Основний склад сухого чистого повітря в приземному шарі

Газ	Молекулярна маса	Відносний вміст у сухому повітрі, %		Загальний вміст в атмосфері Землі, т
		за обсягом	за масою
Азот (N2)	28,02	78,08	75,53	4,0  1015
Кисень (O2)	32,0	20,95	23,14	1,2  105
Аргон (Ar)	39,0	0,93	1,28	6,8  1013
Вуглекислий газ (CO2)	44,01	0,033	0,05	2,6  1012
Неон (Ne)	20,18	0,0018	0,001	5,3  1010
Гелій (He)	4,0	0,0005	0,00007	3,9  109
Криптон (Kr)	16,05	0,00015	0,00008	4,4  109
Ксенон (Xe)	83,7	0,0001	0,00003	1,6  109
N2O	44,02	0,00005	0,00008	4,2  109
Водень (H2)	2,02	0,00005	0,000003	1,6  108
Озон (O3)	48,0	0,00004	0,00007	3,7  109

Пил – завислі в повітрі тверді частки. Розрізняють пил, що осідає (частинки розміром більше 10 мкм), та механічно стійкі аеросуспензії (розмір часток 0,1...5 мкм).

Аерозолі – колоїдні системи, що містять не тільки тверді, але і рідкі крапельки (0,01...1 мкм).

Туман складається з рідких частинок діаметром 0,01...3 мкм.

Промисловий пил утворюється внаслідок механічної обробки різних матеріалів, теплових процесів, транспортування сипучих матеріалів. У природі неорганічний (мінеральний) пил містить продукти вивітрювання гірських порід, морську сіль, частинки попелу після вулканічних вивержень, лісових і степових пожеж. Органічний пил складається з пилка рослин і мікроорганізмів. Частки пилу діаметром менше за 5 мкм затримуються в бронхах, не вимиваються дощами і тривалий час перебувають в повітрі. Силікатний пил (3 мкм) викликає сілікоз, а азбестовий (голки довжиною більше за 5 мкм) представляє канцерогенну небезпеку. Небезпечні пил і аерозолі, що містять метали (Pb, Cd, Zn, Al. Be, Wi, Mo, Ті, V і ін.).

Рідкі забруднюючі речовини (ЗР) утворюються при конденсації парів, розливі рідин, внаслідок хімічних реакцій та інших процесах.

Газоподібні ЗР формуються внаслідок хімічних реакцій (наприклад, окислення руд, випалення нерудної мінеральної сировини). При спаленні органічного палива утворюються величезні кількості газів - оксидів сірки, азоту та вуглецю, важких і радіоактивних металів. Могутнім джерелом газоподібних сполук є хімічні реакції розкладання ( виробництво фосфорних добрив), електрохімічні процеси (виробництво алюмінію), випаровування, дистиляція .

Ступінь забруднення атмосферного повітря міст у 15 раз вищий від сільської місцевості і у 150 раз вищий, ніж над океаном; в промислових частинах міст випадає близько 1кг пилу і сажі на 1 м.

Головними джерелами антропогенного забруднення атмосфери є:

1) теплові електростанції (ТЕС) і теплоелектроцентралі (ТЕЦ);

2) транспорт (переважно автотранспорт);

3) чорна і кольорова металургія;

4) машинобудування;

5) хімічне виробництво;

6) видобуток і переробка мінеральної сировини;

7) відкриті джерела (видобутки, сільськогосподарська рілля, будівництво).

Теплові й атомні електростанції. Котельні установки. У процесі спалювання твердого або рідкого палива в атмосферу виділяється дим, що містить продукти повного (діоксид вуглецю й пари води) і неповного (оксиди вуглецю, сірки, азоту, вуглеводні й ін.) згоряння. Серед хімічних канцерогенів провідне місце займають ПАВ, що утворюються при спаленні палива і його термічній переробці. Разом з викидами в атмосферу надходять також вельми токсичні метали (Be, Аs, Se. V, Cd, Hg і ін.) і радіонукліди (²³⁶U, ²³²Th, ⁴⁰K), які можуть бути джерелами і несприятливих впливів на природне середовище.

Об'єм енергетичних викидів дуже великий. Так, сучасна теплоелектростанція потужністю 2,4 млн. кВт витрачає до 20 тис. т вугілля в добу й викидає в атмосферу в добу 680 т S0₂ і SO₃, 120— 140 т твердих часток (зола, пил, сажа), 200 т оксидів азоту.

Перехід установок на рідке паливо (мазут) знижує викиди золи, але практично не зменшує викиди оксидів сірки й азоту. Найбільше екологічно газове паливо, що у три рази менше забруднює атмосферне повітря, чим мазут, і в п'ять разів менше, ніж вугілля.

