Что загрязняет воздух. Загрязнение воздуха

Изменение газового состава атмосферы — результат сочетания естественных явлений в природе и деятельности человека. Но какой из этих процессов преобладает в настоящее время? Для того чтобы это выяснить, мы сначала уточним, что загрязняет воздух. Его относительно постоянный состав на протяжении последних лет подвергается значительным колебаниям. Рассмотрим основные проблемы контроля выбросов и охраны чистоты воздушного бассейна на примере этой работы в городах.

Меняется ли состав атмосферы?

Постоять рядом с тлеющей мусорной кучей — все равно, что оказаться на самой загазованной транспортом улице мегаполиса. Опасность угарного газа заключается в том, что он связывает гемоглобин крови. Образующийся карбоксигемоглобин уже не может доставлять в клетки кислород. Другие вещества, загрязняющие атмосферный воздух, могут вызвать нарушение работы бронхов и легких, отравление, обострение хронических заболеваний. Например, при вдыхании угарного газа сердце работает с повышенной нагрузкой, так как недостаточно кислорода поступает к тканям. В этом случае могут обостриться сердечно-сосудистые болезни. Еще большую опасность представляет сочетание монооксида углерода с загрязнителями в промышленных выбросах, выхлопах транспорта.

Нормы концентрации загрязнителей

Вредные выбросы поступают от металлургических, угольных, нефте- и газоперерабатывающих комбинатов, объектов энергетики, строительной и коммунальной отраслей. Радиоактивные загрязнения при взрывах на Чернобыльской атомной электростанции и АЭС в Японии распространились в глобальных масштабах. Отмечается увеличение содержания оксидов углерода, серы, азота, фреонов, радиоактивных и других опасных выбросов в разных точках нашей планеты. Порой токсины обнаруживают далеко от места, где находятся предприятия, загрязняющие воздух. Возникшая ситуация является тревожной и трудно решаемой глобальной проблемой человечества.

Еще в 1973 году профильный комитет Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) предложил критерии оценки качества атмосферного воздуха в городах. Эксперты выяснили, что состояние здоровья людей на 15-20 % зависит от экологических условий. На основании многих исследований в XX веке были определены допустимые уровни содержания главных загрязнителей, безвредные для населения. Например, среднегодовая концентрация в воздухе взвешенных частиц должна составлять 40 мкг/м 3 . Содержание оксидов серы не должно превышать 60 мкг/м 3 в год. Для оксида углерода соответствующий средний показатель — 10 мг/м 3 в течение 8 часов.

Что такое предельно допустимые концентрации (ПДК)?

Постановлением Главного государственного санитарного врача РФ утвержден гигиенический норматив содержания почти 600 вредных соединений в атмосфере населенных пунктов. загрязняющих веществ в воздухе, соответствие которым указывает на отсутствие неблагоприятного воздействия на людей и санитарно-бытовые условия. В нормативе указаны классы опасности соединений, величины их содержания в воздухе (мг/м 3). Эти показатели уточняются при появлении новых данных о токсичности отдельных веществ. Но и это еще не все. В документе присутствует перечень 38 веществ, для которых введен запрет на выброс из-за их высокой биологической активности.

Как осуществляется госконтроль в области охраны атмосферного воздуха?

Антропогенные изменения состава воздуха приводят к негативным последствиям в экономике, ухудшается здоровье и сокращается продолжительность жизни людей. Проблемы увеличения поступления вредных соединений в атмосферу беспокоят как правительства, государственные и муниципальные органы власти, так и общественность, простых людей.

Законодательством многих стран предусмотрены перед началом строительства, реконструкции, модернизации практически всех объектов экономики. Проводится нормирование загрязняющих веществ в воздухе, осуществляются мероприятия по охране атмосферы. Решаются вопросы снижения антропогенной нагрузки на окружающую среду, сокращения выбросов и сбросов загрязняющих веществ. В России приняты федеральные законы об охране окружающей среды, атмосферного воздуха, другие законодательные и нормативно-правовые акты, регулирующие деятельность в экологической сфере. Осуществляется государственный экологический контроль, лимитируются загрязняющие вещества, проводится нормирование выбросов.

Что такое ПДВ?

Предприятия, загрязняющие воздух, должны провести инвентаризацию источников поступления вредных соединений в воздух. Обычно эта работа находит свое логическое продолжение при определении Необходимость получения этого документа связана с нормированием техногенной нагрузки на атмосферный воздух. На основании сведений, которые включены в том ПДВ, предприятие получает разрешение на выброс загрязняющих веществ в атмосферу. Данные о нормативных выбросах используются для расчета платежей за отрицательное воздействие на окружающую среду.

Если тома ПДВ и разрешения нет, то за выбросы из источников загрязнения, расположенных на территории объекта промышленности либо другой отрасли, предприятия платят в 2, 5, 10 раз больше. Нормирование загрязняющих веществ в воздухе ведет к сокращению негативного влияния на атмосферу. Есть экономический стимул для выполнения мероприятий по охране природы от поступления в неё чужеродных соединений.

Платежи за загрязнение среды, поступающие от предприятий, аккумулируются местными и федеральными органами власти в специально созданных бюджетных экологических фондах. Финансовые средства расходуются на природоохранную деятельность.

Как очищают и охраняют воздух на промышленных и других объектах?

