2.2 Забруднення атмосфери: джерела, масштаби і наслідки. Стан повітряного середовища України. Заходи боротьби із забрудненням атмосфери
1 Склад та екологічне значення атмосфери
2 Забруднення атмосфери: джерела, масштаби і наслідки
3 Способи захисту атмосфери
1 Склад та екологічне значення атмосфери
Атмосфера — це газова оболонка, що оточує .Землю. Наявність атмосфери — одна з найголовніших умов життя на планеті. Без їжі людина може обходитися місяць, без води — тиждень, а без повітря не проживе й кількох хвилин.
Атмосфера, як елемент глобальної екосистеми, виконує кілька основних функцій:
•захищає живі організми від згубного впливу космічних випромінювань та ударів метеоритів;
•регулює сезонні й добові коливання температури (якби на Землі не існувало атмосфери, то добові коливання температури досягали б ± 200 °С);
•є носієм тепла й вологи;
•є депо газів, які беруть участь у фотосинтезі й забезпечують дихання;
•зумовлює низку складних екзогенних процесів (вивітрювання гірських порід, діяльність природних вод, мерзлоти, льодовиків тощо).
Ту частину повітря, яка приблизно однакова в усіх куточках Землі й мало змінюється за день, тиждень чи навіть рік, назвали «постійною складовою атмосфери»: азот N2 – 78,084%, кисень О2 – 2,946%, аргон(Ar)- 0,934% , вуглекислий газ (CO2)- 0,036% ,неон (Ne)- 0,0018% ,гелій (He)- 0,0000524% ,метан (CH4)- 0,0002% , криптон (Kr)- 0,00014% , водень (H)- 0,00005% , ксенон (Xe)- 0,000009%.
За характером змін температури атмосферу ділять на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу і екзосферу. Ці сфери розділені шарами, які називаються паузами: тропо-, страто-, мезо- і термопаузи.
З висотою різко зменшуються щільність і тиск атмосфери, а температура змінюється нерівномірно й складно. Зміна температури в межах атмосфери на різних висотах пояснюється неоднаковим поглинанням сонячної енергії газами. Найінтенсивніше теплові процеси протікають у тропосфері, причому атмосфера нагрівається знизу, від поверхні океану та суші.
Тропосфера - найближчий до нас нижній шар атмосфери. Висота верхньої межі тропосфери залежить від температури: зимою вона ближче до земної поверхні, літом - дальше. Протягом доби коливання можуть сягати кількох кілометрів. Нагрівається за рахунок тепла нагрітої Сонцем земної поверхні. В тропосфері міститься до 80% вологи всієї атмосфери. Характерне постійне вертикальне перемішування повітря, - тут утворюються хмари, звідси випадають опади.
Тропопауза - її температура і висота змінюються зі зміною широти - від екватора до полюсів тропопауза знижується.
Стратосфера характеризується низьким тиском, розрідженням повітря, повною відсутністю водяної пари і значним вмістом озону - до 10-5 г/г повітря. Озоновий шар поглинає близько 97% ультрафіолетового компонента сонячної радіації, небезпечного для живих організмів.
2 Забруднення атмосфери: джерела, масштаби і наслідки
Основними джерелами забруднення атмосфери є природні, промислові та побутові процеси. їх об'єднують у такі групи:
— забруднювачі природного походження (мінеральні, рослинні, тваринні, мікробіологічні);
— забруднювачі, які утворюються при згорянні палива для потреб промисловості, опалення житлових будинків, при роботі всіх видів транспорту.
— забруднювачі, які утворюються в результаті промислових викидів.
— забруднювачі, зумовлені згорянням і переробкою побутових і промислових відходів.
Найбільш поширеними токсичними речовинами, котрі забруднюють атмосферу, є: оксид вуглецю СО, діоксид сірки в SO2, оксид азоту NO, вуглеводні СnНm та пил. Високі концентрації домішок та їхня міграція в атмосферному повітрі призводять до утворення більш токсичних речовин (смог, кислоти) або до таких явищ, як парниковий ефект та руйнування озонового шару.
Загальна схема реакцій утворення фотохімічного смогу досить складна і у спрощеному вигляді може бути подана такими реакціями:
Смог досить токсичний, оскільки його склад знаходиться в таких межах: 08— 60 ... 75 %; ПАН, Н202-альдегіди тощо — 25 ... 40 %.
