Размещено на http://www.allbest.ru/

Проблемы загрязнения атмосферы

1. Особенности загрязнения атмосферы

Наружная газовая оболочка, окутывающая Землю, называется атмосферой. Основные составляющие ее газы - азот и кислород. Из числа так называемых малых газов наиболее важными являются озон и углекислый газ. Современный газовый состав атмосферы находится в динамическом равновесии, которое поддерживается совместной деятельностью автотрофных и гетеротрофных организмов и различными глобальными геохимическим явлениями.

Обычно атмосферу делят на три части. Нижняя часть - тропосфера. Ее толщина составляет 7-10 км над полярными широтами и 16-18 км над экватором. Данный атмосферный слой coдержит примерно 90 % массы воздуха, а также основное количество атмосферных примесей. Здесь содержится почти весь водяной пар, который образует облака. Следующий слой - стратосфера. Он распространен примерно до высоты 60 км. В этом слое находится особая прослойка с повышенной концентрацией озона -- озоновый слой. И выше стратосферы располагается ионосфера, где воздух находится в ионизированном состоянии. Он имеет протяженность в сотни километров.

Слой воздуха высотой 50-100м называют приземным. Здесь наиболее резко изменяются метеорологические факторы. Ученые справедливо полагают, что человечество столкнулось с одним негативным явлением, таким, как загрязнение приземного слоя атмосферы и почвы избытком СО2.

Углекислый газ обладает большей плотностью, чем кислород или азот. Поэтому слой CO2 плотно покрывает водный и почвенный покров Земли. Сам по себе углекислый газ является опасным компонентом атмосферы для всего живого. Зарегистрированное увеличение концентрации СО2 у поверхности Земли является причиной возникновения в одних местах сильнейших засух, а в других - опасных наводнений.

Схематично механизм иссушения почвы можно представить себе следующим образом. Припочвенный слой CO2 (до 100-110 см) нагревается более интенсивно от излучения Солнца поскольку плотность этого газа почти в полтора раза выше плотности чистого атмосферного воздуха. Его температура почти всегда градуса на полтора выше средней температуры воздуха. Это способствует интенсификации испарения из почвы влаги, пары которой проходят через этот слой с потоком теплого воздуха. Все это приводит к иссушению почвы и возникновению так называемого «эффекта пустыни». Следствием таких засух является чрезмерное увеличение осадков в других регионах.

Повышение содержания CO2 в приземном слое атмосферы может привести к массовому уничтожению всего живого в почвенном покрове и ухудшению его плодородия. Кроме того, кислородный «голод» ухудшает состояние человека и домашних животных. К примеру, в условиях городов уже в начале лета листва высаженных вдоль улиц деревьев - лип, каштанов, тополей начинает свертываться, сохнет, сереет и не достигает полноценного развития. Такие растения уже не в состоянии успешно расщеплять углекислый газ, и его концентрация постепенно увеличивается. В связи с этим неудивительно, что жители крупных городов часто страдают «беспричинной» утомляемостью.

В связи с угрозой углекислотного отравления необходим систематический контроль содержания СО2 на планете. Единственный выход в создавшейся ситуации - широкое использование альтернативных источников энергии.

Парниковый эффект

Средняя температура Земли в настоящее время составляет около 15°С. При данной температуре поверхность Земли и атмосфера находятся в тепловом равновесии. Нагреваясь энергией Солнца и инфракрасным излучением атмосферы, поверхность Земли возвращает в атмосферу в среднем эквивалентное количество энергии. Это энергия испарения, конвекции, теплопроводности и инфракрасного излучения.

В последнее столетие деятельность человека, связанная с техническим прогрессом, привносит дисбаланс в соотношение поглощаемой и выделяемой энергии. До вмешательства человека в глобальные процессы Земли изменения, происходящие на ее поверхности в атмосфере, были связаны с содержанием в природе газов, которые с легкой руки ученых были названы «парниковыми». К таким газам относятся диоксид углерода, метан, оксид азота и водяной пар. Сейчас к ним добавились антропогенные хлорфторуглероды (ХФУ). Без газового одеяла, окутывающего Землю, температура на ее поверхности была бы ниже на 30-40 градусов. Существование живых организмов в таких условиях было бы весьма проблематичным.

Итак, парниковые газы временно удерживают тепло в атмосфере, благодаря чему создается так называемый парниковый эффект.