Очистка загрязненного воздуха проводится разными методами. На трубах котельных и перерабатывающих предприятий установлены фильтры, есть пыле- и газоулавливающие установки. Благодаря использованию термического разложения и окисления, некоторые токсичные вещества превращаются в безвредные соединения. Улавливание вредных газов в выбросах проводят методами конденсации, используются сорбенты для поглощения примесей, катализаторы для очистки.

Перспективы деятельности в области охраны воздуха связаны с работой по сокращению поступления загрязнителей в атмосферу. Необходимо развивать лабораторный контроль вредных выбросов в городах, на оживленных транспортных магистралях. Должна быть продолжена работа по внедрению систем улавливания твердых частиц из газообразных смесей на предприятиях. Нужны дешевые современные устройства для очистки выбросов от токсичных аэрозолей и газов. В области госконтроля требуется увеличение числа постов для проверки и регулировки токсичности выхлопных газов автомобилей. Предприятия энергетической отрасли и автотранспорт следует перевести на менее вредные, с точки зрения экологии, виды горючего (скажем, природный газ, биотопливо). При их сгорании меньше выделяется твердых и жидких загрязнителей.

Какую роль играют зеленые насаждения в очистке атмосферного воздуха?

Трудно переоценить вклад растений в пополнение запасов кислорода на Земле, улавливанию загрязнений. Леса называют «зеленым золотом», «легкими планеты» за способность листьев к фотосинтезу. Этот процесс заключается в поглощении углекислого газа и воды, образовании кислорода и крахмала на свету. Растения выделяют в воздух фитонциды — вещества, губительно действующие на болезнетворных микробов.

Увеличение площади зеленых насаждений в городах — одно из важнейших природоохранных мероприятий. Высаживают деревья, кустарники, травы и цветы во дворах домов, в парках, скверах и вдоль дорог. Озеленяют территории школ и больниц, промышленных предприятий.

Ученые выяснили, что лучше всего поглощают пыль и вредные газообразные вещества из выбросов предприятий, выхлопов транспорта такие растения, как тополь, липа, подсолнух. Больше всего фитонцидов выделяют хвойные насаждения. Воздух в сосновых, пихтовых, можжевеловых лесах является очень чистым и целебным.

Атмосфера - это то, чем мы дышим и с помощью чего существуем. Это оболочка Земли, что дает возможность развиваться всему живому. Но с каждым годом вопрос загрязнения атмосферы становится все острее.

Загрязнение атмосферы — это попадание во все ее слои (см. « ») продуктов и веществ, которые нарушают ее нормальное и привычное функционирование, приводят к иному исходу конечных реакций или увеличению тех или иных веществ (что также негативно влияет на состояние внутренней оболочки).

Особенно сильно чувствуется влияниечеловека и его деятельности на состояние биосферы. Принято выделять три вида загрязнений атмосферы:

физические, которые включают в себя пыль, радиоволны, радиоактивные элементы, теплый воздух, шум и штучное колебание воздуха;
биологические, в основе которых лежат микроорганизмы и бактерии, споры и вредоносные грибы, их продукты жизнедеятельности;
химические — это то, что попадает в воздух через использование спреев, аэрозолей, примесей газов, а также продуктов их переработки, тяжелых металлов.

Становится понятно, что наша атмосфера ежесекундно чувствует влияние действий всего человечества, страдает от этого и выходит из строя, что, в свою очередь, сказывается на нашем самочувствии и здоровье.

Источники загрязнения атмосферы

Источники загрязнения атмосферы — это места, процессы и действия, которые влияют на состав, состояние и функционирование оболочки Земли. Все источники подобного рода разделяют на два вида:

естественные или природные — те, которые происходят из-за процессов и реакций в природе, среди живых организмов без какого-либо вмешательства человека;
антропогенные или можно еще найти понятие искусственных источников загрязнений. К ним относят все то, что негативно влияет на атмосферу вследствие действий человечества.

К наиболее распространенным природным источникам относят ветры, которые выдувают землю и песок, поднимая их в воздух, извержения вулканов, насекомые и растения, а также продукты их жизнедеятельности. Не менее опасными для атмосферы являются пожары, которые уничтожают растения и животных, почву, а продукты горения в видегазов и пыли попадают в воздух. Однако природа может самостоятельно регулировать все эти действия и восстанавливаться от их негативного влияния. Намного страшнее и опаснее влияниечеловека на состояние газовой оболочки.

К искусственным источникам относят бытовую и сельскохозяйственную деятельность, все видыпромышленных работ и, конечно же, транспорт во всех его проявлениях.

Все мы знаем о том, что промышленно-городские комплексы, предприятия выбрасывают в окружающую среду тонны веществ, которые там и остаются. К «тяжелой артиллерии» можно отнести металлургию, химические производства и добычу газа и нефти, которые «дарят» атмосфере серную пыль, бензол, окись углерода, аммиак и множество других веществ.

Еще одна проблема — это теплоэнергетика. Процесс сжигания определенного топлива чреват выделением продуктов горения. И это не только сажа, дым или пыль, сюда стоит зачислить еще и оксидыазота, бензопирен, углекислый газ. Отдельно стоит упомянуть и о переизбытке тепла, которое выделяется как от работы электростанций всех видов, так и от многих других видов деятельности человека, аварийных выбросов с разных заводов, техногенных катастроф..

Одним из главных загрязнителей нашей планеты является транспорт, а в некоторых странах он занимает первое место по индексу выбросов в воздух вредных веществ. Железнодорожные перевозки, самолеты, корабли вносят свою долю в плохое состояние биосферы, однако несомненным лидером является автомобильный транспорт.