Хімічні реакції, які відбуваються в повітрі, призводять до виникнення димних туманів — смогів. Смоги виникають за таких умов: по-перше, великої кількості пилу і газів, які міста викидають у повітря, по-друге, довгого існування антициклонів, коли забруднювачі нагромаджуються в приземному шарі атмосфери. Смоги бувають декількох типів. Найбільш вивчений вологий смог. Він характерний для країн з морським кліматом, де дуже часто спостерігаються тумани і висока вологість повітря. Сухий, або лос-анджелеського типу, смог відрізняється від вологого смогу своїми властивостями. Клімат в Лос-Анджелесі (США) сухий, тому смог тут утворює не туман, а синювату імлу.
Третій вид смогу — льодяний смог, або смог аляскинського типу. Він виникає в Арктиці й Субарктиці при низьких температурах в антициклоні. Смоги характерні для таких міст, які розташовані в гірських котловинах, де застоюється повітря, наприклад, в Лос-Анджелесі, Нью-Йорку, Чикаго, Токіо, Мілані.
Особливо небезпечні сірчисті сполуки й оксиди азоту, які спричиняють кислотні дощі. Кислотні дощі стали дуже поширеним явищем, причому вони можуть випадати на відстані багатьох сотень і тисяч кілометрів від джерела первісного викидання речовини.
Кислотні дощі залишають на листі дерев чорні плями, закислюють озера і ґрунти, змінюють їхній хімічний оклад, посилюють корозію різних матеріалів і конструкцій. Особливо небезпечні вони для унікальних історичних пам'яток, зокрема мармурових. Процес закислення опадів триває.
Промислові викиди в атмосферу порушують озоновий шар, який, немов щит, прикриває Землю від сильного ультрафіолетового опромінення. Виявлено різке зменшення шару озону над Антарктидою — своєрідну "озонову дірку". Вміст озону над Антарктидою дедалі зменшується, межі "озонової дірки" розширюються. "Озонова дірка" існує не постійно, а близько місяця на рік, переважно в жовтні. Вона розширюється в бік Австралії, Південної Америки й Африки, що викликає тривогу. У грудні 1986 року з цього приводу було проведено міжнародний семінар метеорологів і геофізиків. Демонструвалися наукові фільми, які показали, що "озонова дірка" — це гігантський атмосферний вихор, який циркулює проти стрілки годинника. Щодо причин цього явища є три припущення:
— взаємодія оксидів азоту з озоном;
— реакція антропогенного хлору з озоном;
— антропогенні фреони реагують з озоном.
Фреон-12, фреон-11 містять вуглець, фтор і хлор. Вони працюють у холодильниках, балонах з лаком, дезодорантах і під впливом ультрафіолетових променів розкладаються, а молекулярний хлор руйнує озон каталітично. Різко зростає ультрафіолетове опромінення, помітно зросте кількість захворювань на рак шкіри у людей і тварин.
Постійне збільшення кількості спалюваного органічного палива призводить до підвищення концентрації С02 в атмосферному повітрі. В 1860 році його вміст становив 0,027 %, на початку XX ст. — 0,029 %, а сьогодні — 0,034 %. Прогнози показують, що до середини XXI ст. його вміст подвоїться" Це призведе до різкого посилення парникового ефекту. Моделювання на ЕОМ показало, що до цього часу середня температура на планеті підвищиться на 2—4 °С, у помірних широтах — на 10—15 °С, і в Арктиці — на 15—20 °С.
Виникають ще дві не менш небезпечні проблеми: потепління в Арктиці і Антарктиці призведе до швидкого танення льодовиків. Якщо їхній об'єм зменшиться на 50 %, то рівень Світового океану підніметься на 25—35 м. Багато прибережних міст буде затоплено водою. Зміна клімату супроводитиметься зміною погодних умов, які навіть важко передбачити. Справжнім екологічним катаклізмом на планеті є посуха в Африці, де пустеля наступає на савану зі швидкістю 50 км на рік замість 1 км на рік в минулому.
Охорона природи нерозривно пов'язана також з боротьбою проти термоядерної війни. Адже вона загрожує людству не тільки фізичним винищенням, а й жахливими змінами клімату, що стануться після неї. Вчені багатьох країн світу провели моделювання наслідків термоядерної війни на ЕОМ, яке отримало назву "ядерної зими". У перший день війни в північній півкулі (тут мешкає 85 % населення світу) в атмосферу підніметься 300 млн тонн диму і пилу. Протягом тижня на поверхню планети доходитиме менше 1 % сонячного світла, а протягом наступних трьох тижнів — не більше ніж 10 %.
