Глава II. Качество воздушной среды

Из всех форм деградации природной среды России наиболее опасной в настоящее время остается загрязненность атмосферы вредными веществами, оказывающими отрицательное воздействие на здоровье людей и биоту. Особенности экологической обстановки в отдельных регионах Российской Федерации и возникающие экологические проблемы обусловлены местными природными условиями и характером воздействия на них промышленности, транспорта, коммунального и сельского хозяйства. Степень загрязнения воздуха зависит, как правило, от степени урбанизированности и промышленного развития территории (специфика предприятий, их мощность, размещение, применяемые технологии), а также от климатических условий, которые определяют потенциал загрязнения атмосферы [61, с. 8].

Загрязнение атмосферного воздуха, изменение его газового состава связаны с различными видами хозяйственной деятельности [61, с. 8] человека. При разработке полезных ископаемых, производстве цемента, внесении удобрений, сжигании топлива, с выхлопными газами автотранспорта, при трении автомобильных шин о дорожное полотно, с выбросом отходов промышленного производства в атмосферу попадает большое количество взвешенных частиц и разнообразных газов. Происходит загрязнение атмосферы [61, с. 9].

Данные Госкомстата России свидетельствуют, что практически четвертая часть всех загрязняющих веществ, образовавшихся в процессе промышленного производства, поступает в атмосферный воздух. На сегодняшний день учитывается деятельность 18,6 тыс. предприятий страны, имеющих выбросы в атмосферу. Всего на этих предприятиях насчитывается более 955 тыс. источников выбросов загрязняющих веществ. В 1999 г. ими было выделено 79,6 млн. т загрязняющих веществ, из которых 15,7 млн. т поступили в атмосферный воздух без очистки, а 63,9 млн. т поступили в очистные сооружения, где было уловлено и обезврежено 61,1 млн. т выбросов [61, с. 9].

Число жителей, испытывающих опасное влияние 10-кратного превышения ПДК различных веществ, поступивших в атмосферу, достигает 40-50 млн. человек, 5-кратного – 55-60 млн. человек. Наиболее часто повышенный уровень загрязнения атмосферного воздуха связан с поступлением в атмосферу таких вредных веществ, как оксиды азота, оксид углерода, формальдегид, углеводороды, сернистый ангидрид [61, с. 9].

По данным регулярных наблюдений на станциях Росгидромета, за последние 10 лет (1990-1999) средние за год концентрации таких веществ, загрязняющих атмосферный воздух, как диоксид серы, взвешенные вещества, аммиак, фенол, фтористый водород, сажа и сероуглерод, снизились на 5-49 %, что объясняется уменьшением промышленных выбросов в результате спада производства. В то же время концентрации оксида углерода и диоксида азота возросли на 13-15%, что обусловлено непрерывным ростом парка автомобилей и неудовлетворительным техническим состоянием значительной их части, низким качеством топлива и плохим состоянием дорог. И в целом, несмотря на произошедшее в 1990-1999 гг. существенное сокращение промышленных выбросов и уменьшение концентраций соответствующих загрязняющих веществ в атмосферном воздухе многих городов, уровень его загрязнения в 1999 г. оставался недопустимо высоким [61, с. 9].

Специфика проблем окружающей природной среды конкретного региона во многом обусловлена природно-климатическими условиями. Россия располагает огромной территорией (17,1 млн. км²), простирающейся от Арктики до Черного и Каспийского морей, от Балтики до Тихого океана. Влияние обширного пространства суши, нагретой летом и охлажденной зимой, имеет определяющее значение в режиме движения воздушных масс континента [61, с. 9]. Россия располагается в основном в умеренных и высоких широтах, где господствует западный перенос воздушных масс с Атлантики на материк. В условиях равнинности рельефа морской воздух проникает далеко на восток. Западные ветры и формирующиеся на полярном фронте (граница раздела арктических воздушных масс и воздушных масс умеренных широт) циклоны являются преобладающим типом атмосферной циркуляции над большей частью Европейской и Сибирской равнин, особенно в теплый период года. С циклонами связаны неустойчивость погоды, частые сильные ветры, иногда штормы и ураганы, значительное количество пасмурных дней, осадки. Зимой в области полярного фронта происходит взаимодействие арктических и атлантических воздушных масс, морского и континентального воздуха умеренных широт. При прохождении большого количества циклонов наблюдаются частая смена погоды, чередование холодов и оттепелей, большое количество осадков в виде снега. По мере движения на восток в глубь континента западный перенос воздушных масс постепенно ослабевает. Наблюдается уменьшение влияния Атлантики с увеличением континентальности климата: уменьшается количество осадков, увеличиваются годовые амплитуды средних месячных и экстремальных температур. [61, с. 10].

