на загрязнение атмосферы SO₂ и больные астмой. Считают, что физиологическое действие SO₂ в первую очередь связано с образованием H₂SO₃ на влажной слизистой бронхов. Аналогично действуют и аэрозоли серной кислоты. В тяжелых случаях может возникнуть отек легких. При длитель­ном воздействия SO₂ пропадает чувствительность к запахам и вкусам. В организме H₂SO₃ окисляется в H₂SO₄ и выводится по­чками, при этом понижается рН мочи, который в нормальных пределах лежит между 4,8 и 7,5.

Особая трудность при определении вреда, нанесенного орга­низму действием SO₂, заключается в том, что она часто прояв­ляется совместно с действием других факторов, опасных для здоровья. Неоднократно наблюдалось, что при повышенной концентрации пыли токсичное действие SO₂ проявляется значительно сильнее, чем в воздухе, свободном от пыли. После нескольких трагедий в Лондоне, связанных с образованием смога, было установлено, что при комбинированном воздействии пыли и SO₂ смертность превысила обычное среднее значение. При coвместном действии SO₂ и пыли возрастает опасность заболевания хроническим бронхитом. Синергизм совместного действия пыли и диоксида серы объясняют адсорбцией молекул SO₂ на мельчай­ших частицах пыли, которые могут проникать в чувствительные альвеолы легких, не подвергаясь нейтрализации на слизистой оболочке бронхов.

Диоксид серы часто действует совместно с NO_х; эта комбина­ция может значительно увеличить число заболеваний дыхатель­ных путей. В связи с этим следует упомянуть, что распростра­ненность псевдокрупа — воспаления гортани — в наше время связано с загрязнением окружающей среды.

Кислотные выбросы действуют не только на людей, они дей­ствуют и на животных, однако систематические наблюдения в этих случаях отсутствуют. Только обитателям вод было уделено большее внимание, так как последние особенно чутко реагируют на изменение рН среды обитания.