Вміст озону зменшиться на 50 %, що збільшить надходження ультрафіолетового проміння до смертельних для людини доз. Якщо війна відбудеться весною або влітку, температура на 20—ЗО °С знизиться, тобто літо перетвориться на зиму. Низька температура утримуватиметься кілька місяців, що порушить нормальний хід процесів фотосинтезу. Люди гинутимуть від голоду, отруйних газів, які утворюються під час пожеж, кислотних дощів і радіоактивного зараження.
Ядерну війну можна викликати за допомогою лазерних установок з термоядерною заправкою. Кілька сотень таких лазерів, спрямувавши на Землю тисячі смертоносних променів, можуть викликати гігантські пожежі міст і сіл. Ефект від цього може бути таким же катастрофічним, як від атомного вибуху.
3 Способи захисту атмосфери
Захист атмосфери включає комплекс технічних й адміністративних мер, прямо або побічно спрямованих на припинення або принаймні зменшення зростаючого забруднення атмосфери промислового розвитку. Територіально-технологічні проблеми включають як питання місця розташування джерел забруднення атмосфери, так й обмеження або усунення ряду негативних ефектів.
По тривалості програми захисту атмосфери підрозділяються на довгострокові, середній тривалості й короткочасні; методи підготовки планів по захисту атмосфери базуються на звичайних методах планування й координуються так, щоб задовольняти довгострокові вимоги в цій області.
Співвідношення капіталовкладень на захист атмосфери (включаючи встаткування для обмеження викидів від існуючих і джерел, що знову вводять,) і сумарного збитку від забруднення атмосфери становить приблизно 3:10.
Окремі області досліджень по захисту атмосфери часто групуються в список відповідно до рангу процесів, що приводять до її забруднення.
1. Джерела викидів (місце розташування джерел, застосовуване сировина й методи його переробки, а також технологічні процеси).
2. Збір і накопичення забруднюючих речовин (твердих, рідких і газоподібних).
3. Визначення й контроль за викидами (методи, прилади, технології).
4. Атмосферні процеси (відстань від димових труб, перенос на далекі відстані, хімічні перетворення забруднюючих речовин в атмосфері, розрахунок очікуваного забруднення й складання прогнозів, оптимізація висоти димових труб).
5. Фіксація викидів (методи, прилади, стаціонарні й мобільні заміри, крапки вимірів, сітки вимірів).
6. Вплив забрудненої атмосфери на людей, тварин, рослини, будови, матеріали.
7. Комплексний захист атмосфери в сполученні із захистом навколишнього середовища При цьому необхідно враховувати різні крапки зору, основними з яких є:
- законодавча (адміністративні міри);
- організаційна й контролююча;
- прогностична зі створенням проектів, програм і планів;
- економічна з одержанням додаткових економічних ефектів;
- наукова, проведення досліджень і розробок;
- випробування н виміру;
- реалізація, включаючи виробництво продукція й виготовлення установок;
- практичне використання й експлуатація;
- стандартизація й уніфікація:
Способи очищення повітря поділяють на три основні групи.
1. Раціональне використання палива і створення очисних споруд.
2. Удосконалення технологій виробництва та автотранспорту.
3. Поліпшення планування населених пунктів, збільшення площ зелених насаджень.
В Україні та інших державах прийнято закони про охорону атмосферного повітря. З метою скорочення кількості викидів отруйних газів, золи, пилу в атмосферу в 1997 р. на конференції ООН був складений Кіотський протокол «Про зміни клімату». Цим протоколом для кожної держави визначено певну кількість викидів в атмосферу з поступовим її зменшенням. Документ підтримали 119 держав, окрім США і Японії. Україна підписала його в 2004 р.
4. Основні способи очищення повітря — це: а) раціональне використання палива й створення очисних споруд; б) удосконалення технології виробництва та автотранспорту; в) поліпшення планування населених пунктів, збільшення площ зелених насаджень.
Закріплення знань
1 Який склад та екологічне значення має атмосфера?
2 Які види людської діяльності стали причиною глобальної екологічної кризи?
3 Перелічите наслідки забруднення атмосфери.
4 Які з негативних наслідків забруднення атмосфери можна спостерігати в Запоріжжі?
5 Назвіть основні способи очищення атмосфери.