Наиболее суровый сезон на большей части нашей страны - зима. В умеренных и высоких широтах радиационный баланс в это время года отрицательный. Земная поверхность сильно выхолаживается и охлаждает нижние слои атмосферы. Особенно интенсивно этот процесс протекает над районами Восточной Сибири, удаленными от океанов. На северо-востоке Сибири в межгорных котловинах средняя температура января опускается до -40 ...-50°С. Здесь формируется устойчивая зона повышенного давления - мощный Сибирский антициклон, от которого области повышенного давления растекаются в двух направлениях: на северо-восток вплоть до Чукотки и на запад через Северный Казахстан на юг Русской равнины (до 50° с.ш.). В области антициклона устанавливается безветренная малооблачная сухая погода, когда отсутствует всякий обмен воздушных масс [61, с. 10].

Влияние Тихого океана ограничивается восточным побережьем страны и проявляется преимущественно во время летнего муссона, но распространяется неглубоко на территорию континента, так как препятствием служат горы, идущие вдоль всей восточной окраины азиатского материка. С летним муссоном - потоком прохладного морского воздуха, приходящего на разогретый материк, связаны на Дальнем Востоке облачность, максимум осадков, сильные ветры, иногда разрушительные тайфуны и наводнения на реках [61, с. 10].

Учет природных факторов при решении экологических проблем урбанизированных территорий требует строгого обоснования [61, с. 10] выбора места для промышленного строительства с учетом оптимальных условий для жизни людей. В частности, при размещении промзон и основных объектов жилищного и рекреационно-культурного комплекса следует принимать во внимание господствующее направление ветров. Промышленные предприятия должны размещаться с подветренной стороны, чтобы их выбросы в атмосферу не попадали в жилые районы города [61, с. 11].

Необходимо учитывать также тот фактор, что городская среда способствует образованию особой городской циркуляции воздушных масс и созданию «теплового колпака», усиливающего загрязнение воздушного бассейна города. Температурные различия между городом и соседней сельской местностью могут достигать 8°С, при среднем значении 1-4°С. Архитектурная планировка городов должна учитывать необходимость создания «ветровых коридоров», пропускающих воздушные массы по основным направлениям и выносящих загрязненные потоки из города [61, с. 11].

Господствующие в условиях антициклональной погоды нисходящие потоки воздуха приводят к накоплению загрязняющих веществ в приземных слоях атмосферы. Поэтому при одинаковом количестве поступающих веществ загрязнение воздушной среды будет значительно больше в районах с преимущественно антициклональным режимом погоды и меньше там, где преобладает циклоническая деятельность. По этой причине атмосферные загрязнения особенно опасны в межгорных котловинах Восточной Сибири. В частности, сверхвысокая концентрация промышленности в Кузбассе в условиях замкнутости котловинного рельефа при характерном антициклональном типе погоды создала здесь особо тяжелые условия для жизни населения. Высокоплотная застройка и горнодобывающая промышленность определяют экологическое неблагополучие региона, усиленное природным фоном [61, с. 11].

В районах, где господствуют антициклоны, промышленные и транспортные выбросы должны быть минимальными. Для нашей страны антициклональная погода наиболее типична и зимой и летом для юга Русской равнины, а зимой - для Восточной Сибири. В других областях, особенно в крупных городах, при установлении антициклональной погоды предприятия и транспорт должны на этот период резко уменьшать выбросы в атмосферу загрязняющих веществ [61, с. 11].