Транспортныесредства, передвигаясь, способствуют попаданию большого количества выхлопных газов от переработки топлива двигателями, пыли и твердых частиц на шинах и кузовах в нижние шары земной оболочки. А тепло, которое выделяется от автомобилей в большом городе, приравнивается к работе большой угольной электростанции. Ну и нельзя не вспомнить о шумовом загрязнении, которое распространяют все виды транспортных средств на планете.

Последствия загрязнения атмосферы

Атмосфера — это место, где происходят все основные процессы на планете, поэтому последствия ее загрязнения будут ощутимы для всех.

В первую очередь эти проблемы отобразятся на состоянии человека, ведь все твердые частицы, пыль, угарный газ, диоксид кремния и оксиды азота попадают в воздух, которым мы дышим, а значит, и в наши легкие, кровь и слизистые оболочки.

Все эти факторы влияют на работу внутренних органов, слизистых оболочек, мутацию на клеточном уровне, снижение иммунитета, возрастание онкологических заболеваний.

Еще одним примером того, как негативно влияют на природу действия человека, является парниковый эффект. Его суть в том, что нижние слои оболочки земного шара нагреваются и теряют способность защищать нас от проникновения ультрафиолетового излучения. Чем это грозит? Тем, что средняя температура по всей планете уже повысилась на 0,6 градуса Цельсия в сравнении с прошлым столетием. Если так пойдет и далее, то кроме глобального потепления мы получим в результате растаявшие ледники, повышение уровня воды в Мировом океане и затопление районов, которые находятся вблизи больших водоемов.

Образование озоновых дыр в атмосфере — еще один масштабный пример того, как влияет загрязнение на ситуацию в мире. Озон — это шар атмосферы, который образуется на высоте 2000-25000 тысяч метров и состоит преимущественно из кислорода. Главная его задача — удерживать вредное излучение Солнца. В мелких порциях ультрафиолетовые лучи нужны живым организмам для прохождения процесса фотосинтеза и ряда других важных реакций, но в больших дозах они приводят к мутациям, снижении рождаемости и увеличении раковых болезней разной степени сложности.

Кислотные дожди — это любой вид осадков, которые содержат высокий уровень химических веществ (оксидысеры и азота преимущественно). Характер таких атмосферных явлений таков, что они могут привести к гибели растительности, насекомых, рыбы при разных концентрациях вредных веществ, уменьшать количество урожаев, ухудшать состояние здоровья всего живого.

Смог — еще один фактор влияния загрязнителей на атмосферу. Это слой пыли, газа, химических веществ, которые в газообразном (аэрозольном) состоянии нависают над определенной местностью. Чем это грозит нам? В этих грязевых облаках собираются частички от переработки топлива, выбросы промышленных производств, тяжелые металлы и вредные микроорганизмы. Влажная среда окисляет их и способствует размножению и разнообразным реакциям. Смог может стать причиной заболеваний органов дыхания и крови, конъюнктивита, приглушения работы нервной системы и даже смерти.

Пути решения проблемы загрязнения воздуха

Загрязнение атмосферы — глобальная и масштабная проблема, которая касается каждого живущего на планете. Для защиты газовой оболочки от вредных поступлений применяют такие методы борьбы:

абсорбциональный — мера по борьбе с поступлением негативных частиц, суть которой в поглощении их специальными фильтрами. Эти установки имеют небольшие габариты и просты в установке, а суть их в том, что они изготавливаются из тех материалов, которые отлично впитывают и удерживают вредные испарения;
окисление характеризуется сжиганием в воздухе ненужного состава, однако имеет и побочное действие — образование углекислого газа как продукта горения;
каталитический способ подразумевает превращение газов в твердые частицы. Этот вариант решения проблем достаточно действенный, но дорогой и энергозатратный;
механический способ подразумевает очистку воздуха в специальных установках. Зарекомендовал себя как низкоэффективный и дорогой в обслуживании;
самый новый и действенный — электроогневой, вследствие которого газ поступает в специальные установки, где на него воздействует

Перед человечеством стоит масштабная задача - сохранение воздушной оболочки, защищающей планету. Федеральный закон не случайно называет этот газовый слой «жизненно важным» компонентом, ведь газовая оболочка содержит воздух, который необходим нам для жизни. К сожалению, не все компоненты полезны и безопасны для здоровья. Причиной этого становится серьезная экологическая проблема - загрязнение атмосферы.

Источники загрязнения

Все процессы, происходящие на планете, оставляют свои следы в газовой оболочке. Неправильно думать, что загрязнение атмосферы началось после того, как человеческая цивилизация открыла для себя промышленные производства. Сегодня ученые точно знают, что защитная оболочка загрязнялась практически все время: первоначально - из-за естественных причин, впоследствии к ним добавились искусственные (антропогенные) причины.

Естественными источниками загрязнения атмосферы становятся природные явления, которые происходят независимо от участия или желания человека.

К ним относятся последствия:

природных пожаров;
вулканических извержений;
песчаных и пыльных бурь.

Кроме того, воздух загрязняется разнообразными выделениями, которые появляются в результате жизнедеятельности растений и животных: пыльца, экскременты и т.п.

Антропогенные источники вызваны человеческой деятельностью, научными и промышленными достижениями.

Разновидности антропогенных источников:

транспортные выхлопы;
выбросы промышленных предприятий;
использование химикатов в сельской промышленности.

