Лекция 2 Антропогенное воздействие на атмосферу

2.1. Состав и характеристики атмосферы

Атмосфера – газовая оболочка Земли массой около 5,910¹⁵ т. Около 75,5 % этой массы составляет азот (78 % от объема), 23 % (21 % от объема) – кислород, около 1% приходится на аргон, остальные 0,5% – оксиды углерода, водород и прочие газы. В атмосфере выделяются следующие слои 9:

- тропосфера (высота от 7 км над полюсами, до 18 км над экватором, температура изменяется от +40С до 5 С, в среднем на 6С на 1 км; в связи с большой плотностью воздуха в тропосфере сосредоточено до 80 % всей массы атмосферы);

- стратосфера (высота около 40 км, температура повышается от 50С до +1С, воздух разряжен, влажность небольшая, содержит основную часть атмосферного озона);

- мезосфера (высота около 30 км, температура понижается до 70С);

- термосфера (не имеет верхней границы, температура повышается до + 1600С).

Особенности атмосферы по сравнению с другими компонентами биосферы: высокая подвижность, изменчивость составляющих ее элементов, своеобразие молекулярных реакций, в которых могут участвовать инертные газы. Атмосфера является жизненной средой и выполняет функцию защиты жизни от воздействия открытого Космоса – защищает от метеоритов, дозирует поступление солнечной энергии, ультрафиолетовых и инфракрасных лучей и пр.

Важнейшим параметром, определяющим масштабы распространения загрязняющего вещества (ЗВ) в атмосфере, является время его жизни в ней. Исходя из этого, выделяются три типа ЗВ:

- приводящие к загрязнению в локальном масштабе (на небольшой территории – например, на предприятии или в населенном пункте) – выбросы веществ с малым временем жизни (грубодисперсные аэрозоли, сероводород и др.;

- приводящие к загрязнению в региональном масштабе (регион может охватывать территорию нескольких государств) – выбросы веществ со временем жизни до нескольких суток, приводящие к загрязнению крупного региона (оксиды серы и азота, пестициды, тяжелые металлы). В случае выброса из низких источников эти вещества оказывают загрязнение в локальном масштабе;

- приводящие к загрязнению в глобальном масштабе – выбросы веществ с большим временем жизни в атмосфере (годы или месяцы), способные распространяться по всей Земле независимо от места выброса (углекислый газ, фреоны, радионуклиды с периодом полураспада от 1 месяца).

2.2. Естественные и антропогенные источники загрязнения атмосферы

Основные естественные источники загрязнения атмосферы перечислены в табл. 1.

Таблица 1

Естественные источники загрязнения атмосферного воздуха

Источник	Загрязняющие вещества
Метеориты	Космическая пыль
Вулканы	Оксиды серы, вулканическая пыль (мелкодисперсный пепел)
Лесные пожары	Окись и двуокись углерода, оксиды азота, зола
Пыльные бури	Пыль
Животные (жизнь)	Углекислый газ
Растения (жизнь)	Углекислый газ, углеводороды, пыльца
Растения, животные (разложение)	Метан, сероводород
Почва	Пыль, вирусы
Море	Частицы морской соли

Антропогенные источники загрязнения отличаются большим разнообразием. Основной источник – транспорт. На его долю приходится 38% всех выбросов от антропогенных источников, что выше, чем доля любой из отраслей промышленности. Железнодорожный транспорт занимает второе место по загрязнению атмосферы (2% от общего объема выбросов всеми видами транспорта) после автомобильного (58%) [18]. В крупных городах доля автотранспорта значительно выше: в Москве 80 %, а в Нью-Йорке и Лос-Анджелесе – 90%. Среди объектов промышленности около 27% всех выбросов приходится на долю энергетики, включая выработку электроэнергии на ТЭЦ и тепловой энергии в котельных различной мощности. На втором месте – цветная металлургия (около 2 %), на третьем – черная (примерно 15%) [9].

В выбросах антропогенных источников присутствуют практически все элементы таблицы Менделеева, но основными ЗВ являются оксиды углерода, серы и азота, углеводороды, пыль и зола.

Выбросы естественных источников по массе иногда превышают антропогенные, что послужило поводом для высказываний некоторых политиков относительно опасности естественного загрязнения. Так, в 1980-х гг. президент США Рональд Рейган доказывал, что основной причиной кислотных осадков является вулканическая деятельность, а мэр Денвера утверждал, что загрязнение городского воздуха в летний период вызвано деревьями [33]. Однако именно антропогенные выбросы создают наиболее существенную долговременную угрозу биосфере. Причина этого заключается в том, что выбросы естественных источников хорошо рассеиваются и происходят нечасто. Поэтому они обычно не приводят к существенному повышению концентрации ЗВ. Такая концентрация является фоновой (устойчивой). Антропогенные источники выбрасывают большие количества ЗВ в ограниченной области, поэтому их вклад в локальное загрязнение довольно значителен.

Антропогенные источники выбросов по подвижности подразделяются на стационарные и передвижные. Передвижные источники подразделяются на тяговые (автомобили, тепловозы, моторно-рельсовый транспорт, самоходная путевая техника и т.п.) и нетяговые (рефрижераторный подвижной состав, пассажирские вагоны с печным отоплением и др.)

Стационарные источники классифицируются следующим образом:

- по периодичности: постоянные (непрерывные) и периодические (залповые). Последние включают также аварийные выбросы;

- по организованности: организованные (дымовые трубы, аэрационные фонари, вентиляционные устройства) и неорганизованные (сварочные посты, станки и т.п.);

- по высоте: высокие (более 50 м), средней высоты (10–50 м), низкие (2–10 м) и наземные (до 2 м).