В циклональном вихре при неустойчивой погоде воздух активно перемешивается, поднимается в верхние слои атмосферы, где и растекается на большие расстояния (рис. 1). Это приводит к снижению концентрации вредных веществ и к широкому распространению загрязненного воздуха по территории. Масштабы загрязнения могут в таких случаях определяться по косвенным признакам (в частности, по загрязнению снежного покрова вокруг населенного пункта) [61, с. 11].

Рис. 1. Движение воздушных потоков в антициклоне (а) и в циклоне (б) [61, с. 12].

Экологическая обстановка урбанизированных территорий характеризуется многими составляющими. В частности, состояние атмосферного воздуха, объем выбросов загрязняющих веществ зависят от уровня урбанизации страны. Россия относится к странам с высоким уровнем урбанизации (73%). Городские поселения России представлены 1092 городами и 1875 поселками городского типа, где проживают соответственно 94,7 и 11,2 млн. человек (на 01.01.2000 г.). Ведущая роль в урбанизационных процессах, проявляющихся, в частности, и в степени загрязнения окружающей среды, принадлежит большим городам с населением свыше 100 тыс. человек. На европейской территории России сконцентрировано 126 больших городов (77% их числа). При современной численности населения страны – 145 559,2 тыс. человек [6] - его средняя плотность составляет 9 человек на 1 км² (в европейской части России - 29 человек, в азиатской - 3 человека на 1 км²). Расселение на Севере страны - выборочное, очаговое: близ крупных ресурсных баз, по долинам рек, в портовых районах, вдоль транспортных путей [61, с. 12].

Агломерации в основной полосе расселения (территории, расположенные южнее линии Санкт-Петербург - Омск, а также южные районы Сибири и Дальнего Востока) начали образовывать более обширные урбанистические ареалы, такие как Московский столичный регион, Ленинградская, Нижегородская, Самарско-Тольяттинская, Новосибирская агломерации, Свердловско-Челябинский регион, что при дальнейшем развитии может привести к обострению экологических проблем на отдельных территориях. Высокая степень урбанизированности характерна для Центрального, Центрально-Черноземного, Северо-Кавказского и Уральского экономических районов, а Московская, Тульская, Ярославская, Воронежская, Санкт-Петербургская агломерации лидируют среди регионов. Существенно ниже показатели урбанизированности территории Западно-Сибирского, Восточно-Сибирского и Дальневосточного экономических районов [61, с. 12].

Наблюдения за загрязнением атмосферы проводятся регулярно в 219 городах и населенных пунктах Российской Федерации на стационарных постах (621) Росгидромета. В большинстве городов измеряются концентрации от 5 до 25 веществ. В 1999 г. в России насчитывалось 195 городов с населением 64,5 млн. человек (44% населения России), в которых средние за год концентрации одного или нескольких загрязняющих веществ в атмосферном воздухе превышали ПДК. Проблему промышленного загрязнения в городах создают главным образом высокие концентрации бенз(а)-пирена, взвешенных веществ, диоксида азота, сероуглерода, формальдегида [61, с. 13].

Приоритетный список, в который включены города России с самым высоким уровнем загрязнения воздуха (индекс загрязнения атмосферы более 14), насчитывает 22 города с общей численностью населения 13 млн. человек, (табл. 1). В 79 городах уровень загрязнения воздуха высокий (4, цв. вкл.) [61, с. 13].

Таблица 1. Города с наибольшим уровнем загрязнения воздуха в 1999 г. [61, с. 13-14].