Джерела забруднення повітря токсичними речовинами на атомних електростанціях (АЕС) - радіоактивний йод, радіоактивні інертні гази й аерозолі. Опалювальна система жител (котельні установки) дає мало оксидів азоту, але багато продуктів неповного згоряння Через невелику висоту димарів токсичні речовини у високих концентраціях розсіюються поблизу котельних установок.

Транспорт (особливо автомобільний) є одним з найважливіших джерел забруднення атмосфери. Баланс викидів транспорту: автомобільний - 70%, сільськогосподарський - 9,4%, повітряний - 7,3%,водний - 4,1%. Понад 300 млн. автомашин щодня викидають в повітря 800 тис. т чадного газу (СО), близько 1 тис. т свинцю. До складу вихлопних газів входить близько 200 хімічних сполук, з яких найбільш токсичні CO, NO_x, SO_x, C_nH_m (в т ч. ПАВ),альдегіди, РЬ. У великих містах автотранспортом викидається близько 90%CO, 70% CnHm та 90-98% РЬ. При спаленні 1 л бензину в повітря надходить 200-400 мг свинцю, який входить до складу анти детонаторної добавки - (C₂H₅ )₄Pb або (СН₃₎₄РЬ. Транспорт також є джерелом пилу, а також шуму і вібрації.

У чорній і кольоровій металургії кокс є продуктом багатьох технологічних процесів, виробництво якого супроводжується виділенням твердих і газоподібних ЗР. Джерелом викиду твердих часток в металургії є виробництво чавуну, сталі, феросплавів. Кольорова металургія є джерелом пилу і могутніх газоподібних викидів SО₂, оксидів As, Pb, Sb і Сu. При виплавці однієї тонни сталі в атмосферу викидається 0,04 т твердих часток, 0,03 т оксидів сірки й до 0,05 т оксиду вуглецю, а також у невеликих кількостях такі небезпечні забруднювачі, як марганець, свинець, фосфор, миш'як, пари ртуті й ін. У процесі сталеплавильного виробництва в атмосферу викидаються парогазові суміші, що складаються з фенолу, формальдегіду, бензолу, аміаку й інших токсичних речовин. Істотно забруднюється атмосфера також на агломераційних фабриках, при доменному й ферросплавном виробництвах.

Значні викиди газів, що відходять, і пилу, що містять токсичні речовини, відзначаються на заводах кольорової металургії при переробці свинцево-цинкових, мідних, сульфідних руд, при виробництві алюмінію й ін.

У машинобудівному і металообробному виробництві виділяється пил, що містить оксиди Fe, Mn, Mg, Al, P і ряді інших хімічних елементів. Велика кількість пилу виділяється при приготуванні формовочних сумішей. При газовому різанні металів виділяються токсичні сполучення Cr, Ni і Mn, CO, NO_x, а при плазменному різанні утвориться ще О₃. Гальванічні цехи є джерелом парів НС1, H₂SO₄, HNO₃ або HF.

Хімічне виробництво. Викиди цієї галузі хоча й невеликі по об'єму (близько 1% всіх промислових викидів), проте, через своєї досить високої токсичності, значної розмаїття й концентрованості являють значну загрозу для людини й всієї біоти. На різноманітних хімічних виробництвах атмосферне повітря забруднюють оксиди сірки, сполуки фтору, аміак, нітринні гази (суміш оксидів азоту), хлористі сполуки, сірководень, неорганічний пил і т.п.).

З величезної кількості CO, що викидаються підприємствами хімічної промисловості, найбільш важливими як за об'ємом, так і за токсичністю є Сl₂, NO_x, H₂S, HF і ін., а з органічних сполук - тіоли, вуглеводні, альдегіди, кетони і органічні кислоти.

При видобутку і переробці мінеральної сировини атмосфера забруднюється пилом і частками самої корисної копалини в процесі подрібнення і випалення природних і штучних матеріалів. При окисленні і газифікації вуглистих порід териконів в атмосферу надходять CO₂, CO, SO₂, H₂S, H₂, СН₄ та ін. Інтенсивне забруднення атмосферного повітря на нафто- і газопереробних заводах, при викиді пилу й газів з підземних гірських вироблень, при спалюванні сміття й горінні порід у відвалах (териконах) тощо.

Відкрита розробка родовищ корисних копалин звичайно характеризується більш інтенсивним забрудненням атмосфери пилом, газами, що утворюються при вибухах і роботі транспорту (CO, CO₂, NO_x, SO₂, вуглеводні, альдегіди). Так, в кар'єрах Криворізького басейну утворюється 11 тис. т/рік токсичних газів (в перерахунку на CO).