Одна из основных экологических проблем связана с тем, что в результате техногенной деятельности человека некоторые парниковые газы увеличивают долю своего участия в общем балансе атмосферы. Это касается прежде всего углекислого газа, содержание которого из десятилетия в десятилетие неуклонно растет Углекислый газ создает 50% парникового эффекта, на долю ХФУ приходится 15-20 % и на долю метана - 18 %.

В первой половине XX в. содержание углекислого газа в атмосфере оценивалось в 0,03 %. В 1956 г. ученые провели специальные исследования в рамках Первого международного геофизического года. Приведенная величина была уточнена и составила 0,028%. В 1985г. измерения были проведены снова, и оказалось, что количество углекислого газа в атмосфере возросло до 0,034%, Таким образом, увеличение содержания СО2 в атмосфере - факт доказанный.

За последние 200 лет в результате антропогенной деятельности содержание оксида углерода в атмосфере увеличилось на 25%. Связано это, с одной стороны, с интенсивным сжиганием ископаемого топлива газа, нефти, сланцев, угля, а, с другой, - с ежегодным уменьшением площадей лесов, которые являются основными поглотителями углекислого газа. К тому же развитие таких отраслей сельского хозяйства, как рисоводство и животноводство, а также увеличение площадей городских свалок приводит к увеличению выделения метана, оксида азота и некоторых других газов. Следовательно, если количество вещества, поглощающего в инфракрасной области (например, углекислого газа), растет, то земная поверхность поглощает больше энергии и ее температура увеличивается.

Вторым по значению «парниковым» газом является метан. Его содержание в атмосфере ежегодно увеличивается на 1%. Биологические превращения метана способны осуществлять только очень специфические бактерии. Наиболее значимые его «поставщики» - свалки, крупный рогатый скот, рисовые поля. Запасы газа на свалках крупных городов можно рассматривать как небольшие газовые месторождения. Что касается рисовых полей, то, как выяснилось, несмотря на большой выход метана, в атмосферу его поступает относительно мало, поскольку большая часть расщепляется бактериями, связанными с корневой системой риса.

Так где же метан максимально концентрируется в атмосфере? Такие максимумы были найдены в высоких широтах Северного полушария. Ученые установили, что в тундре, особенно над кочками с пушицей, довольно много метана. Там были найдены бактерии, образующие метан при низких положительных температурах (+5 °С).

Таким образом, сегодня уже не остается сомнений, что тенденция использования преимущественно ископаемого топлива неизбежно ведет к глобальному катастрофическому изменению климата. При нынешних темпах использования угля и нефти в ближайшие 50 лет прогнозируется повышение среднегодовой температуры на планете в пределах от 1,5°С (близ экватора) до 5°С (в высоких широтах).

Повышение температуры в результате парникового эффекта грозит небывалым экологическим, экономическим и социальным взрывом. Уровень воды в океанах может подняться на 1-2 м за счет морской воды и таяния полярных льдов. Повышение температуры вызовет понижение влажности почвы во многих регионах Земли. Засухи и тайфуны станут привычным явлением.

Наше поколение является свидетелем начинающегося глобального потепления климата. На чем основаны эти доводы? Самым теплым годом с тех пор, как люди стали регулярно измерять температуру на поверхности Земли, является 1990 г. За период с 1850 г. шесть из семи самых теплых лет приходится на период после 1990 г. Точные причины этого явления не установлены, однако его масштабы хорошо согласуются с компьютерными моделями последствий глобального потепления.

Озоновая проблема

Озоновая проблема уже давно беспокоит экологов. Озон - это форма молекулярного кислорода (О3). Образуя в верхних слоях атмосферы (стратосфере) тончайший слой - так называемый озоновый экран, молекулы озона защищают все живое на Земле от ультрафиолетового излучения. При свободном попадании на Землю такие лучи способны вызывать у человека рак кожи, а также наносить вред животным и растениям. Ирония состоит в том, что те же самые молекулы озона в тропосфере (нижний слой атмосферы) представляют собой опасные элементы, разрушающие живую ткань.

Большую тревогу со стороны экологов вызывает влияние оксидов азота, которые выбрасываются реактивными двигателями сверхзвуковых самолетов на высоте 20-25 км (именно на этой высоте находится защитный слой молекул озона, которые задерживают жесткое ультрафиолетовое излучение космоса). Такие опасения основаны на свойстве оксида азота разрушать озон:

2NO+О3=N2О+2О2.