Город	Вещества, определяющие высокий уровень загрязнения атмосферного воздуха
Балаково	Сероуглерод, формальдегид, диоксид азота
Бийск	Формальдегид, взвешенные вещества, диоксид азота
Братск	Диоксид азота, формальдегид, фтористый водород, сероуглерод
Екатеринбург	Формальдегид, бенз(а)пирен, акролеин
Иркутск	Формальдегид, взвешенные вещества, диоксид азота
Кемерово	Сероуглерод, аммиак, формальдегид, сажа
Красноярск	Бенз(а)пирен, взвешенные вещества, хлор
Краснодар	Фенол, формальдегид, взвешенные вещества
Липецк	Фенол, аммиак, формальдегид, диоксид азота
Магадан	Фенол, формальдегид, диоксид азота
Магнитогорск	Бенз(а)пирен, фенол, взвешенные вещества
Москва (отдельные	Аммиак, диоксид азота, формальдегид
крупные районы)
Новокузнецк	Формальдегид, взвешенные вещества, фтористый водород, диоксид азота
Новороссийск	Диоксид азота, бенз(а)пирен, взвешенные вещества
Омск	Формальдегид, ацетальдегид, сажа
Ростов-на-Дону	Диоксид азота, формальдегид, взвешенные вещества
Селенгинск	Формальдегид, фенол, сероуглерод, метил-меркаптан
Тюмень	Взвешенные вещества, формальдегид, свинец
Улан-Удэ	Взвешенные вещества, формальдегид, диоксид азота
Хабаровск	Бенз(а)пирен, диоксид серы, диоксид азота, формальдегид, аммиак
Чита	Бенз(а)пирен, формальдегид, взвешенные вещества, диоксид азота
Южно-Сахалинск	Сажа, взвешенные вещества, диоксид азота

Принимая во внимание начавшийся в 1999 г. рост производства и увеличение выбросов загрязняющих веществ предприятиями основных отраслей - загрязнителей окружающей среды, а также возможный значительный рост выбросов от теплоэнергетики в связи с планируемым переводом нескольких десятков крупных ТЭС и ГРЭС с экологически чистого топлива - природного газа - на уголь и мазут, можно ожидать значительного ухудшения качества атмосферного воздуха. В целях приоритетного обеспечения интересов здоровья населения страны и сохранения природной среды необходимо усилить деятельность государственной экологической экспертизы, государственного экологического контроля за предприятиями, очистными сооружениями, а также контроля за качеством атмосферного воздуха в городах и промышленных центрах [61, с. 14].

Около 65% всех выбросов от стационарных источников приходится на европейскую часть России. Это результат деятельности промышленных предприятий Уральского, Северного и Центрального районов. Наибольшая суммарная плотность выбросов на единицу площади имеет место в Уральском, Центральном и Центрально-Черноземном районах. По объему выбросов вредных веществ в атмосферный воздух от стационарных источников бесспорным «лидером» является Красноярский край, на втором месте - Свердловская область [61, с. 14].

Наибольший объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу в расчете на одного жителя отмечается в Ямало-Ненецком автономном округе (1079 кг) (рис. 2); наибольшее количество токсичных отходов - в Кемеровской области (4752 кг) [61, с. 14].

Рис. 2. Объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух в расчете на одного жителя. Условные обозначения: 1 – менее 50 кг/чел, 2 – 50-100 кг/чел, 3 – 100-200 кг/чел, 4 – 200-400 кг/чел, 5 – 400-700 кг/чел, 6 – 700-1000 кг/чел, 7 – более 1000 кг/чел [61, с. 15].

Если говорить о доле отраслей промышленности в выбросах загрязняющих веществ в атмосферный воздух Российской Федерации, то наибольший вклад в загрязнение среды вносят электроэнергетика, цветная и черная металлургия, нефтедобыча и нефтепереработка, угольная, газовая промышленность, машиностроение (рис. 3) [61, с. 16].

Промышленность	Доля в выбросах загрязняющих веществ в атмосферный воздух, % (1999 г.)
Легкая	0,3
Атомная	0,6
Пищевая	1,3
Деревообрабатывающая	2,5
Стройматериалы	2,8
Химическая	2,8
Машиностроение	3,1
Газовая	3,1
Угольная	3,8
Нефтеобрабатывающая	5,1
Нефтедобыча	9,0
Черная металлургия	15,8
Цветная металлургия	22,5
Электроэнергетика	26,8

Рис. 3. Доля отраслей промышленности (в %) в выбросах загрязняющих веществ в атмосферный воздух Российской Федерации в 1999 г. [61, с. 16].

