Загрязнение атмосферы человеком, причины и последствия, мониторинг и контроль проблемы, виды: антропогенные, химические, аэрозольные, радиоактивные и естественные

Загрязнение атмосферы человеком, причины и последствия, мониторинг и контроль проблемы, виды: антропогенные, химические, аэрозольные, радиоактивные и естественные

Под загрязнением атмосферы следует понимать изменение её химического состава при поступлении примесей естественного или антропогенного происхождения. К естественным источникам загрязнения относятся:

а) внеземное загрязнение воздуха пылью космического происхождения и космическим излучением;

б) земное загрязнение атмосферы при извержениях вулканов, пыльных бурях, лесных и степных пожарах, пылью эрозии почв, частицами морской соли, продуктами растительного, животного и микробиологического происхождения.

Антропогенное загрязнение атмосферы разделяют на радио­активное, электромагнитное, шумовое, дисперсное и газообразное, а также по отраслям промышленности и видам технологи­ческих процессов. Главными и наиболее опасными источниками загрязнения ат­мосферы являются промышленные, транспортные и быто­вые выбросы.

Автомобильный транспорт относится к наиболее значимым источникам загрязнения окружающей среды в большинстве крупных городов, при этом на 90 % воздействие на атмосферу связано с работой автотранспортных средств на линии, остальной вклад вносят стационарные источники (цехи, участки, станции техобслуживания и стоянки). Это происходит по двум причинам:

-во-первых, автомобильный двигатель в процессе работы выделяет в атмосферу целый комплекс веществ: соединения серы и свинца, оксиды азота и углерода, альдегиды, ароматические углеводороды, сажа, бенз(а)пирен и так далее. Отработавшие газы автомобильных двигателей содержат около двухсот веществ, большинство из которых токсичны. В выбросах карбюраторных двигателей основная доля вредных продуктов приходится на оксид углерода, углеводороды и оксиды азота, в выбросах дизельных двигателей – на оксиды азота и сажу;

-во-вторых, автомобиль при движении взаимодействует с поверхностью дороги и результатом этого взаимодействия является аэрозоль, количество которого зависит от многих специфических факторов, характеризующих состояние дороги.

Сейчас на Земле эксплуатируется около 900 млн. автомобилей, в настоящее время на долю транспорта приходится больше половины всех вредных выбросов в окружающую среду, особенно в крупных городах. В среднем при пробеге 15 тыс. км за год каждый автомобиль сжигает 2 т топлива и около 26-30 т воздуха, в том числе 4,5 т кислорода, что в 50 раз больше потребностей человека.

К промышленным источникам загрязнения атмосферы следует отнести:

1.Сжигание горючих ископаемых, которое сопровождается выбросом 5 млрд. тонн углекислого газа в год. В результате этого за последние 100 лет содержание СО₂ в атмосфере увеличилось на 20%.

2.Работа тепловых электростанций, когда при сжигании высокосернистых углей в результате выделения сернистого газа и мазута образуются кислотные дожди.

3.Выхлопы современных турбореактивных самолетов с оксидами азота и газообразными фторуглеводородами из аэрозолей, которые могут привести к повреждению озонового слоя атмосферы.

4.Загрязнение взвешенными частицами (при измельчении, фасовке и загрузке, от котельных, электростанций, карьеров и при сжигании мусора).

5.Выбросы предприятиями различных газов.

6.Сжигание топлива в промышленных котлах, сопровождающееся образованием оксидов азота, которые вызывают смог.

7.Вентиляционные выбросы с чрезмерной концентрацией озона из помещений с установками высоких энергий (ускорители, ультрафиолетовые источники и атомные реакторы). В больших количествах озон является высокотоксичным газом.

Масштабы загрязнения атмосферного воздуха связаны с мощностью выбросов и динамикой воздушных потоков.

Аэрозольное загрязнение атмосферы

Влияние антропогенных аэрозолей на состояние окружающей среды изучено не до конца. Они различаются по структуре и свойствам, из-за чего нельзя точно оценить масштаб их вредного воздействия. Их содержание в атмосфере Земли растет с каждым годом.

Аэрозоли и их виды в атмосфере

Аэрозоли – это мельчайшие частицы вещества в твердом или жидком состоянии, распространенные в газообразной (дисперсной) среде. Их размеры – 2-10⁻⁷ мм. Твердые молекулы аэрозолей образуют дым или пыль, а жидкие – туман. Мелкие частицы создаются при разрушении твердых или жидких тел: распылении, дроблении, горении, а после – попадают в атмосферу.

Двухфазные аэрозоли состоят из концентрата (выталкиваемые пары) и пропеллента, а трехфазные – только из концентрата.