При виробництві будівельних матеріалів джерелами надходження в атмосферу твердих часток (карбонати і оксиди кальцію, шлак, цемент тощо) є цементні заводи, установки по виробництву магнезиту, печі по випаленню цегли, кар'єри, підприємства по випуску ізоляційних матеріалів, керамічні заводи, установки по виробництву асфальту тощо. Найбільша кількість газоподібних ЗР утворюється при виробництві цементу; при випаленні цегли можуть виникнути викиди сполучень фтору і діоксиду сірки, в скляній промисловості - викиди фтору і оксидів азоту.

У сільськогосподарському виробництві атмосферу забруднюють тваринницькі і птахівницькі ферми, промислові комплекси по виробництву м'яса (аміак, сірковуглець, меркаптани і ін.), енергетичні підприємства. До джерел поширення агрохімікатів відносяться склади, самі поля, на які вносяться отрутохімікати і мінеральні добрива.

Основна маса забруднювачів повітря (75%) припадає на продукти спалювання сучасної та викопної органічної речовини (деревина, торф, вугілля, горючі сланці, нафта і т.д.). Надзвичайно велике забруднення атмосфери ТЕС (100-120 млн. т золи на рік). За даними І.В.Давиденко(1982) після спалення протягом одного року 2,1 млрд. т кам'яного вугілля і 0,8 млрд. т бурого вугілля у довкілля викидається 225 тис. т миш'яку (для порівняння: річне виробництво миш'яку в світі - 40 тис. т), 255 тис. т германію (виробництво - 100 т), 153 тис. т кобальту (виробляється 1,3 тис. т).

Найнебезпечніше забруднення атмосфери - радіоактивне. У цей час воно обумовлено в основному глобально розподіленими довго живучими радіоактивними ізотопами - продуктами випробування ядерної зброї, що проводилися в атмосфері й під землею. Приземний шар атмосфери забруднюють також викиди в атмосферу радіоактивних речовин з діючих АЕС у процесі їхньої нормальної експлуатації й інші джерела.

Особливе місце займають викиди радіоактивних речовин із четвертого блоку Чорнобильської АЕС у квітні - травні 1986 р. Якщо при вибуху атомної бомби над Хіросімою (Японія) в атмосферу було викинуто 740 г радіонуклідів, то в результаті аварії на Чорнобильської АЕС в 1986 р. сумарний викид радіоактивних речовин в атмосферу склав 77 кг.

Головні забруднювачі (поллютанти) атмосферного повітря, що утворяться в процесі, виробничої й іншої діяльності, людини - діоксид сірки (SO₂),оксиди азоту (NO, NO₂, N₂O₅), оксид вуглецю (СО) і тверді частки.

Крім зазначених головних забруднювачів в атмосферу попадає багато інших дуже небезпечних токсичних речовин: свинець, ртуть, кадмій і інші важкі метали (джерела викиду: автомобілі, плавильні заводи й ін.); вуглеводні (СВНП1), серед них найнебезпечніший бенз(а)пірен, що має канцерогенну дію (вихлопні гази топлення казанів і ін.), альдегіди й у першу чергу формальдегід, сірководень, токсичні летучі розчинники (бензини, спирти, ефіри) і ін.

Екологічні наслідки глобального забруднення атмосфери

Найважливіші екологічні наслідки глобального забруднення атмосфери:

• можливе потепління клімату („парниковий ефект”);

• руйнування озонового шару;

• випадання кислотних опадів.

Можливе потепління клімату («парниковий ефект»)

Спостережувану зміну клімату, що виражається в поступовому підвищенні середньорічної температури, починаючи із другої половини минулого століття, більшість учених зв'язують із нагромадженнями в атмосфері так званих „парникових газів” — діоксида вуглецю (СО₂),метану (СН₄), хлорфторвуглецю (фреонів), озону (О₃), оксидів азоту й ін.

Парникові гази, і в першу чергу СО₂, перешкоджають довгохвильовому тепловому випромінюванню з поверхні Землі. По Г. Хефлінгу (1990), атмосфера, насичена парниковими газами, діє як дах теплиці. Вона, з одного боку, пропускає усередину більшу частину сонячного випромінювання, з іншого боку - майже не пропускає назовні тепло, перевипромінюване Землею.

У зв'язку зі спалюванням людиною все більшої кількості викопного палива: нафти, газу, вугілля й ін. (щорічно більше 9 млрд. т умовного палива) — концентрація СО₂ в атмосфері постійно збільшується. За рахунок викидів в атмосферу при промисловому виробництві й у побуті росте зміст фреонів (хлорфторвуглецю). На 1-1,5 % у рік збільшується зміст метану (викиди з підземних гірських вироблень, спалювання біомаси, виділення великою рогатою худобою й ін.). У меншому ступені росте зміст в атмосфері й оксиду азоту (на 0,3% щорічно).

