Загрязнение и защита атмосферы

Огромный урон кислотные дожди  наносят лесам, садам, паркам. Опадают листья, молодые побеги делаются хрупкими как стекло и гибнут. Деревья становятся более подверженными воздействию болезней и вредителей, отмирает до 50% их корневой системы, главным образом мелкие корни, питающие дерево. 
В ФРГ кислотными дождями уже погублена почти треть всех елей. В таких лесистых районах, как Бавария и Баден, пострадало до половины лесных угодий. Кислотные дожди наносят урон не только лесам, расположенным на равнинах,  
ряд повреждений зарегистрирован в высокогорных лесах Швейцарии, Австрии, Италии.

 

5.3. Кислотные дожди и урожайность сельскохозяйственных культур

 

Установлено, что последствия воздействия  на сельскохозяйственные культуры кислотных дождей определяются не только их кислотностью  
и катионным составом, но и продолжительностью, а также температурой воздуха. Установлено, что зависимость роста и созревания сельскохозяйственных культур от кислотности осадков свидетельствует о взаимосвязи физиологии растений, развития микроорганизмов и ряда других факторов. Отсюда очевидно,  
что необходим количественный учет всех компоненте кислотных дождей, влияющих на урожайность и качество продукции, а также на сложные процессы функционирования почвенной биоты для каждого конкретного региона.

 

5.4. Кислотные дожди и материалы

 

Влияние кислотных дождей на широкую гамму конструкционных материалов становится из года год все очевиднее. Так, ускоренная коррозия металлов под воздействием кислотных осадков, как отмечает американская печать приводит к разрушению самолетов и мостов в США. Серьезно проблемой,  
как известно, стало сохранение античных памятников Греции и Италии. Основными повреждающими ингредиентам являются катион водорода, диоксид серы, оксиды азота, а также озон, формальдегид и пероксид водорода. Интенсивность разрушения материалов зависит от их пористости, так как чем выше удельная поверхность, тем больше ее сорбционная способность;  
о конструкционных особенностей, так как при наличии различны выемок они являются коллекторами кислотных осадков; от условий эксплуатации: скорости ветра, температуры, влажности воздуха и т.п. На практике наибольшее внимание уделяют трем группа материалов: из металлов - нержавеющей стали  
и оцинкованном железу; из строительных материалов - материалам для наружных конструкций зданий; из защитных - краскам, лакам и полимера для поверхностных покрытий. При воздействии осадков и газов и повреждающее действие обусловлено интенсивностью каталитических реакций с участием металлов,  
а также синергизмом, при этом наиболее часто наблюдается равномерная коррозия.

По данным Европейского парламента, экономический ущерб от кислотных осадков составляет 4% валового национального продукта. Это должно учитываться при выборе стратегии борьбы с кислотными дождями в долгосрочной перспективе.

Конкретные меры по уменьшению выбросов серы в атмосферу реализуются в двух направлениях: использование на ТЭЦ углей с низким содержанием серы  
и очистка выбросов. Малосернистыми считаются угли с содержанием серы менее 1%, а высокосернистыми - с содержанием серы более 3%. Чтобы уменьшит вероятность образования кислотных дождей, высокосернистые угли подвергают предварительной обработке. В состав угля обычно входят пиритная и органическая сера. Современные многостадийные методы очистки угля позволяют извлечь  
из него до 90% все пиритной серы, т.е. до 65% общего ее количества.  
Для удаления органической серы в настоящее время разрабатываются методы химической и микробиологической очистки.

Аналогичные методы необходимо применять и к высокосернистой нефти. Мировые запасы нефти с низким содержанием серы до 1 % невелики и составляют не более 15%. При сжигании мазута с высоким содержанием серы используют специальные химические присадки, которые позволяют снизить содержание диоксида серы в выбросах.

Одним из наиболее простых способов снижения количества оксидов азота при сжигании топлива является проведение процесса в условиях недостатка кислорода, что обеспечивается скоростью подачи воздуха в зону горения. В Японии разработана технология дожигания первичных продуктов сгорания. При этом топливо нефть, газ сначала сжигают в оптимальном  
режиме для образования оксидов азота, а затем в зоне дожигания уничтожают непрореагировавшее топливо.

Следующим направлением в решении этой проблемы является отказ от практики рассеивания газообразных выбросов. Их следует не рассеивать, уповая на огромные масштабы атмосферы, а, наоборот, улавливать  
и концентрировать.