Загрязнение воздуха производят не только крупные или мелкие производства. Каждый из нас является антропогенным источником загрязнения атмосферы. Ведь в быту мы используем большое количество веществ, относящихся к бытовой химии (синтетических моющих средств, аэрозолей, спреев и т.п.), которые после применения надолго остаются в атмосфере. Большой проблемой, требующей серьезного отношения, является также бытовой мусор, количество которого постоянно увеличивается.

Разнообразие антропогенных источников позволяет классифицировать их, взяв за основу вид, который имеет загрязнение.

К биологическим загрязнителям воздуха относят многочисленные микробы, грибы и вирусы, являющиеся источниками инфекционных заболеваний.

В группу химических загрязнителей входят различные химические вещества (оксиды азота и углерода, аммиак, металлы из группы тяжелых и т.п.).

Физическими загрязнителями являются физические процессы, сопровождающие работу механизмов (шум, вибрация, появление электромагнитных волн, тепловой выброс и т.п.).

Вещества, загрязняющие атмосферу

Большой вред наносят атмосфере вещества, которые появляются при сгорании разных материалов.

К основным загрязнителям воздуха относятся:

углеводороды, имеющие газообразное состояние (метан и т.п.);
азотные соединения (оксид, аммиак);
соединения на основе серы (диоксид - серный ангидрид, триоксид - сернистый ангидрид);
соединения на основе углерода (монооксид - угарный газ, диоксид - углекислый газ).

Кроме того, загрязняют атмосферу работающие двигатели и механизмы. При их использовании в воздух попадают частицы тяжелых металлов, а результатами атомного производства и проводимых разными странами испытаний ядерного оружия является выброс в атмосферу радиоактивных веществ.

Скопление в атмосфере большого количества загрязняющих веществ может вызвать отравление, привести к тяжелому заболеванию, изменить климат.

Как определяется степень загрязнения воздуха

В повседневной жизни мы не всегда можем своевременно определить, насколько безопасным является воздух за окном. Не все загрязнители имеют запах, в некоторых случаях люди не связывают плохое самочувствие с состоянием газового слоя.

Постоянный контроль за качеством воздуха осуществляют специалисты-экологи.

В своей работе они руководствуются установленными нормами:

стандартным индексом загрязненности (СИ);
индексом загрязнения атмосферы (ИЗА).

Для получения показателя СИ делают замеры содержания вредных примесей, загрязняющих воздух. Затем максимальный замер делят на предельно допустимую концентрацию (ПДК).

При расчете ИЗА используют следующие данные:

коэффициент, показывающий степень вредности загрязняющих веществ;
среднегодовая концентрация данного вещества;
предельно допустимая за 24 часа концентрация.

Еще один важный показатель, который используется при мониторинге загрязнения атмосферы, связан с наибольшей повторяемостью(НП) превышения ПДК. НП учитывает, как часто за месяц или за год количество примесей превышало ПДК.

Загрязнение воздуха в конкретной местности определяется по уровню ИЗА:

до 5 - загрязнение низкого уровня;
5 - 6 - повышенное загрязнение;
от 7 до 13 - высокое загрязнение;
14 и более - очень высокое загрязнение.

Стандартный индекс (СИ) определяет загрязнение атмосферы в процентах:

до 20% - повышенный уровень;
от 20 до 40% - высокий уровень;
более 40% - очень высокий уровень.

Последствия для человека

Скопление в воздухе загрязняющих веществ выше ПДК и загрязнение атмосферы повышенного уровня можно заметить невооруженным глазом, без использования специальных приборов.

Смог из дыма и частиц сажи, висящий над городом, специфические запахи, образование налета на различных поверхностях - лишь некоторые заметные проявления того, что произошло загрязнение атмосферы.

Глобальными проявлениями становятся:

разрушение защитного слоя озона в атмосфере планеты:
выпадение осадков, содержащих большое количество вредных примесей - «кислотных дождей»;
изменения климата, вызванные создавшимся «парниковым» эффектом.

Все это ведет к нарушению условий, необходимых для нормальной жизнедеятельности человека.

Загрязнение воздушных масс становится причиной недомогания, от него снижается работоспособность, появляются головные боли, скачки давления, снижается иммунитет человека.

Негативная реакция организма, возникновение или обострение заболеваний, на борьбу с которыми уходит длительное время, также становятся опасными последствиями атмосферных загрязнений.

Смог затрудняет доступ солнечных лучей, тем самым лишает людей ультрафиолета, приводит к возникновению рахита, авитаминоза.

Пыль, сажа, частицы твердых металлов при вдыхании попадают в дыхательную систему человека. Раздражение органов дыхания становится причиной бронхиальной астмы, бронхитов и других заболеваний.

Из-за канцерогенов , попадающих в воздух в качестве отходов при сжигании топлива, развиваются онкологические заболевания.

Меры по предотвращению загрязнения

Человечество смогло осознать, что дальнейшее загрязнение атмосферы приведут к экологическому кризису и станет губительным для планеты. Поэтому ученые разных стран занимаются разработкой мер по снижению и предотвращению загрязнений.

Основные направления деятельности по сохранению атмосферного слоя

Снижение отходов промышленной деятельности

Современное производство невозможно без серьезной очистки выбросов, являющихся отходами индустриальной деятельности. Многоуровневая система фильтров предотвращает попадание в воздух вредных примесей, снижает их негативное воздействие и предотвратит загрязнене окружающей среды.

Сегодня ученые работают над созданием такой системы очистки, которая обеспечит максимальную фильтрацию и благоприятную атмосферу при минимальной себестоимости.

