Последствия загрязнения атмосферы: негативные явления и пути решения проблемы

Глобальное потепление климата, парниковые газы, озоновые дыры, кислотные дожди – в мировых новостях эти термины звучат угрожающе часто.

Технический прогресс – не только прорыв для человечества, это глобальное вмешательство в природные процессы, нарушение газового и энергетического баланса атмосферы планеты.

Экстремальная жара и засуха в прежде благоприятных районах, мощные наводнения и цунами, таяние вечной мерзлоты и тропические бури – вот расплата за то, что человек не хочет жить в согласии с природой.

Неужели был прав X. Френч, который сказал: «Озера и реки, лишенные рыбы, гибнущие леса – вот пе­чальные последствия индустриализации планеты»?

Разбираемся, к каким экологическим последствиям способно привести загрязнение атмосферы, каковы важнейшие глобальные проблемы, которые способны уничтожить человечество.

Актуальность темы

Загрязнение окружающей среды – мировая проблема современности, регулярно обсуждаемая в СМИ, научных кругах и на форумах международных организаций. Ученые давно предупреждают о неминуемости экологической катастрофы в самое ближайшее время.

Атмосферное загрязнение – присутствие в воздухе повышенных концентраций:

• газов;
• паров;
• твердых и жидких частиц;
• тепла;
• колебаний;
• излучений.

Из-за загрязнения атмосферы происходит:

• истощение природных ресурсов;
• снижение плодородия почв;
• деградация и опустынивание земель;
• гибель растительного и животного мира;
• ухудшение качества поверхностных водоемов и подземных источников.

Эти факторы могут привести к исчезновению с лица Земли целых экосистем и биологических видов, ухудшению здоровья человека, снижению продолжительности его жизни. Природные и антропогенные источники, а также механизмы загрязнения приземной атмосферы многочис­ленны и разнообразны.

Наиболее ощутимые для атмосферы антропогенные процессы:

• сгорание автомобильного топлива;
• ядерные реакции при испытаниях ядерного оружия;
• выбросы ТЭС, химической промышленности, металлургии и горячей металлообработки;
• переработка нефти, угля и газа;
• сжигание мусора.

Среди естественных процессов весомый вклад в изменение качества воздуха вносят пыльные бури, лесные пожары, извержения вулканов.

Загрязнение любого масштаба не может остаться «незамеченным» атмосферой – некоторые последствия ощущают на себе экосистемы и население отдельных территорий, а другие оказываются фатальными для планеты и всего человечества.

Что относится к последствиям загрязнения воздуха?

Загрязнение атмосферы воздействует на окружающую среду по-разному – от непосредственной и немедленной угрозы до медленного и постепенного разрушения всех компонентов экосистемы, как абиотических (атмосферные, водные, почвенные ресурсы), так и биотических (растения, животные, грибы и микроорганизмы).

Изменение состава воздушной среды способно нарушить структуру экосистемы до такой степени, что процессы регуляции оказываются не в состоянии вернуть ее компоненты в первоначальное состояние, механизм восстановления не срабаты­вает.

Последствия загрязнения могут быть локальными (затрагивающими отдельные территории или регионы) или глобальными – влияющими на биосферные процессы Земли в целом.

Локальные последствия проявляются в местном (городском, региональном) повышении уровня загрязнений одним или несколькими близко расположенными источниками. Такая проблема преодолевается административными и или экономическими мерами, например, переоснащением, реконструкцией или даже закрытием промышленного объекта.

Гораздо серьезнее глобальные последствия загрязнения атмосферы, изменяющие характеристики природной среды в масштабах планеты, опасные для всего населения земного шара.

Бороться с планетарными проблемами трудно. Предупредить их появление можно лишь в том случае, если удастся минимизировать уровень загрязнения воздушной среды до того предела, с которым экосистемы Земли смогут справиться самостоятельно.

Глобальные

К последствиям глобального загрязнения атмосферы относят:

• усиление парникового эффекта;
• нарушение озонового слоя (озоновые дыры);
• кислотные атмосферные осадки.

Некоторые экологи относят к проблемам планетарного масштаба и загрязнение земного шара суперэкотоксикантами:

• тяжелыми металлами (в первую очередь, свинцом, ртутью и кадмием);
• хлордиоксинами;
• полихлорированными бифенилами;
• полициклическими ароматическими углеводородами;
• долгоживущими радионуклидами.