Физические и химические свойства аэрозолей

Аэрозоли невязки, пробег их молекул в 4-7 раз превышает собственный размер. Внутри частиц аэрозолей в атмосфере наблюдается броуновское движение – хаотичное движение молекул и частиц, вызываемое повышением окружающей температуры. Атомы заряжены ионами, но из-за разреженности в газовой среде заряд может меняться от положительного к отрицательному. Агрегатное состояние аэрозолей постоянно подвергается изменению из-за броуновского движения внутри.

Источники аэрозольного загрязнения

Извержения вулканов, торнадо, почвенная эрозия вызывают естественное аэрозольное загрязнение. Эти явления составляют 70-80% всех аэрозольных выбросов на планете. Их воздействие нельзя назвать отрицательным, так как большинство выбрасываемых частиц неопасны, не приносят вреда атмосфере.

Антропогенные (искусственные) отходы – это не основной источник аэрозольных загрязнений, но их воздействие на среду серьезнее. Тепловые электростанции, угольные, металлургические, цементные предприятия представляют наибольшую опасность. Выбрасываемые ими частицы – это оксиды магния, марганца, цинка, углерод, кремний. При попадании в стратосферу эти вещества разрушают озоновый слой.

На заводах по производству строительных материалов – цемента, асбеста – при шлифовке, измельчении, химической обработке выделяется пыль и прочие вредные частицы, провоцирующие аэрозольные загрязнения.

Пыль косвенно влияет на климат: она блокирует прохождение солнечных лучей и участвует в формировании облаков, выступая ядрами конденсата.

Источник антропогенного аэрозольного загрязнения – добыча минеральных ресурсов и полезных ископаемых. Во время работы в шахтах и горнодобывающих бассейнах выделяются ядовитые газы и пыль, которая оседает в верхних слоях атмосферы. Причина этого губительного воздействия — применение в промышленной деятельности взрывных устройств, после действия которых выбрасывается до 3 тыс. куб. м углерода и 200 тыс. куб. м пыли. Аэрозольное загрязнение атмосферы создают и отходы от самолетов и других воздушных судов.

Автомагистрали с некачественным покрытием имеют свойство испарять в атмосферу вредные ацетальдегид и акролеин. Токсичные вещества выбрасываются из-за высокой напряженности на дорогах и несоответствия придорожных территорий правилам градостроительства и обустройства.

Список химических элементов, которые приносят вред нижними и верхним слоям атмосферы Земли:

• ароматические углеводороды — арены;
• соли, образованные на основе кислот (сульфиты, нитриты, карбонаты);
• оксиды металлов;
• асбест.

Эти вещества появляются в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих и обогатительных заводах.

Негативное воздействие на естественную среду

Антропогенные выбросы аэрозолей существенно изменяют природу и климат на территориях, где большая концентрация промышленных заводов и предприятий. Аэрозольные частицы в воздухе активно формируют облака, из-за чего влажность и количество осадков в одних регионах повышается, а в других снижается. Это приводит к заболачиванию территорий или засухе. Оба последствия отрицательны для развития промышленности.

Учеными из американского университета штата Мериленд было установлено, что в промышленных районах концентрация грозовых и дождевых облаков в 2 раза превышает норму. Здесь портится погода, ухудшаются климат и условия проживания людей. По мнению ученых, нужно ставить под жесткий контроль работу заводов и ограничить выбросы серы, углеводорода и азота в атмосферу.

Отражение загрязнения на здоровье человека

Аэрозольное загрязнение в основном распространено вокруг больших промышленных центров. В этих районах заметно наблюдается изменение климатической ситуации. Зимой в воздухе часто сгущается туман, значительно увеличивается влажность. Эти факторы отрицательно влияют на здоровье людей.

Одна из важных причин ухудшения физического состояния человека – загрязнение воздуха.

Ядовитые частицы, содержащиеся в атмосфере, с кислородом попадают в организм и блокируют работу легких. Из-за этого формируются патологии, передающиеся по наследству, вследствие чего ухудшается здоровье нации.

Особенно пагубно влияет загрязненная аэрозолями атмосфера на состояние беременных женщин, так как уже на ранних стадиях онтогенеза у младенца появляются токсические отравления. В перинатальном периоде плацента подвержена воздействию внешних факторов: в нее могут попасть до 600 видов вредных химических веществ, если они оказываются в организме матери. Они нарушают здоровье будущего ребенка, химизируют внутреннюю среду эмбриона. Аэрозольное загрязнение атмосферы способно вызвать преждевременные роды, развить у ребенка гипотрофию, значительно снизить или увеличить вес младенца. Эти признаки были выявлены экспериментально у детенышей животных.