Качественная утилизация мусора

Количество мусора, которым наполняет воздух сам человек, может значительно снизиться при его вторичной переработке. Несколько раз можно использовать не только бумагу, металл или стекло. Найдены способы неоднократной переработки различных пластиков. Результатом вторичной переработки становится снижение объемов работы мусоросжигающих заводов и производимых ими выбросов.

Основной проблемой переработки является раздельный сбор мусора, на который перешли в настоящее время лишь отдельные страны.

Переход на альтернативное топливо

Сегодня альтернативное топливо иногда воспринимается как научная задача, не имеющая практического применения. Однако оно все решительнее входит в разные сферы деятельности. Доказано, что ветряки и солнечные батареи способны обеспечить энергией, биотопливо уже используется в общественном транспорте ряда стран, обеспечивая экологическую безопасность.

Минимализация использования химикатов

Понизить загрязнение атмосферы могут работники сельскохозяйственной промышленности. В борьбе за объемы полученного урожая они применяют различные химические препараты, которые накапливаются в почве, разрушают ее, попадают в воздух и насыщают его вредными веществами.

Забота о «зеленых легких» планеты

Зеленые насаждения (леса, лесополосы, парки и скверы) выполняют важную функцию естественного очищения воздушного слоя. Рациональное использование и отказ от непродуманных вырубок леса, сохранение и создание новых лесополос вокруг промышленных предприятий, увеличение парковых зон в городской черте поможет сохранить воздух чистым и свежим.

Передавая приятные ощущения, полученные в каком-либо определенном месте, многие люди часто упоминают, что там была «хорошая атмосфера». Создать приятную атмосферу в ограниченном пространстве человек научился. Благоприятная атмосфера на планете - это необходимое условие для жизни каждого человека. Поэтому борьба с загрязнением воздуха является общей задачей всего человечества.

Любое нежелательное изменение состава земной атмосферы в результате поступления в нее различных газов, водяного пара и твердых частиц (под воздействием природных процессов или в результате деятельности человека).

Примерно 10% загрязнителей попадают в атмосферу вследствие таких природных процессов, как, например, вулканические извержения, которые сопровождаются выбросами в атмосферу пепла, распыленных кислот, в том числе серной, и множества ядовитых газов. Кроме того, основными источниками серы в атмосфере служат брызги морской воды и разлагающиеся растительные остатки. Также следует отметить лесные пожары, в результате которых образуются плотные клубы дыма, обволакивающие значительные площади, и пыльные бури. Деревья и кустарники выделяют много летучих органических соединений (ЛОС), образующих голубую дымку, которая закрывает б

льшую часть гор Блу-Ридж в США (в переводе «голубой хребет»). Присутствующие в воздухе микроорганизмы (пыльца, плесневые грибы, бактерии, вирусы) вызывают у многих людей приступы аллергии и инфекционные заболевания.

Остальные 90% загрязнителей имеют антропогенное происхождение. Основными их источниками являются: сжигание ископаемого топлива на электростанциях (выбросы дыма) и в двигателях автомобилей; производственные процессы, не связанные с сжиганием топлива, но приводящие к запылению атмосферы, например вследствие эрозии почв, добычи угля открытым способом, взрывных работ и утечки ЛОС через клапаны, стыки труб на нефтеперегонных и химических заводах и из реакторов; хранение твердых отходов; а также разнообразные смешанные источники.

Загрязняющие вещества, попадая в атмосферу, переносятся на большие расстояния от источника, а затем возвращаются на земную поверхность в виде твердых частиц, капель или химических соединений, растворенных в атмосферных осадках.

Химические соединения, источник которых находится на уровне земли, быстро смешиваются с воздухом нижних слоев атмосферы (тропосферы). Они называются первичными загрязняющими веществами. Некоторые из них вступают в химические реакции с другими загрязнителями или с основными компонентами воздуха (кислородом, азотом и водяным паром), образуя вторичные загрязняющие вещества. В результате наблюдаются такие явления, как фотохимический смог, кислотные дожди и образование озона в приземном слое атмосферы. Источником энергии для этих реакций служит солнечная радиация. Вторичные загрязнители – содержащиеся в атмосфере фотохимические окислители и кислоты – представляют главную опасность для здоровья человека и глобальных изменений окружающей среды.

Опасное воздействие

Загрязнение воздуха оказывает вредное воздействие на живые организмы несколькими путями: 1) доставляя аэрозольные частицы и ядовитые газы в дыхательную систему человека и животных и в листья растений; 2) повышая кислотность атмосферных осадков, которая, в свою очередь, влияет на изменение химического состава почв и воды; 3) стимулируя такие химические реакции в атмосфере, которые приводят к увеличению продолжительности облучения живых организмов вредоносными солнечными лучами; 4) изменяя в глобальном масштабе состав и температуру атмосферы и создавая таким образом условия, неблагоприятные для выживания организмов.

Дыхательная система человека. Через дыхательную систему в организм человека поступает кислород, который разносится гемоглобином (красными пигментами эритроцитов) к жизненно важным органам, и выводятся продукты жизнедеятельности, в частности углекислый газ. Дыхательная система состоит из носовой полости, гортани, трахеи, бронхов и легких. В каждом здоровом легком насчитывается примерно 5 млн. альвеол (воздушных мешочков), в которых и происходит газовый обмен. Из альвеол кислород поступает в кровь, а углекислота через них удаляется из крови и выбрасывается в воздух.