В результате этих глобальных последствий человечество и планету могут ожидать:

1. Деградация все природных экосистем на суше и в Мировом океане.
2. Изменение глобального климата.
3. Подъем уровня Мирового океана, затопление прибрежных районов и даже отдельных континентов.
4. Снижение биоразнообразия растений и животных, уничтожение отдельных видов и популяций.
5. Снижение качества условий жизни человека, рост заболеваемости, преждевременная смертность.
6. Экономические ущербы, продовольственный кризис, голод.
7. Эпидемии.

Глобальные последствия загрязнения атмосферы представляют угрозу для всего человечества, чтобы их устранить, потребуется объединение усилий всего мирового сообщества.

Рассмотрим, каким образом поступление загрязнителей в атмосферу, их трансграничный перенос воздушными потоками и выпадение с осадками на поверхность суши и Мирового океана приводит к проблемам планетарного масштаба.

Изменение климата

К изменению климата Земли, в числе других важных факторов, может привести изменение:

• концентрации парниковых газов в воздухе;
• прозрачности атмосферы и ее состава в результате извержения вулканов, лесных пожаров, деятельности промышленных предприятий, выбросов ДВС;
• альбедо (отражательного потенциала поверхности Земли).

На климатические колебания, в первую очередь, влияют:

• увеличивающаяся из-за сжигания топлива концентрация углекислого газа;
• поступление в атмосферу аэрозолей, влияющих на ее охлаждение;
• процессы, сопровождающиеся образованием легких пылеобразных загрязнений.

Другие факторы (уменьшение озонового слоя, вырубка лесов и животноводство) также влияют на климат, но в меньшей степени.

Увеличение концентрации в атмосфере парниковых газов – главная причина глобального потепления, начиная с 1950 года. Парниковые газы (ПГ) – газообразные вещества, которые поглощают и переизлучают инфракрасное излучение.

Термин «парниковые» в отношении газов объясняется принципом их воздействия на поверхность земного шара.

Атмосфера, насыщенная ПГ, «работает» как крыша теплицы — с одной стороны пропускает внутрь значительную часть ультрафиолета, с другой практически не пропускает наружу тепло, излучаемое Землей.

Парниковый эффект наступает при повышении температуры поверхности Земли из-за нагрева нижних слоев атмосферы массовым скоплением ПГ, в результате температура воздуха поднимается выше нормальных значений. ПГ имеют естественное или антропогенное происхождение.

Основные ПГ:

• углекислый газ (диоксид углерода);
• метан;
• водяной пар;
• закись азота;
• озон;
• фторированные газы.

Главная доля в глобальном парниковом эффекте приходится на углекис­лый газ, общая доля остальных газов – не выше 20 %.

ПГ и источники их образования:

Парниковый эффект на Земле был всегда. ПГ с естественным происхождением в нормальных концентрациях поддерживают на планете подходящий для жизни климат.

Без парникового эффекта, обусловленного присутствием в атмосфере углекислого газа, средняя температура на планете была бы -18 ℃, океаны были бы скованы льдом, а высшие формы жизни никогда бы не появились. Благодаря ПГ и задумке природы средняя температура на Земле составляет 15 ℃, что позволило сформироваться благоприятным условиям для жизни.

Но существует закономерность: сколько ПГ образовалось, столько и будет поглощено. Вмешательство человека в естественные процессы нарушает природный баланс.

Чрезмерный парниковый эффект способствует глобальным изменениям климата – повышению температуры, изменению интенсивности и частоты выпадения осадков.

В 2022 году ученые объявили – уровень углекислого газа в атмосфере достиг рекордной за миллионы лет величины. В наши дни его концентрации сопоставимы с показателями самого теплого периода плиоцена – эпохи, которая была много миллионов лет назад. Тогда уровень Мирового океана был выше на 5-25 м. Если бы воды Мирового океана поднялись бы до такой степени в наши дни, большинство государств ушли бы под воду.

Техногенные источники появления парникового эффекта:

1. Горючие полезные ископаемые в промышленности. При сжигании угля, нефти, природного газа в воздух выделяются огромные объемы углекислого газа и других соединений.
2. Транспорт. Выхлопные газы загрязняют воздух и усиливают парниковый эффект.
3. Вырубка лесов и лесные пожары. Деревья поглощают углекислый газ и выделяют кислород: с уничтожением каждого дерева в атмосфере планеты возрастает концентрация углекислоты.
4. Увеличение численности населения. Возрастает спрос на продукты питания, одежду, обогрев жилища. В результате растет промышленное производство, увеличивается число объектов по производству энергии.
5. Агрохимический комплекс. Удобрения содержат множество химических соединений, при испарении которых выделяется оксид азота.
6. Разложение и горение мусора на полигонах и несанкционированных свалках.