Энергетика с учетом процессов добычи, переработки и использования топлива принадлежит к числу важнейших источников загрязнения воздуха (25% всех выбросов загрязняющих веществ). С энергетикой также связано нежелательное тепловое воздействие на водные ресурсы. Основная часть электроэнергии в России (до 70%) вырабатывается на ТЭС, использующих твердое топливо (уголь). При сжигании твердого топлива в атмосферу поступают сернистый и серный ангидриды, фтористые соединения, а также токсичные примеси мышьяка, двуокиси кремния и многое другое. Сточные воды ТЭС также несут загрязнения: они содержат ванадий, никель, фтор, фенолы и нефтепродукты. При работе турбин отработанный пар охлаждается водой. Поэтому от ТЭС в водоемы непрерывно поступает поток воды, подогретой на 8-12°С [61, с. 16].

Черная металлургия - также один из главных источников загрязнения атмосферы. Выброс пыли в расчете на 1 т передельного чугуна составляет 4,5 кг, сернистого газа - 2,7 кг, марганца - 0,6-0,1 кг. Из труб агломерационных фабрик, заводов идет рыжий едкий дым. Это продукты выгорания серы из нитритов (руд железа) - 190 кг серы на 1 т руды [61, с. 16].

Цветная металлургия - при получении 1 т алюминия в зависимости от типа и мощности электролиза расходуется около 38-47 кг фтора, при этом около 65% его попадает в атмосферу [61, с. 17].

Нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность насыщает атмосферу наших городов такими ядовитыми веществами, как стиролы, фенолы, ацетон и др. [61, с. 17].

Химическая промышленность в обилии поставляет в воздушную среду оксид углерода, диоксид азота, сернистый ангидрид, сероводород, хлористые и фтористые соединения [61, с. 17].

Попытками решения всех указанных проблем являются совершенствование оборудования предприятий, снижение количества отходов, внедрение безотходных и малоотходных технологий производства, вторичное использование сырья. В ряде отраслей за последние годы выбросы загрязняющих веществ существенно сократились, обезврежено значительное количество образующихся отходов. Вместе с тем в 1999 г. отмечен рост промышленного производства в отраслях, функционирование которых сопряжено с опасностью ухудшения экологической ситуации в городах. Так, наращивался объем выпуска продукции химической, нефтехимической промышленности, черной и цветной металлургии, угольной, лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности. Данная тенденция усилила напряженность экологической обстановки на большей части городских территорий. Во всех городах с населением более 1 млн. человек, включая Москву и Санкт-Петербург, экологическая ситуация сложная [61, с. 17].

Экологические проблемы урбанизированных территорий обостряются из-за увеличивающейся «автомобилизации» городов, в отдельных случаях достигающей 300 автомобилей на 1 тыс. жителей. Такая ситуация наблюдается в Московской, Санкт-Петербургской, Саратовской, Челябинской, Новосибирской агломерациях. Загрязнение воздушного бассейна отработанными газами автотранспорта в крупнейших городах имеет тенденцию к росту, достигая 50% и более от общего объема выбросов, в Москве - 93% валовых выбросов [61, с. 17].

На сегодняшний день автомобильный транспорт - главный загрязнитель атмосферы наших городов. Россия, как и большинство развитых стран мира, словно паутиной, опутана сетями оживленных автомобильных, железнодорожных и авиационных трасс, линиями электропередачи и трубопроводами. Поэтому загрязнения окружающей среды, связанные с транспортом, распространены по всей территории страны в отличие от выбросов промышленных предприятий, которые, как правило, локальны. Окись и двуокись углерода, сернистый ангидрид, углеводороды, окислы азота, соединения свинца, пыль и сажа поступают в атмосферу с выбросами автомобильных двигателей (рис. 4) [61, с. 17].

Выбросы автотранспорта	Доля в выбросах, % (1997 г.)
CO	65,8
NOx	20,0
CH	10,6
SO2	3,0
Сажа	0,4
Pb	0,1

Рис. 4. Выбросы автотранспорта (данные 1997 г.) [61, с. 18].

Превышение ПДК [61, с. 17] по оксидам азота, бензола, толуола и других органических веществ на автомагистралях, проходящих в зонах жилой застройки, чрезвычайно велико во многих регионах России (Краснодарский и Алтайский края, Свердловская, Ростовская, Липецкая, Новосибирская, Тюменская, Кемеровская области и др.). Независимо от специфики промышленного производства в большинстве городов вблизи автомагистралей фиксируется наличие опасных для здоровья населения кадмия, свинца, селена в концентрациях, более чем в 2 раза превышающих фоновые. Помимо загрязнения воздушной среды токсичными выхлопами автомобиль поднимает клубы пыли, содержащие кремний, окись железа, барий. Одной только резины каждый автомобиль рассеивает в атмосферу около 10 кг. Работающий двигатель - это также тепловое и шумовое загрязнение окружающей среды [61, с. 18].