Пагубное воздействие на здоровье детей до 1 года оказывает концентрация диоксида азота. Это вещество нарушает работу органов дыхания (легких, бронхов, трахеи), вызывает сердечно-сосудистые заболевания.

Загрязнение атмосферы частицами аэрозолей вызывает болезни у взрослых и детей:

1. Психические расстройства — инсомния, гиперсомния, болезнь Альцгеймера, личностные расстройства.
2. Нарушения в пищеварительной системе — дизентерия, сальмонеллез, холера.
3. Кожные заболевания — дерматиты, раны, шелушение, сухость кожи.
4. Патология в функционировании миндалин и аденоидов.
5. Близорукость, дальнозоркость.
6. Аэрогенное загрязнение вызывает аллергическую реакцию у 40 % населения. Она проявляется в повышении температуры тела, забитости носовых пазух, покраснении кожи, слезоточивости.

Канцерогены металлов — никеля, хрома, кадмия — способны вызвать рак легких, спровоцировать образование злокачественных опухолей на коже, развитие патологий кровеносной и лимфатической системы.

Антропогенные факторы оказывают заметное влияние на состояние нижних и верхних слоев атмосферы. Увеличивается концентрация сульфатов и нитратов, которые приводят к ухудшению здоровья целых наций, развитию патологий и экологическим катастрофам. Распространение аэрозолей, производимых людьми, должно быть сокращено в значительной степени, чтобы предупредить будущие проблемы человечества.

Загрязнение атмосферы

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.

Естественные и антропогенные источники радиоактивного загрязнения, основные загрязняющие вещества, последствия для человека и окружающей среды

Радиоактивное загрязнение — это заражение территории и находящихся на ней предметов радиоактивными веществами. Атомы некоторых изотопов способы расщепляться и создавать излучение. В результате происходит выбрасывание альфа-, бета- и гамма-частиц, которые несут значительную опасность для окружающей среды и самого человека.

Все источники радиоактивного загрязнения подразделяются на 2 группы: естественные и антропогенные. Первые возникают в природной среде без участия человека, а вторые — в результате его активной промышленной и научной деятельности.

Естественные источники радиоактивного загрязнения

К причинам естественного радиоактивного загрязнения относятся космическое излучение и образование радиоизотопов в земной коре. Природные радионуклиды разделяют на 4 группы: долгоживущие, короткоживущие, не образующие семейств, образующиеся в результате взаимодействия космических частиц с атомными ядрами.

Космическому излучению наиболее подвержены Северные и Южные полюса из-за наличия магнитного поля, отклоняющего радиоактивные частицы. В горных районах и регионах, располагающихся на высоте свыше 2000 м над уровнем моря, риск облучения значительно увеличивается. На максимальной высоте подъема пассажирского авиатранспорта (12 000 м) уровень облучения возрастает в 25 раз.

Наибольший вклад в природное радиоактивное загрязнение вносит рассеивание радиоизотопов из горных пород, обогащенных ураном, торием и радоном. К горячим точкам относятся пляжи Гуарапари в Бразилии и юго-западном побережье Индии из-за высокого содержания тория в песках. Повышенная радиация также отмечается в некоторых районах Франции, Нигерии, Мадагаскара и России (Зауралье, Камчатка, Северо-Восток, Западная Сибирь).

Наибольшую опасность представляет радон и его дочерние продукты полураспада. На него приходится более 50% суммарной дозы облучения. Он способен мигрировать на значительные расстояния, широко распространен и обладает высокой проникающей способностью. Не имеет характерного запаха или цвета, что затрудняет его идентификацию без специальных приборов.

Антропогенные источники радиоактивного загрязнения

Основная доля загрязнения приходится на антропогенные источники. К ним относятся атомная и тепловая промышленность, ядерные полигоны, техногенные аварии, а также медицина и наука.

Радиоактивные отходы атомной промышленности

В процессе переработки и обогащения урановых руд через вентиляционные системы предприятий атомной промышленности в воздух поступают радиоактивные аэрозоли, содержащие изотопы ксенона, стронция, цезия и криптона. Возможны выбросы небольшого количества продуктов коррозии ядерного реактора, а также осколков деления ядер урана, магния и цезия. Однако при исправной работе АЭС в сравнении с другими отраслями промышленности атмосферные радиоактивные выбросы незначительны.

Производственно-промышленные сточные воды с повышенной концентрацией некоторых изотопов образуются на заводах по получению металлического урана и радиохимических производствах. Часть отходов предприятий выбрасывается в виде газов и аэрозолей: радон, торон, йод и аэрозольный конденсат.