Наиболее эффективный способ очистки выбросов от диоксида серы основан на реакции его с измельченной известью. В результате реакции 90% диоксида серы связывается с известью, образуя гипс, который можно использовать в строительстве. Так, теплоэлектроцентраль мощностью  
500 МВт, снабженная установкой для очистки выбросов, дает за год 600 тыс. м³ гипса.

Перспективной мерой по снижению вредных воздействий является установление лимитов на выбросы. Так, Агентство по охране окружающей среды США установило лимит общего выброса диоксида серы на территории страны, предусмотрев его ежегодное снижение. Это мероприятие дало определенный положительный эффект.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Загрязнение атмосферы биологическими примесями 

Биологические примеси подразделяют на патогенные микроорганизмы и микроорганизмы растения и животные. К первым относят живые существа бактерии, вирусы, грибы и т.д. размером менее 500 мкм. Загрязнение атмосферы биологическими примесями связано как с массовым появлением самих микроорганизмов, так и с влиянием их на человека, в первую очередь  
на его иммунную систему.

Иммунная система человека эволюционировала на протяжении миллионов лет, адекватно реагируя на новые бактерии и штаммы вирусов. Но это экологическое равновесие человека с окружающей средой начинает все больше нарушаться, и здесь выделяют две причины. Первая связана с нарушением обмена веществ в организме человека под воздействием химических веществ, а вторая -  
с ослаблением организма под воздействием стрессовых ситуаций. Даже микродозы чужеродных химических веществ, проникнув в организм человека с загрязненным воздухом, недоброкачественной пищей или водой, разносятся кровью по органам  
и тканям. Частично они задерживаются там и начинают участвовать в обмене веществ, искажая его нормальное течение и становясь пусковыми механизмами ускоренной мутации клеток, среди которых зачастую появляются онкогенно опасные.

Исследованиями установлено, что с 1970-х годов в России на 50% возросла частота таких экологически зависимых эндоэкологических заболеваний,  
как сердечнососудистые и онкологические. К настоящему времени накоплен большой статистический материал, устанавливающий тесную корреляционную связь между концентрацией нитратов в пищевых продуктах которые могут  
и не превышать установленных ПДК и определенными заболеваниями печени первичный рак печени. Эндоэкологические заболевания наиболее опасны  
для будущих поколений, и это подтверждается следующими данными: всего 23% детей остаются здоровыми к 7-летнему возрасту, а к 17-летию - 14%, половина юношей призывного возраста непригодны к службе в армии по состоянию здоровья.

Вирус СПИДа вообще парализует защитные свойства организма, и человек, его носитель, становится подверженным любым заболеваниям.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.1. Изменение природного состава воздуха

 

На процессы жизнедеятельности на Земле в наибольшей степени влияют изменение кислородного баланса и повышение концентрации углекислого газа. Это ведет к двум прогнозируемым последствиям: нехватке кислорода  
и парниковому эффекту. Нехватка кислорода обусловлена, с одной стороны, сокращением его поступления из природных источников, а с другой - неуклонным увеличением его потребления. Основными причинами сокращения поступления кислорода в атмосферу являются интенсивное загрязнение поверхностных, 
вод Мирового океана и уменьшение общей площади лесных массивов. Установлено, что водная поверхность океана регенерирует около 50% атмосферного кислорода. Увеличение потребления кислорода связано:

- с ростом населения земного шара, так как за сутки при дыхании человек через легкие пропускает до 120... 150 м³ воздуха;

     - с широким внедрением технологических процессов, в которых окислительные реакции осуществляются за счет атмосферного кислорода.

За последние 25...30 лет транспорт  и промышленность взяли из атмосферы  больше кислорода, чем использовано человечеством за весь исторический период существования цивилизации. Так, авиалайнер при трансатлантическом перелете сжигает около 100 т кислорода, а в США автомобили потребляют кислорода  
в 2 раза больше, чем его регенерирует природа на всей их территории. На всю техногенную деятельность человечество тратит 30...40 млрд. т кислорода в год.

Нарушение кислородного баланса будет  иметь глобальные последствия. Подсчитано, что при 5%-ном ежегодном приросте потребления свободного кислорода  на технологические нужды более  чем через 100 лет его содержание  
в гомосфере (сфере обитания человека) может снизиться до критического  
для человека предела - до 17% (по массе). И тогда человечеству необходимо будет искать эффективные способы получения свободного кислорода из минералов земной коры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.2. Парниковый эффект

 

Парниковый эффект — повышение температуры нижних слоёв атмосферы планеты по сравнению с эффективной температурой, то есть температурой теплового излучения планеты, наблюдаемого из космоса.