Наслідком збільшення концентрацій цих газів, що створюють «парниковий ефект» є ріст середньої глобальної температури повітря у земної поверхні. Це обумовить підвищення рівня Світового океану, внаслідок танення полярних льодів, скорочення площ гірського заледеніння, затоплення приморських рівнин тощо.

Порушення озонового шару.

Озоновий шар (озоносфера) охоплює всю земну кулю й розташовується на висотах від 10 до 50 км із максимальною концентрацією озону на висоті 20-25 км. Насиченість атмосфери озоном постійно міняється в будь-якій частині планети, досягаючи максимуму навесні в приполярній області.

Уперше виснаження озонового шару привернуло увагу широкої громадськості в 1985 р., коли над Антарктидою був виявлений простір зі зниженим (до 50%) змістом озону, що одержало назву «озонової діри». З тих пор результати вимірів підтверджують повсюдне зменшення озонового шару практично на всій планеті.

Виснаження озонового шару визнано всіма як серйозна погроза глобальної екологічної безпеки. Зниження концентрації озону послабляє здатність атмосфери захищати все живе на Землі від твердого ультрафіолетового випромінювання (УФ - радіація). Живі організми досить уразливі для ультрафіолетового випромінювання, тому що енергії навіть одного фотона із цих променів досить, щоб зруйнувати хімічні зв'язки в більшості органічних молекул. Не випадково тому в районах зі зниженим змістом озону численні сонячні опіки, спостерігається збільшення захворювання людей раком шкіри й ін.

Установлено також, що рослини під впливом сильного ультрафіолетового випромінювання поступово втрачають свою здатність до фотосинтезу, а порушення життєдіяльності планктонів приводить до розриву трофічних ланцюгів бойовиська водних екосистем, і т.п.

Наука ще до кінця не встановила, які ж основні процеси, що порушують озоновий шар. Передбачається як природне, так і антропогенне походження «озонових дір». Останнє, на думку більшості вчених, більш імовірно й пов'язане з підвищеним змістом хлорфторвуглецю (фреонів). Фреони широко застосовуються в промисловому виробництві й у побуті (холодоагрегати, розчинники, розпилювачі, аерозольні впакування й ін.). Піднімаючись в атмосферу, фреони розкладаються з виділенням оксиду хлору, що згубно діє на молекули озону.

Відповідно до протоколу Монреальської конференції (1990 р.), переглянутому потім у Лондоні (1991 р.) і Копенгагені (1992 р.), передбачалося зниження викидів хлорфторвуглець до 1998 р. на 50%.

Кислотні опади.

Одна з найважливіших екологічних проблем, з якої зв'язують окислювання природного середовища - кислотні дощі. Утворюються вони при промислових викидах в атмосферу діоксида сірки й оксидів азоту, які, з'єднуючись із атмосферною вологою, утворюють сірчану й азотну кислоти. У результаті дощ і сніг виявляються підкисленими (число рН нижче 5,6).

Сумарні світові антропогенні викиди двох головних забруднювачів повітря — винуватців підкислення атмосферної вологи — SO₂ і NO_x становлять щорічно — більше 255 млн. т (1994 р.). На величезній території природне середовище окисляється, що досить негативно відбивається на стані всіх екосистем.

Небезпеку представляють, як правило, не самі кислотні опади, а процеси, що протікають під їхнім впливом. Під дією кислотних опадів із ґрунту вилуговуються не тільки життєво необхідні рослинам живильні речовини, але й токсичні важкі й легені метали - свинець, кадмій, алюміній і ін. Згодом вони самі або токсичні сполуки, що утворюються, засвоюються рослинами й іншими ґрунтовими організмами, що веде до досить негативних наслідків. Наприклад, зростання в підкисленій воді змісту алюмінію всього лише до 0,2 мг на один літр летально для риб. Різко скорочується розвиток фітопланктону, тому що фосфати, що активізують цей процес, з'єднуються з алюмінієм і стають менш доступними для освоєння. Алюміній знижує також приріст деревини. Токсичність важких металів (кадмію, свинцю й ін.) проявляється ще більшою мірою.

П'ятдесят мільйонів гектарів лісу в 25 європейських країнах страждають від дії складної суміші забруднюючих речовин, що включає кислотні дощі, озон, токсичні метали й ін.

Вплив кислотних дощів знижує стійкість лісів до посух, хворобам, природним забрудненням, що приводить до ще більш вираженої їхньої деградації як природних екосистем.

Яскравим прикладом негативного впливу кислотних опадів на природні екосистеми є окислення озер. Особливо інтенсивно воно відбувається в Канаді, Швеції, Норвегії й на півдні Фінляндії.

Окислення озер небезпечно не тільки для популяцій різних видів риб (у тому числі лососевих, сигових і ін.), але часто спричиняє поступову загибель планктонів, численних видів водоростей і інших його мешканців.