На поглощение солнечной энергии атмосферой и поверхностью земли (альбедо) существенно влияют выбросы сажи – вещества, которое многие исследователи считают вторым по значимости фактором глобального потепления климата после парникового эффекта от углекислого газа. Вклад сажи в изменение климата оценивается в 15-30 %.

В противоположность саже, сульфатные выбросы от вулканов и промышленных объектов увеличивают альбедо земного шара, рассеивая и отражая падающее солнечное излучение.

Считается, что увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере на 60 % способно повысить температуру воздуха на 1,2 – 2,0 °С. А существование обратной связи между высотой снежного покрова, альбедо и температурой поверхности может привести к еще большему изменению температуры с непредсказуемыми последствиями.

Человечество оставляет неравномерный углеродный след. Лидерами по влиянию на изменение климата являются США и Канада.

Как изменится жизнь на Земле, если средняя температура воздуха значительно поднимется? Для биосферы последствия будут как отрицательными (изменение климата, подъем уровня Мирового океана, деградация вечной мерзлоты и прибрежных экосистем), так и положи­тельными (увеличение продуктивности естественных растительных систем и урожайности культурных посевов).

Парниковый эффект:

• нарушит уровень осадков, направления ветров, формирование облаков;
• изменит океанические течения и размеры полярных ледниковых шапок.

Внутренние территории континентов станут суше, а побережья – влажнее. Холодные сезоны будут короче, а теплые – длиннее.

Потепление поверхностных вод Мирового океана и климата планеты в целом перестроит атмосферные процессы, усилит штормовую активность в умеренных и тропических широтах. Но изменения в зоне арктических морей мо­гут привести и к положительным социально-экономическим последствиям (увеличится период плавания судов в течение года).

При наступлении глобального потепления вырастет объем испарений с поверхности океанических вод, климат станет более влажным. Сочетание этих факторов приведет к увеличению речного стока (примерно на 10 %, особенно в Европе).

Ученые считают, что через 200 лет при потеплении климата будет очевидным такое явление, как «высыхание» океанов – серьезное понижение уровня воды из-за активной испаряемости.

Но появится и обратная проблема — таяние ледников повысит уровень Мирового океана. Площадь ледников будет сокращаться, некоторые быстро исчезнут. Ледяной покров Северного Ледовитого океана может быть полностью разрушен. Деградация многолетнемерзлых пород приведет к затоплению островов и приморских зон, заболачиванию обширных территорий. За счет таяния ледников Средней Азии может восстановиться Аральское море.

Несмотря на возросший уровень воды в Мировом океане, концентрация кислорода в ней уменьшится, чего многие морские организмы могут не пережить.

Высокие концентрации углекислого газа увеличат интенсивность фотосинтеза. В сочетании с более влажным клима­том фотосинтез приведет к увеличению продуктивно­сти естественных фитоценозов (лесов, лугов, саванн) и агроценозов (культурных растений, садов, виноградни­ков). Особенно высокие результаты будут у древесных растений, составляющих основной процент наземной флоры.

Территории, которые недостаточно увлажняются атмосферными осадками, станут засушливыми и непригодными для жизни. Превратятся в пустыни отдельные субтропические территории. Погибнут посевы, пересохнут источники пресной воды, в отдельных районах наступит продовольственный кризис. Животные останутся без пропитания, поскольку из-за дефицита воды исчезнут растения.

Зона тундры будет постепенно исчезать при продвижении в более высокие широты лесов. Наступят неизбежные социально-экономические последствия в отношении деятельности человека (энергетика, сельское и лесное хозяйство, здравоохранение).

Изменение климата негативно влияет не только на качество жизни, но и на здоровье человека. Когда-то средняя летняя температура, привычная для людей, была 22-27 °С. Показатели 35-38 °С означают солнечные и тепловые удары, обезвоживание, нарушение работы сердечно-сосудистой системы.

Высокие температуры воздуха способствуют перемещению различных инфекций и переносчиков заболеваний:

• энцефалитные клещи;
• малярийные комары;
• птицы;
• мыши

освоят новые регионы, в которых живут люди без соответствующего иммунитета.

Это приведет к болезням и эпидемиям:

• лихорадке Эбола;
• холере;
• птичьему гриппу;
• чуме;
• туберкулезу;
• желтой лихорадке.

В результате эпидемий погибнут тысячи людей в разных странах мира.

Озоновые дыры

Озоновый слой (озоносфера) – часть стратосферы на высоте от 12 до 50 км от Земли. Озоновый слой охватывает весь земной шар. Максимальная кон­центрация озона – на высоте 20-25 км. Насыщенность атмосферы озоном постоянно меняется, достигая максимальных значений весной в приполярных областях.