Дыхательная система имеет ряд защитных механизмов, предохраняющих от воздействия загрязняющих веществ, содержащихся в воздухе. Волоски в носу отфильтровывают крупные частицы. Слизистая оболочка носовой полости, гортани и трахеи задерживает и растворяет мелкие частицы и некоторые вредные газы. Если в дыхательную систему попадают загрязняющие вещества, человек чихает и кашляет. Таким образом эвакуируются загрязненный воздух и слизь. К тому же верхние дыхательные пути выстланы сотнями тонких ресничек мерцательного эпителия, находящихся в постоянном движении и перемещающих вверх по гортани слизь вместе с попавшей в дыхательную систему грязью, которые либо проглатываются, либо удаляются наружу.

Постоянное длительное воздействие побочных продуктов табачного дыма и загрязненного воздуха приводит к перегрузке и переполнению защитных систем человека, в результате развиваются болезни дыхательной системы: аллергическая астма, рак и эмфизема легких, хронические бронхиты.

Кислотные осадки. Попадание в почву или в водоемы разных кислот, например серной (H2SO4) или азотной (HNO3), в результате выпадения кислотных осадков (аномально кислых дождей и снега) причиняет вред живым организмам и способствует разрушению различных конструкций. Подобные явления довольно часто наблюдаются в районах значительной концентрации промышленных предприятий, использующих ископаемое топливо.

Ущерб, причиняемый биоте при выпадении кислотных осадков, наиболее заметно выражен в лесах и на озерах. Определенные виды деревьев, в частности сосны, особенно чувствительны к изменению кислотности почвы. От кислотных дождей сильно пострадали большие площади лесов в Новой Англии, Канаде и скандинавских странах. В некоторых случаях растения служат индикаторами подобных воздействий: листья покрываются пятнами или обесцвечиваются. Перенасыщение кислотами, связанное с весенним стоком в озера и реки талых вод, может оказать пагубное воздействие на рыб и другие водные организмы.

Состав и строение атмосферы

Атмосфера, или «воздушный океан», состоит из газов, необходимых для поддержания жизни на Земле. По высоте ее можно разделить на пять слоев, или оболочек, окружающих земной шар: тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу. Их границы определяются по резким изменениям температуры, обусловленным различиями в поглощении солнечной радиации. С высотой также меняется плотность воздуха. В верхних слоях атмосферы воздух холодный и разреженный, а у поверхности Земли благодаря силе тяжести – более плотный. Загрязнены главным образом два нижних слоя атмосферы.

Тропосфера. Состав и строение нижнего слоя – тропосферы – определяется поступлением газов из земной коры и присутствием жизни на земной поверхности. Верхняя граница тропосферы располагается на высотах примерно 17 км над уровнем моря на экваторе и ок. 8 км на полюсах. Этот тонкий слой содержит два важных газообразных компонента: азот (N2) и кислород (О2), которые составляют соответственно 78 и 21% объема атмосферы.

Круговорот азота в природе (азотный цикл) играет очень важную роль в питании растений. Атмосферный азот связывается клубеньковыми бактериями, содержащимися в корневых утолщениях бобовых растений, с образованием многочисленных органических соединений, особенно белков. После этого другие специализированные бактерии в процессе минерализации разлагают и перерабатывают богатые азотом органические остатки в более простые неорганические вещества, например в аммиак (NH4). Наконец, нитрифицирующие бактерии снова превращают их в оксид (NO) и диоксид (NО2) азота, которые возвращаются в атмосферу. Затем цикл возобновляется.

Кислород образуется в процессе фотосинтеза растений и, в свою очередь, используется микро- и макроорганизмами при дыхании, побочным продуктом которого является углекислый газ.

Помимо азота и кислорода в состав атмосферы входят аргон (Ar – 0,93%) и углекислый газ (СО2 – 0,036%), а также в незначительных количествах неон (Ne), гелий (Не), метан (СН4), криптон (Kr), водород (Н2), ксенон (Хе) и хлорфторуглеводороды (ХФУ) антропогенного происхождения.

Источником и необходимым компонентом жизни на Земле, способствующим, в частности, поддержанию температуры ее поверхности, является водяной пар (Н2О), который поступает в тропосферу главным образом в результате испарения воды с поверхности океана. Его содержание в атмосфере значительно меняется в зависимости от времени года и географического положения. Для живых организмов, состоящих в основном из органических соединений углерода с водородом и кислородом, первостепенную роль играют кислород, вода и углекислый газ. Вода и углекислый газ имеют определяющее значение для нагрева земной поверхности благодаря их способности поглощать солнечную радиацию.

Стратосфера. Непосредственно над тропосферой на высотах от 18 до 48 км над земной поверхностью находится стратосфера. Хотя по составу эти оболочки очень сходны, в стратосфере содержание водяного пара приблизительно в 1000 раз меньше, а содержание озона – примерно в 1000 раз больше, чем в тропосфере. Озон образуется в стратосфере при взаимодействии молекул кислорода при разрядах молнии и ультрафиолетовом облучении Солнцем.

Состав веществ, загрязняющих атмосферу, значительно изменился после Второй мировой войны. В 1950-х годах на смену углю пришло дизельное топливо, а вскоре и природный газ. К 2000 большая часть домов обогревалась природным газом, самым чистым из всех видов ископаемого топлива. С другой стороны атмосферу все больше начали загрязнять выхлопные газы, образующиеся при работе двигателей внутреннего сгорания.