Когда на Ту-144 и англо-французские «Конкорды» возлагались большие надежды, было подсчитано, что предполагаемый авиапарк «убьет» за несколько лет до 15 % озона, который в высших слоях атмосферы защищает все живое от губительного жесткого излучения. Эта цифра заметно превышала ущерб, наносимый озоновому щиту основным его врагом - фреонами. парниковый климат озоновый дождь

Как выяснилось, озон разлагают не только продукты сгорания топлива, но и сама ударная волна от сверхзвукового самолета. Подсчитано, что этой мощной волной самолет типа Ту-144, перелетая из Москвы в Алма-Ату, уничтожал несколько тонн озона.

В настоящее время отмечено образование так называемых «озоновых дыр» над Антарктикой, Европой, азиатским континентом. «Озоновая дыра» в верхних слоях атмосферы над Антарктикой, по данным метеорологического управления Японии, достигла рекордных размеров: слой озона на высоте 15-22 км уменьшился на 45-75 %.

На структуру и свойства озонового слоя влияют различные хлорфторорганические соединения, и в частности фреоны. Почти все количество производимого в мире фреона (или фторорганических соединений) в конечном счете поднимается в верхние слои атмосферы и разлагается там под влиянием ультрафиолетовых лучей. Осколки фреоновых молекул разрушительно действуют на слой атмосферного озона и уже разрушили от 3 до 5 % озонового слоя атмосферы. Одна молекула ХФУ в среднем разрушает 10 тыс. молекул озона.

Обеспокоенные прогнозами ученых представители 93 промышленных стран в 1987 г. в Монреале подписали первый глобальный договор по климату. В соответствии с ним предусматривается постепенное снижение выбросов ХФУ и других искусственных химических соединений, которые приводят к разрушению защитного озонового слоя нашей планеты.

Кислотные дожди

Развитие промышленности, транспорта, освоение новых источников энергии приводит к тому, что количество промышленных выбросов постоянно увеличивается.

В результате сжигания ископаемого топлива в атмосферу земли поступают соединения азота, серы, хлора и некоторые другие элементы. Среди них преобладают оксиды серы -SО2 и азота -NOx (N2O, NО2). Соединяясь с частицами воды, оксиды серы и азота образуют серную (Н2so4) и азотную (НNО3) кислоты разной концентрации.

До определенного времени проблема кислотных дождей считалась региональной, связанной главным образом с развитием промышленности северного полушария. Однако высокие выбросы серы и азота в местах, где используются техногенные ископаемые, сделали проблему кислотных дождей международной. Выбросы промышленных предприятий могут переноситься воздушными потоками на многие тысячи километров и вызывать потные дожди в странах, которые находятся на больших расстояниях от источников загрязнения.

Установлено, что на долю техногенных выбросов, связанных со сжиганием ископаемого угля, приходится около 60-70% от eгo количества, на долю нефтепродуктов - 20-30 % и на остальные производственные процессы - оставшиеся 10 %. Сорок процентов выбросов NOх составляют выхлопные газы постоянно растущей армии автомобилей.

Атмосферные осадки, характеризующиеся сильнокислой реакцией (обычно рН<5,6), получили название кислотных (кислых) дождей. Впервые этот термин был введен в употребление британским химиком Робертом Смитом более века назад (1872г.). Занимаясь вопросами загрязнения города Манчестера, он доказал, что дым и пары содержат вещества, вызывающие серьезные изменения в химическом составе дождя, и что эти изменения можно заметить не только вблизи источника их выделения, но и «в полях, на большом расстоянии от него».

Специалисты отмечают, что термин «кислотные дожди» недостаточно точен. Для такого типа загрязнителей лучше подходит выражение «кислотные осадки». Действительно, загрязняющие вещества могут выпадать не только в виде дождя, но и в виде снега, облаков, тумана («влажные осадки»), либо в виде газа и пыли («сухие осадки») в засушливый период.

Хотя почвы и менее восприимчивы к подкислению, нежели водоемы, произрастающая на них растительность крайне негативно реагирует на увеличение кислотности. Кислые осадки в виде аэрозолей обволакивают хвою и листву деревьев, проникают в крону, стекают по стволу, накапливаются в почве. Прямой ущерб выражается в химическом ожоге растений, снижении прироста, изменении состава подпологовой растительности.

Главными виновниками загрязнения воздуха и выпадения кислотных дождей являются США, страны СНГ, Польша, Германия, Великобритания, Канада и Китай.