Концентрация молекул озона в озоносфере в 10 раз выше, чем у поверхности Земли. Высота слоя составляет около 5 км. Если весь озон сконцентрировать в один слой, толщина его составит около 3 мм.

В этой зоне атмосферы под воздействием УФ-излучения молекулярный кислород распадается на атомы, которые затем соединяются с другими молекулами двухатомного кислорода, образуя трехатомный кислород – озон.

Озоновый щит защищает все живое на нашей планете от смертельной угрозы из космоса, поглощая опасный ультрафиолет в диапазоне в 100-280 нм и 280-315 нм. Благодаря свойствам озона жесткая солнечная радиация ослабляется примерно в 6500 раз.

Так называемая озоновая дыра – участок локального снижения концентрации озона в озоновом слое. Истощение озонового слоя признано серьезной угрозой глобальной экологической безопасности. Живые организмы уязвимы перед излучением Солнца, энергии да­же одного фотона достаточно, чтобы разрушить химические связи в большинстве органических молекул.

К уменьшению концентрации озона приводит совокупность множества факторов:

• гибель молекул озона в реакциях с веществами техногенного и естественного происхождения;
• снижение потока солнечного излучения в течение полярной зимы;
• сверхустойчивый полярный вихрь, который препятствует проникновению озона из приполярных широт;
• формирование полярных стратосферных облаков, на поверхности частиц которых усиливаются реакции распада озона.

Одни ученые настаивают на естественном про­исхождении озоновых дыр.

4 глобальные причины нарушения озоносферы связаны с:

• ее естественной изменчивостью;
• циклической активностью Солнца;
• дегазацией;
• тектоническими процессами земного шара.

Другие специалисты придерживаются теории, по которой значительное ослабление озонового слоя, впервые зафиксированное во второй половине прошлого века, происходит из-за постоянно возрастающего воздействия антропогенного фактора.

К основным источникам разрушения озонового слоя относят:

• азотсодержащие загрязнители, выделяемые при запуске ракет и сверхзвуковых самолетов;
• выбросы промышленных производств (хлор- и бромсодержащие фреоны, альдегиды, кетоны, спирты, формальдегид);
• процессы дегазации мантии Земли (вулканизм).

Главными «вредителями» озонового слоя являются химические вещества, объединенные в группу «хлорфторуглеводороды» (фреоны), а также оксиды азота, оксиды углерода. Соединения взаимодействуют с молекулой озона и разрушают ее.

Фреоны используются:

• в качестве хладонов в холодильных установках, в кондиционерах;
• при производстве полимеров, дезодорантов, лаков, красок.

Они используются как растворители, распылители-аэрозоли.

Одна молекула хлора способна разрушить в озоносфере до 1 млн молекул озона, а одна молекула оксида азота — до 10 молекул озона.

Из-за утончения защитного озонового слоя усиливается поток жесткой солнечной радиации, губительной для всего живого на Земле. Жесткое УФ-излучение относится к числу ионизирующих излучений, являясь мутагенным фактором среды обитания.

Воздействие излучения приводит к возникновению онкологических заболеваний, в частности, рака кожи, заболеваниям иммунной системы, поражению сетчатки.

Растения под влиянием агрессивных лучей постепенно утрачивают способ­ность к фотосинтезу, а нарушение жизнедеятельности фитопланктона разрушает трофические цепочки биоты водных эко­систем. Наиболее явные нарушения озоносферы наблюдаются над промышленными странами.

Кислотные дожди

Кислотными дождями обычно называют не только дождь, но и другие атмосферные осадки (снег, град, туман), содержащие кислоты. Присутствие любой концентрации кислот приводит к снижению уровня водородного показателя рН, который выражается десятичным логарифмом концентрации водородных ионов. Чем ниже величина рН, тем кислее среда.

Среднее значение рН облачной и дождевой воды в нормальных условиях – 5,6. Величина зависит от растворения в ней атмосферного углекислого газа с образованием слабой угольной кислоты. При показателе ниже 5,6 осадки считаются кислыми.

К загрязнителям воздушной среды, снижающим уровень рН осадков, относятся:

• оксиды серы и азота;
• хлористый водород;
• ЛОС.

Как образуются?

Оксиды в атмосферном воздухе вступают в реакцию с молекулами воды, образуя кислоты. Оксиды серы образуют серную кислоту, оксиды азота – азотную.