Основные загрязняющие вещества

Диоксид серы, или сернистый ангидрид (сернистый газ). Сера попадает в атмосферу в результате многих природных процессов, в том числе испарения брызг морской воды, развевания серосодержащих почв в аридных районах, эмиссии газов при извержениях вулканов и выделения биогенного сероводорода (Н2S).

По данным Всемирной организации здравоохранения, около двух миллионов человек умирают от воздействия загрязненного воздуха каждый год. Загрязнение воздуха является огромной проблемой не только для людей, живущих в смоге переполненных городов: посредством таких факторов, как глобальное потепление и разрушение озонового слоя, она имеет потенциал, чтобы влиять на нас всех.

Воздух позволяет нашей живой планете дышать. Воздух - это смесь газов, которая заполняет атмосферу, давая жизнь растениям и животным. Воздух почти полностью состоит из двух газов (78 % азота и 21 % кислорода), с некоторыми другими газами (например, углекислый газ и аргон), присутствующих в совершенно ничтожных количествах. Мы можем дышать обычным воздухом в течение всего дня без каких-либо негативных последствий, поэтому можно использовать данный факт для определения загрязнения воздуха.

Загрязнением воздуха является газ (или жидкость или твердое вещество, рассеяное по обычному воздуху) поступивший в достаточно большом количестве, который может нанести вред здоровью людей, животных, растений или убить их, остановить в росте, вызвать повреждения или нарушения других аспектов окружающей среды (например, разрушение зданий), или вызвать какие-то другие неблагоприятные явления (ограниченная видимость, неприятный запах).

Как и загрязнение воды и почвы, это количество (или концентрации) химических веществ в воздухе, обуславливает разницу между "безобидным воздухом" и "загрязненным". Углекислый газ (CO2), например, присутствует в воздухе вокруг вас в типичном концентрации менее 0,05 %, а вдыхание его обычно не причиняет вреда (вы вдыхаете его в течение всего дня), но воздух с чрезвычайно высокой концентрацией двуокиси углерода (например, 5-10 %) является токсичным и может убить вас в считанные минуты.

Поскольку земная атмосфера очень турбулентная, многие из нас живут в ветреных странах, где загрязнение воздуха рассеивается довольно быстро. В менее просвещенные времена появилось мнение о том, что если они построить высокие дымовые трубы, ветер развеет их дым, и загрязнение воздуха не будет проблемой. Однако проблема заключается в том, что на Земле намного меньше места, чем мы думаем и загрязнения окружающей среды не всегда исчезают.

Природные загрязнения воздуха

Когда мы думаем о загрязнении воздуха, мы склонны думать, что это проблема, которую люди вызывают по незнанию или глупости. Это, безусловно так, однако лишь время от времени. Тем не менее, важно помнить, что некоторые виды загрязнения воздуха осуществляется естественным путем. Лесные пожары, извержения вулканов, и газы, выделяющиеся в результате радиоактивного распада горных пород внутри Земли - это лишь три примера природного загрязнения воздуха, которые имеют чрезвычайно разрушительные последствия для людей и планеты.

Лесные пожары (которые часто начинаются естественно) могут произвести огромные участки дыма, которые распространяются на многие километры над соседними городами, странами и континентами. Гигантские вулканические извержения могут выбрасывать столько пыли в атмосферу, что они блокируют значительное количество солнечного света и обуславливают охлаждение планеты в течение года или больше. Радиоактивные породы при их распаде могут быть источником газа радона, который может накапливаться в подвалах зданий и оказывать серьезные негативные последствиями для здоровья людей.

Все эти примеры серьезного загрязнения воздуха, которые происходят без участия людей, хотя мы можем адаптироваться к природным загрязнением воздуха, и попытаться уменьшить либо остановить его мы не можем. Для остальной части этой статьи мы будем рассматривать только "неестественным" виды загрязнений: проблемы, с которыми люди вызывают и те, которые мы можем решить.

Топ-десять газов в загрязнении воздуха

Любой газ может квалифицироваться как загрязнитель окружающей среды, если его концентрация достигла больших значений вред. Теоретически это означает, что существуют десятки различных газов – загрязнителей. На практике около десятка разных веществ вызывают наибольшее беспокойство:

Каковы причины загрязнения воздуха?

Все процессы, которые включают в себя сжигание вещей, использование бытовых и промышленных химических веществ (вещества, которые вызывают химические реакции и могут выделять токсичные газы в процессе), либо производят большое количество пыли, имеют потенциал для формирования загрязнения воздуха. Несколько веков назад причину большинства загрязнение воздуха было легко определить: это были грязные заводы, а также промышленная революция. На сегодняшний день, когда приняты более жесткие законы, касающиеся загрязнения воздуха и повышается экологическая осведомленность населения, сделать это гораздо сложнее, хотя и не невозможно.

Где же берутся тогда современные загрязнения воздуха? До сих пор крупнейшим виновником является транспорт, хотя мощности заводов и фабрик продолжают вносить существенный вклад. Теперь давайте посмотрим поближе на три основных источника загрязнения воздуха.