В целях существенного снижения воздействия вредных выбросов на здоровье населения автотранспортом необходимо стимулировать производство отечественных автомобилей, соответствующих требованиям правил ООН, прекратить производство и импорт этилированного бензина, а также высокосернистого дизельного топлива [61, с. 18].

Сегодня в России по железным дорогам перевозится ³/₄ всех грузов. Железнодорожный транспорт - крупный загрязнитель природной среды. Загрязнение атмосферы связано с выбросами пара, многих загрязняющих веществ, проникающих из транспортных вагонов, мусора. Железнодорожный транспорт - источник шума и электромагнитного загрязнения; с ним часто связаны лесные пожары, гибель животных, иногда людей. Транспортно-коммуникационная инфраструктура, представленная сетью автомобильных дорог с твердым покрытием (752 тыс. км) и железных дорог [61, с. 18] (86 тыс. км), оказывает существенное влияние на качество среды проживания городского населения [61, с. 19].

Негативная тенденция сокращения площадей озеленения городов вследствие изъятия земель под застройку также сказывается на экологическом состоянии урбанизированных территорий, в первую очередь на состоянии атмосферы, что существенно ухудшает условия проживания людей, влияет на их здоровье. Исследования показали, что по качеству атмосферного воздуха Восточно-Сибирский район является самым неблагоприятным для проживания. В регионе наиболее высокий в России стандартизованный показатель смертности - 14,9 на 1000 человек, наблюдается отток жителей. В 10 регионах Российской Федерации на одного жителя приходится ежегодно от 200 до 300 кг загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу. Статистические данные отражают неблагополучное состояние здоровья населения, превышение смертности над рождаемостью в большинстве регионов страны. Практически по каждому району России имеются убедительные данные о влиянии загрязнения атмосферного воздуха на показатели заболеваемости населения [61, с. 19].

В зонах наибольшего загрязнения атмосферы около крупных промышленных предприятий происходит увеличение частоты заболеваний органов дыхания, органов чувств, различных аллергических заболеваний примерно в 1,5-3 раза (по сравнению с контрольными территориями). Достоверно повысилась частота врожденных пороков развития среди новорожденных в таких загрязненных городах, как Стерлитамак, Кемерово, Новокузнецк. Достоверно увеличилось распространение рака легких во многих городах, где размещены алюминиевые заводы и крупные предприятия черной металлургии. У людей, проживающих вблизи автотрасс, под влиянием повышенного уровня шума выявлены функциональные изменения слуха, нервной и сердечно-сосудистой систем [61, с. 19].

Анализ состояния курортных и рекреационных зон России свидетельствует о продолжающемся ухудшении местных природных факторов в результате развития промышленности, транспорта, сельскохозяйственного производства, не связанных с курортной деятельностью. Многие курорты Черноморского и Каспийского побережий Кавказа превратились в зоны сложного экологического состояния, например курортные города Большие Сочи, Туапсе (1, цв. вкл.). В результате техногенного воздействия на окружающую среду при интенсивном освоении нефтедобывающих регионов Сибири, развитии здесь мощных территориально-производственных комплексов многие составляющие естественных лечебных факторов курортных мест оказались под угрозой загрязнения. Негативные последствия антропогенных нагрузок и нерациональной курортной застройки в условиях недоучета факторов местной атмосферной циркуляции и котловинного характера рельефа ряда [61, с. 19] лечебных курортных районов Сибири проявились в утрате ими прежних санитарно-бальнеологических показателей [61, с. 20].

Вопросы и задания

1. Какое влияние на климат России оказывают моря и океаны?

2.Назовите антропогенные факторы загрязнения атмосферного воздуха.

3. Где на территории России расположены регионы с высокой степенью загрязнения атмосферы?