Кроме того, в воздухе крупных промышленных центров обычно присутствуют примеси марганца и железа – катализаторов химических реакций. Благодаря круговороту воды в природе кислые осадки рано или поздно выпадают на землю. Кислотные осадки по происхождению бывают двух типов — естественные (природные) и антропогенные.

Естественные осадки с высоким pH формируют следующие факторы и явления:

1. Деятельность микроорганизмов. Многочисленные группы микроорганизмов разрушают органику, образуя газообразные соединения серы, которые поднимаются в атмосферу.
2. Вулканическая деятельность. Выбросы газов при извержении содержат диоксид серы, сернистый водород, сульфаты и элементарную серу.
3. Распад азотсодержащих природных соединений.
4. Грозы, приводящие к образованию озона.
5. Горение древесины и другой биомассы – соломы, растительных отходов.

Основной причиной появления техногенных кислотных дождей являются выбросы:

• заводов и фабрик;
• объектов нефтепереработки;
• ТЭС;
• автомобильного транспорта.

Ощутимый вклад в повышение кислотности осадков вносит запуск твердотопливных ракет, при котором в атмосферу поступает хлористый водород и оксиды азота.

Продуктивными «поставщиками» в атмосферный воздух ЛОС являются нефтехранилища, бензозаправки, химические предприятия.

Сернистый газ выбрасывается в атмосферу Земли при:

• сжигании угля;
• нефти;
• мазута;
• добыче цветных металлов из сернистых руд.

Оксиды азота образуются при реакции азота с кислородом воздуха при высоких температурах (в двигателях автомобилей и котельных установках).

Вред кислотных осадков

На здоровье людей кислотные осадки сами по себе не оказывают непосредственного воздействия – попав под кислый дождь или поплавав в озере с подкисленной водой, человек вряд ли пострадает.

Опасны соединения, которые образуются в воздушной среде при поступлении оксидов серы и азота. Образующиеся в результате реакций сульфаты переносятся по воздуху на большие расстояния, провоцируют развитие астмы и бронхитов. Кроме того, сульфаты могут оказаться в продуктах питания.

Основные агенты воздействия компонентов атмосферы на почву и гидросферу – атмосферные осадки в виде дождя и снега. Несколько меньший вклад вносят туманы и смог. Поверхностные и подземные воды преимущественно имеют атмосферное питание, поэтому их химический состав – результат состояния атмосферы.

Больше, чем сами кислотные дожди опасны протекающие под их воздействием процессы. Кислотные дожди делают почву неплодородной, а иногда – токсичной. От кислотных осадков из почвы выщелачиваются не только питательные веще­ства, необходимые для растений, но и токсичные металлы – свинец, кадмий, алюминий. Затем опасные соединения усваиваются растениями и другими почвенными организмами.

От действия многокомпонентной кислотной смеси страдают хвойные и лиственные ле­са, снижается их устойчивость к засухам, болезням, природным загрязнениям, что приводит к еще более выраженной деградации.

Кислотные осадки действуют на растительность прямо и косвенно. Непосредственное воздействие происходит в высокогорных областях, где кроны деревьев буквально погружаются в кислотные облака.

Чрезмерно кислая вода повреждает корневую систему деревьев, а также листву и стебли, ослабляя растения. Косвенное воздействие заключается в снижении в почве концентрации питательных веществ и сопутствующем возрастании процента токсичных примесей.

При кислотных дождях больше страдают пихты, ели и сосны. Смена хвои происходит реже, чем смена листьев, и она аккумулирует больше вредных веществ за равный промежуток времени. Среди лиственных наиболее чувствительны дуб и береза.

У сельскохозяйственных культур повреждаются покровные ткани, нарушается рост и развитие, уменьшается сопротивляемость к болезням и паразитам. В результате падают урожаи, снижаются экономические показатели.

Негативное воздействие кислотных осадков распространяется и на водоемы с их обитателями. Наиболее чувствительными к агрессивной среде оказываются озера. От негативного воздействия кислотных осад­ков начинается их закисление, что опасно не только для различ­ных видов рыб, но и для планктона, водорослей и других обитателей.

Рыбы гибнут как от непосредственного воздействия кислой среды (популяции, неприспособленные даже к минимальному превышению pH), так и из-за утраты кормовых ресурсов. Возрастание в подкислен­ной воде концентрации алюминия всего на 0,2 мг/л смертельно для рыб.

Кислые осадки становятся причиной выветривания горных пород, ухудшения качества несущих грунтов, химического разрушения техногенных объектов, в том числе наземных линий связи. Осадки обесцвечивают ткани, разрушают строительные материалы, вызывают коррозию металла.