2. Основные источники загрязнения Беларуси

На территории Республики Беларусь основными источниками загрязнения воздушного бассейна являются автотранспорт, предприятия теплоэнергетики, химической и нефтехимической отраслей промышленности. В 2000 г. ими было выброшено в атмосферу 2200,6 тыс. т токсических веществ. В составе выбросов преобладали оксид углерода (56,9 %), диоксид серы (14,3%), углеводород (13,8%), оксиды азота (8,9%), твердые частицы, (4,2 %). Среди крупных центров республики наибольший объем выбросов в 1995 г. приходился на Минск - 295 тыс.т. Наибольший объем загрязняющих веществ приходился на Витебскую обл. (432,7 тыс. т), наименьший - на Гродненскую (258 тыс. т). Следует отметить, что в настоящее время наблюдается тенденция к снижению объемов выбросов от стационарных источников и небольшому увеличению их от передвижных источников (главным образом за счет бензина и дизтоплива).

3. Выбросы загрязняющих веществ атмосферу в Беларуси

Основными источниками выбросов загрязняющих веществ в атмосферу на территории Беларуси являются автотранспорт, объекты энергетики и промышленные предприятия. Перечисленными источниками в 1998 г. выброшено в атмосферу 1788,2 тыс.т загрязняющих веществ. Большая часть из них продуцирована автотранспортом - 1373,8 тыс.т (76,8%). На долю стационарных источников пришлось около 23,2% суммарных выбросов - 414,4 тыс.т.

В структуре выбросов преобладали оксид углерода - 57,8%, диоксид серы - 10,6; углеводороды - 17,1 и оксид азота - 9.1% . Большая часть выброшенных в атмосферу оксидов углерода, углеводородов и оксидов азота обусловлена работой автотранспорта. Наоборот, вклад стационарных источников в суммарные выбросы диоксида серы и твердых частиц был значительно выше, чем передвижных.

Распределение выбросов по территории Беларуси неравномерно. Наибольшее количество загрязняющих веществ выброшено в атмосферу на территории Минской области (включая г. Минск) 465,2 тыс.т и Витебской - 323,7; наименьшее - Гродненской - 215, и Могилевской областей - 233,4 тыс.т.

Около 81% выбросов загрязняющих веществ в атмосферу пришлось на долю 6 министерств (ведомств): концерна «Белнефтехим» (95,3 тыс.т), концерна «Белэнерго» (93,6), Министерства архитектуры и строительства (45,2), Министерства жилищно-коммунального хозяйства (43,0), Министерства промышленности (30,6) и Министерства сельского хозяйства и продовольствия (29,2 тыс.т).

Среди предприятий в 1998 г. наибольший объём выброс загрязняющих веществ в атмосферу имел место на Новополоцком ПО «Нафтан», Лукомльской ГРЭС и Мозырьском НПЗ - более 15 тыс.т, еще на 15 предприятиях объемы выбросов превысили 5 тыс. т/год, а на 9 - составили от 3 до 5 тыс.т/год.

Госкомгидромет Республики Беларусь проводит мониторинг состояния атмосферного воздуха в 16 промышленных городах республики, включая областные центры, а также гг. Полоцк, Новополоцк, Бобруйск, Орша, Речица, Пинск, Светлогорск, Мозырь, Новогрудок и Солигорск. В них действовали 50 стационарных станций, на которых 3-4 раза в сутки проводились наблюдения вредными веществами. Основной объем наблюдений относился к веществам, имеющим повсеместное распространение (пыль, диоксид серы, оксид углерода, оксид и диоксид азота).

Для оценки качества воздуха использовались установленные Минздравом предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ и международные стандарты, рекомендованные Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ). По данным наблюдений для каждого города рассчитан комплексный индекс загрязнения атмосферы (ИЗА), учитывающий классы опасности, стандарты качества и средние уровни загрязнения воздуха. В таблице приведены величины ИЗА для городов Республики Беларусь.

Уровень загрязнения воздуха считался высоким, если средние значения концентрации примесей были выше среднего по РБ или ИЗА превышал 7; повышенным, если концентрации примесей в отдельных случаях превышали ПДК; низким, если среднегодовое содержание примесей было в пределах или ниже принятых стандартов качества воздуха. Сведения по ИЗА для городов Беларуси показаны в таблице 1.

Таблица 1 - Сведения по ИЗА для городов Беларуси

В целом по республике, в ряде городов сохраняется неблагоприятная ситуация. По сравнению с предыдущим периодом проблема загрязнения обострилась в Мозыре, Витебске, Могилеве и Светлогорске произошло увеличение ИЗА. Причем для Могилева повышенное сравнению со средними для страны значениями загрязнение атмосферного воздуха наблюдается на протяжении многолетнего периода. В то же время в Бобруйске, Полоцке и Новополоцке ИЗА был выше среднего по республике.

Размещено на Allbest.ru