Идея о механизме парникового  эффекта была впервые изложена в 1827 году Жозефом Фурье в статье «Записка о температурах земного  шара и других планет», в которой  он рассматривал различные механизмы  формирования климата Земли, при  этом он рассматривал как факторы, влияющие на общий тепловой баланс Земли нагрев солнечным излучением, охлаждение за счёт лучеиспускания, внутреннее тепло Земли, так и факторы, влияющие на теплоперенос  
и температуры климатических поясов (теплопроводность, атмосферная  
и океаническая циркуляция)

При рассмотрении влияния атмосферы  на радиационный баланс Фурье проанализировал  опыт М. де Соссюра с зачернённым  изнутри сосудом, накрытым стеклом. Де Соссюр измерял разность температур внутри и снаружи такого сосуда, выставленного на прямой солнечный  свет. Фурье объяснил повышение температуры  внутри такого «мини-парника» по сравнению  с внешней температурой действием  двух факторов: блокированием конвективного  теплопереноса (стекло предотвращает  отток нагретого воздуха изнутри  и приток прохладного снаружи) и  различной прозрачностью стекла в видимом  
и инфракрасном диапазоне.

Именно последний фактор и получил в позднейшей литературе название парникового эффекта —  поглощая видимый свет, поверхность  нагревается  
и испускает тепловые (инфракрасные) лучи; поскольку стекло прозрачно  
для видимого света и почти непрозрачно для теплового излучения, то накопление тепла ведёт к такому росту температуры, при котором количество проходящих через стекло тепловых лучей достаточно для установления теплового равновесия.

Фурье постулировал, что  оптические свойства атмосферы Земли  аналогичны оптическим свойствам стекла, то есть её прозрачность в инфракрасном диапазоне ниже, чем прозрачность в диапазоне оптическом, однако количественные данные по поглощению атмосферы в  инфракрасном диапазоне долгое время  являлись предметом дискуссий.

В 1896 году Сванте Аррениус, шведский физико-химик,  
для количественного определения поглощении атмосферой Земли теплового излучения проанализировал данные Сэмюэла Лэнгли о болометрической светимости Луны в инфракрасном диапазоне. Аррениус сравнил данные, полученные Лэнгли при разных высотах Луны над горизонтом т.е. при различных величинах пути излучения Луны через атмосферу, с расчетным спектром  
ее теплового излучения и рассчитал как коэффициенты поглощения инфракрасного излучения водяным паром и углекислым газом в атмосфере,  
так и изменения температуры Земли при вариациях концентрации углекислого газа. Аррениус также выдвинул гипотезу, что снижение концентрации в атмосфере углекислого газа может являться одной из причин возникновения ледниковых периодов. 
           Количественно величина парникового эффекта  определяется как разница между средней приповерхностной температурой атмосферы планеты   
и её эффективной температурой. Парниковый эффект существенен для планет  
с плотными атмосферами, содержащими газы, поглощающие излучение  
в инфракрасной области спектра, и пропорционален плотности атмосферы. Следствием парникового эффекта является также сглаживание температурных контрастов как между полярными и экваториальными зонами планеты,  
так и между дневными и ночными температурами.

Парниковый эффект атмосфер обусловлен их различной прозрачностью  
в видимом и дальнем инфракрасном диапазонах. На диапазон длин волн 400—​1500 нм в видимом свете и ближнем инфракрасном диапазоне приходится 75 % энергии солнечного излучения, большинство газов не поглощают в этом диапазоне; рэлеевское рассеяние в газах и рассеяние на атмосферных аэрозолях  
не препятствуют проникновению излучения этих длин волн в глубины атмосфер  
и достижению поверхности планет. Солнечный свет поглощается поверхностью планеты и её атмосферой (особенно излучение в ближней УФ- и ИК-областях)  
и разогревает их. Нагретая поверхность планеты и атмосфера излучают в дальнем инфракрасном диапазоне: так, в случае Земли при  равном 300 K, 75 % теплового излучения приходится на диапазон 7,8—28 мкм, для Венеры при  равном 700 K — 3,3—12 мкм.