Агрессии кислотных дождей не могут противостоять фасады зданий, памятники архитектуры, трубопроводы, автомобили, мраморные скульптуры, витражные стекла старинных особняков – от кислой среды страдает буквально все.

Лидеры по количеству кислотных осадков в России:

• Центральный федеральный округ;
• Санкт-Петербург и Ленинградская область;
• Южный Урал;
• Норильский регион.

Локальные

Локальное загрязнение атмосферного воздуха – загрязнение в конкретной местности в ограниченном пространственно-временном масштабе. Подобные загрязнения наблюдаются вокруг промышленных объектов, в крупных городах, вблизи рудников, сельскохозкомплексов.

Вокруг животноводческих ферм водоемы и почвы обычно загрязнены ионами аммония, территория в районе медеплавильного завода – соединениями меди.

Последствия локального загрязнения атмосферы:

• деградация окружающей среды в пределах техногенных и селитебных зон;
• снижение качества условий жизни, рост заболеваемости местных жителей, снижение продолжительности жизни у ослабленных и пожилых людей;
• вторичное загрязнение почв, речной и подземной гидросферы;
• снижение продуктивности агропромышленного комплекса;
• экономические ущербы в промышленной и социальной сферах.

К локальным последствиям загрязнения атмосферы относится, например, смог.

Фотохимический смог

Над многими крупными городами иногда нависает сероватая или бурая туманная дымка. Это смог – одно из последствий загрязненности воздуха в промышленных центрах и крупных городах.

Смог – взвесь мельчайших частиц, аэрозоль из фракций сажи, пепла, продуктов горения топлива. Во влажной атмосфере смог также содержит капельки жидкости. Английский термин «smog» образовался от слияния «smoke» (дым) и «fog» (туман).

Смог – не просто загрязненный воздух, это сочетание загрязненности с невозможностью рассеивания взвешенных частиц, которая тесно связана с погодными или природными условиями.

Ветер увеличивает скорость распространения загрязнений и их смешивания, а воздушные потоки, направленные от земли, выносят загрязнения в верхние слои атмосферы. Но иногда возникают условия, при которых атмосферные слои приобретают высокую стабильность, и в результате фотохимических реакций образуется смог.

К таким условиям относятся:

• присутствие в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязняющих веществ;
• антициклоны (формирование областей с высоким атмосферным давлением);
• интенсивная солнечная радиация и безветрие;
• такое охлаждение нижнего слоя атмосферы, когда в верхних слоях воздух оказывается более теплым (температурная инверсия), в сочетании со слабым обменом воздуха в приземном слое.

В городах, расположенных в низинах, температурные инверсии наблюдаются чаще, поэтому при высоком уровне загрязнения воздуха они более предрасположены к образованию смога.

Итак, смог – чрезмерное загрязнение воздуха вредными примесями, выделенными в атмосферу промышленными объектами, а также работающим транспортом и теплопроизводящими установками при определенных погодных условиях.

Выделяют:

• ледяной;
• влажный;
• фотохимический (сухой) смог.

Основные компоненты фотохимического смога:

• озон;
• пероксиацетилнитрат (ПАН);
• оксиды азота.

Высокие концентрации этих веществ придают смогу опасные свойства.

У людей отмечается:

• сильное раздражение слизистых оболочек глаз и дыхательных путей;
• приступы астмы;
• кашель;
• сухость в горле;
• спазм грудной клетки;
• головокружение;
• головная боль.

По физиологическому воздействию на организм человека компоненты смога в целом очень опасны для дыхательной и кровеносной систем, часто становятся причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем. Особенно сильно подвержены вредному действию компонентов смога дети и пожилые люди.

Фотохимический смог отличается высокой токсичностью для растительности, особенно для:

• бобовых;
• свеклы;
• злаков;
• винограда;
• декоративных видов.

Листья растений набухают, затем покрываются пятнами и белым налетом, приобретают бронзовый или серебристый оттенок. Смог приводит к коррозии металлических конструкций, растрескиванию красок, повреждению элементов фасадов, резиновых и синтетических изделий, одежды.

Локальная катастрофа в Огайо

Пример локального загрязнения окружающей среды в целом и атмосферы в частности – катастрофа, которая произошла 3 февраля 2023 года в городке Восточная Палестина штата Огайо.

С рельсов сошел железнодорожный состав, перевозящий опасные вещества. Сначала начался пожар, затем был взрыв и мощный выброс в воздух отравляющих химикатов. Более того, оператор путей сообщения устроил «контролируемый поджог», от которого в небо поднялся густой дым в виде ядерного гриба.