Автотранспорт

На сегодняшний день существует около полумиллиарда автомобилей на дорогах, в среднем по одному на каждые два человека. Практически все они работают на бензиновых и дизельных двигателях, которые сжигают нефть, чтобы освободить энергию. Нефть состоит из углеводородов (большие молекулы построены из водорода и углерода), и теоретически, сжигая их при достаточном количестве кислорода, должны образовываться такие безвредные вещества, как углекислый газ и вода. Но на практике топливо не являются чистыми углеводородами. В результате выбросы из двигателей содержат большое количество загрязнителей, в частности, твердые частицы (сажа разных размеров), монооксид углерода (CO, ядовитый газ), оксиды азота (NO x), летучие органические соединения (ЛОС), а также свинец и косвенно производят озон. Смешайте эту вредную смесь и активизируйте её солнечным светом, и вы получите иногда коричневатый, иногда голубоватый туман (смога), который может существовать над городами в течение нескольких дней подряд.

Смог

Смог (комбинация слов дым и туман) образуется, когда солнечный свет действует на смесь загрязняющих газов, таких как оксиды серы и азота, несгоревших углеводородов и оксида углерода, поэтому его иногда называют фотохимический смог (поскольку химические реакции вызываются энергией света). Одним из самых вредных компонентов смога является озон, который может вызвать серьезные затруднения дыхания и даже смерть. Когда смог богат озоном, она, как правило, голубоватого цвета. В противном случае он будет коричневого цвета.

Хотя смог может образоваться в любом город, эта проблема особо актуальна в таких местах, как Лос-Анджелес, где местный климат (под влиянием океана и соседних гор) регулярно вызывает температурные инверсии. Как правило, воздух становится холоднее, чем выше он поднимается, а при инверсии температуры происходит обратное: слой теплого воздуха находится вверху, а холодного – ближе к земле. Во многом из-за большого количества транспорта, от смога страдают многие из самых оживленных городов мира, включая Афины, Пекин, Мехико, Милан и Токио.

Электростанции

Возобновляемые источники энергии, такие как солнечные батареи и ветряные турбины помогают нам получить часть энергии каждый год, но подавляющее большинство электроэнергии (около 70 процентов в Соединенных Штатах, например) по-прежнему производится за счет сжигания ископаемых видов топлива, таких как уголь, газ, и нефть, в основном на обычных электростанциях. Так же, как и автомобильные двигатели, энергетические установки теоретически должны производить углекислый газ и воду, но на практике, электростанции производят целый ряд загрязняющих веществ, в частности, диоксид серы, оксиды азота, твердые частицы. Они также выпускают огромное количество углекислого газа, который является основной причиной глобального потепления и изменения климата, когда он поднимается и накапливается в атмосфере.

Промышленные заводы и фабрики

Промышленные предприятия, которые производят такие металлы, как алюминий и сталь, перерабатывают нефть, производят цемент, синтезируют пластик, или выпускают другие химические вещества, относятся к числу тех, которые являются источниками загрязнения воздуха. Большинство заводов загрязняют атмосферный воздух небольшими количествами вредных веществ постоянно в течение длительного периода времени, и последствия загрязнения носят кумулятивный характер. Иногда промышленные предприятия выбрасывают огромные количества загрязняющих веществ в очень короткий промежуток времени.

Другие причины загрязнения воздуха

Несмотря на выбросы транспорта, электростанции, промышленные и химические заводы производят большинство искусственных загрязнений воздуха. Также на эту проблему влияют и многие другие факторы. В некоторых частях мира люди по-прежнему полагаются на сжигание древесного топлива для приготовления пищи и отопления, что вызывает загрязнение воздуха внутри помещений, которое может серьезно навредить здоровью его жителей (солнечные печи являются одним из путей решения этой проблемы). В некоторых районах мусор сжигается, а не перерабатывается или подлежит захоронению, что также может производить значительное загрязнение воздуха.

Какие последствия имеет загрязнение воздуха?

Загрязнение воздуха может нанести вред здоровью людей и животных, повреждению сельскохозяйственных культур или остановить их в росте, и сделать наш мир неприятным и непривлекательным множеством других способов.

Здоровье человека

Иногда связь между загрязнением воздуха и здоровьем человека очевидна, как например, в Лондоне в 1952 году, когда в результате смога, вызванного сжиганием угля в домашних печах и угольных электростанциях, погибло около 4000 человек. В других случаях, эту связь определить гораздо сложнее сделать. По некоторым оценкам, 10-20 % раковых заболеваний вызвано загрязнением воздуха, но развитие рака может занять много времени, и доказать прямую связь с определенного вида загрязнения воздуха и данным заболеванием очень сложно.

По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), загрязнение атмосферного воздуха является одной из основных причин смерти в мире: по этой причине около двух миллионов человек преждевременно умирают каждый год. Многие из этих смертей происходят в развивающихся странах (более полумиллиона только в Индии), но богатые промышленно развитые страны также страдают: в Соединенных Штатах, например, около 41 000 человек в год, умирают рано из-за загрязнения воздуха.

Сельскохозяйственные эффекты

20-й век охарактеризовался огромным ростом промышленного сельского хозяйства, использованием удобрений, пестицидов и т.д., которые использовались для того, чтобы увеличить урожай и накормить постоянно растущее население мира. Известно, что загрязнение воздуха (совместно с загрязнением воды) может серьезно повлиять на рост растений. В растениях, которые растут рядом с шоссе, можно легко найти остатки химических веществ (все от токсичных тяжелых металлов, таких как свинец, и других химических веществ). В то же время, огромное увеличение выбросов углекислого газа в атмосфере в настоящее время, глобальное потепление и изменение климата, как ожидается, окажет решающее влияние на сельское хозяйство в мире (снижение урожайности в некоторых местах, но потенциально повышение урожайности в другом месте).