В вагонах был винилхлорид – хлорсодержащее вещество, которое при реакции с продуктами горения образует фураны и диоксины (опасные и стойкие органические загрязнители).

Кроме винилхлорида, в результате аварии и ее ликвидации в воздухе оказались бутилакрилат, этилгексилакрилат и этиленгликоль монобутиловый. Также в воздухе обнаружены примеси фосгена и хлористого водорода – продуктов «контролируемого» поджога содержимого ж/д цистерн.

Продукты горения хлорсодержащих и других опасных соединений приводят к отдаленным последствиям – онкологическим и тиреотоксическим. Это означает, что через некоторое время в США зарегистрируют всплеск онкологических заболеваний, люди начнут умирать.

Опасные вещества осядут на почву и растения, которые будут употреблять домашние животные и птицы. В результате будут зафиксированы высокие коэффициенты биоаккумуляции токсичных веществ. Концентрация химикатов в пищевых продуктах, которую получат жители Огайо, ожидается очень серьезной.

При этом глобальных экологических последствий не ожидается, самый большой вред от катастрофы получит штат Огайо и соседняя Пенсильвания. Многое зависит от розы ветров, от метеорологической обстановки. На долгий срок останутся отравленными грунтовые воды. Последствия экологической катастрофы будут ощущаться и через двадцать лет. Ее жертвами могут стать пять миллионов американцев.

Вред для флоры и фауны

Загрязняющие вещества отрицательно влияют на всю биосферу в целом. Известны случаи массового отравления диких животных, птиц, насекомых при залповых выбросах загрязнений высокой концентрации.

При оседании токсичной пыли на медоносные растения погибают пчелы. Крупных животных ядовитые примеси поражают преимущественно через органы дыхания, а также со съеденными запыленными растениями.

Токсичные вещества из воздуха причиняют вред растительности различными способами:

• непосредственно зеленым частям растений – при разрушении хлорофилла и тканей;
• корневой системе через почву.

Часть примесей (оксид углерода, этилен) лишь слегка повреждают листья, хвою, побеги.

Другие вещества:

• диоксид серы;
• соединения хлора;
• пары ртути;
• аммиак;
• цианистый водород

губительны для флоры.

Наиболее опасен диоксид серы, от которого погибают хвойные:

• ели;
• сосны;
• кедр;
• пихты.

Способна ли растительность восстановиться после того, как примеси рассеются и исчезнут? Это зависит от восстанавливающей способности растений и общего состояния экосистемы. Кстати, нельзя не отметить, что малые концентрации некоторых веществ (кадмиевая соль) не только не вредят растительности, но и стимулируют прорастание семян и прирост древесины.

Источники и негативные глобальные последствия

В таблице ниже кратко перечислены экологические факторы, вызванные различными источниками, и то, к каким последствиям эти явления приводят:

Важнейшие экологические последствия загрязнения атмосферы

Наиболее серьезные последствия загрязнения атмосферы заклю­чаются в разрушении озонового слоя и усилении парникового эффекта. Эти процессы стали результатом общего воздействия большинства стран планеты и считаются глобальными, их последствия способны карди­нально изменить естественный ход развития жизни на Земле. Наиболее угрожает человечеству глобальное потепление климата.

В результате активного таяния ледников, истончения морского арктического льда множество видов арктических животных, птиц и растений оказались на грани исчезновения.

Осадки в низких и высоких широтах теперь выпадают более часто и обильно, а в тропиках и субтропиках, наоборот, климат становится более засушливым. Баланс экосистем нарушен, по всей планете отмечаются мощные наводнения и разрушительные ураганы.

Другая серьезная проблема, с которой столкнулось человечество – разрушение озоносферы. Поскольку озоновый слой является защитным фильтром, поглощающим агрессивный ультрафиолет, при его истончении множество людей теряет зрение, получает солнечные ожоги, приводящие к злокачественному поражению кожи.

От появления озоновых дыр страдают морские экосистемы, так как фитопланктон (главное звено пищевой цепи) не может нормально развиваться при чрезмерном воздействии жесткого излучения Солнца.

Влияние на человека

Оптимальные для здоровья и деятельности человека условия окружающей среды (и ее важнейшего компонента – атмосферного воздуха) находятся в определенных, относительно узких, пределах. Отклонение от границ допустимых норм означает качественное изменение условий жизни.

Все загрязнители атмосферы в большей или меньшей степени опасны для здоровья человека. Вещества попадают в организм преимущественно через систему дыхания. Органы дыхания страдают от загрязнения непосредственным образом, так как час­тицы менее 5 мкм способны задерживаться в альвеолах легких, а также проникать в лимфатические узлы, за­сорять слизистые оболочки.

Попавшие в организм частицы опасны, поскольку они:

• ядовиты по своей природе;
• становятся помехой для очистки дыхательного тракта;
• являются носителем поглощенного организмом токсичного вещества.

Установлена зависимость между составом атмосферного воздуха и заболеваниями:

• поражением верхних дыхательных путей;
• сердечной недостаточностью;
• аллергией;
• бронхитами;
• астмой;
• пневмонией;
• эмфиземой легких;
• болезнями органов зрения.

Резкое повышение концентрации примесей, сохраняющееся в течение нескольких дней, увеличивает показатели преждевременной смертности пожилых людей от респираторных и сердечно-сосудистых заболеваний, рождения детей с генетическими отклонениями.

Иногда комплексное воздействие загрязнителей приводит к более серьезным последствиям для здоровья человека, чем воздействие каждого из них в отдельности, на степень ущерба влияет и продолжительность воздействия.

Высокие концентрации углекислого газа (угарного газа) приводят к физиологическим изменениям в организме человека, так как это агрессивный газ, легко соединяющийся с гемоглобином и образующий в крови карбоксигемоглобин.

Избыток карбоксигемоглобина приводит к:

• кислородному голоданию;
• головокружению;
• тошноте;
• рвоте

и даже к смерти.

Из-за низкой концентрации в воздухе углекислый газ не вызывает мас­совых отравлений, однако крайне опасен для страдаю­щих анемией и сердечно-сосудистыми заболеваниями.

У людей, чья деятельность связана с асбестом, высок риск развития онкологических заболеваний. Пары ртути нарушает работу центральной верхней системы и почек. Ртуть способна аккумулироваться в организме, что приводит к снижению когнитивных способностей.

В крупных городах из-за загрязнения воздуха постоянно возрастает число людей, страдающих:

• хроническим бронхитом;
• аллергией;
• эмфиземой;
• раком легких.

Часть химических примесей радиоактивна. Распространяясь по пищевой цепи (от растений к животным), радиоактивные вещества поступают в организм человека, накапливаясь и причиняя вред.

Диоксид серы во влажной среде образует серную кислоту, разрушающую легочную ткань человека и животных. Особенно опасен диоксид серы, когда он осаждается на частицах пыли и в этом виде проникает глубоко в дыхательные пути.

Пыль с примесями диоксида кремния приводит к силикозу – тяжкому заболеванию легких. Оксиды азота раздра­жают и разъедают слизистые оболоч­ки. Если они присутствуют в загрязненном воздухе вместе с диоксидом серы, возникает эф­фект синергизма – усиливается токсичность всей газооб­разной смеси.

Даже небольшие объемы свинца, бенз(а)пирена, кобальта, фосфора, кадмия, мышьяка угнетают кроветворную систему, вызывают онкологические заболевания, снижают имунную защиту. Свинец и ртуть обладают мутагенными свойствами, вызывая генетические изменения в клетках.

Пути решения

Техническая революция достигла таких масштабов, что повернуть ее вспять уже не получится. Однако избавиться от последствий вмешательства человека в природные процессы и предупредить появление новых проблем – задача, требующая решения.

Предотвратить усиление парникового эффекта можно через использование альтернативных источников топлива, путем сохранения лесных массивов – естественных поглотителей углекислого газа.

В отношении истончения озонового слоя нельзя прекращать ограничительные меры по сокращению выбросов хлор- и бромсодержащих фреонов путем перехода на другие вещества, например, на фторсодержащие фреоны.

Снизить выбросы углерода до нуля невозможно. Но добиться углеродной нейтральности – задача выполнимая. Должны разрабатываться и внедряться технологии по извлечению ПГ из атмосферного воздуха, должны сокращаться общие объемы промышленных выбросов углерода.

Чтобы остановить резкое потепление в ближайшие годы, концентрация углекислоты должна быть снижена до уровня «доиндустриальной» эпохи.

В феврале 2023 года правительство России выделило 7 млрд рублей на изучение изменений климата.

Гранты будут получены на реализацию следующих мероприятий:

1. Разработку глобальной модели земной системы – для подготовки более точных климатических прогнозов.
2. Создание системы климатического и экологического мониторинга Мирового океана.
3. Разработку важных решений по ограничению выбросов ПГ.
4. Разработку мер адаптации российской экономики к глобальным изменениям климата.
5. Разработку системы мониторинга потоков ПГ.
6. Проведение цифровизации Национального кадастра парниковых газов.

Стратегия соцэкономразвития РФ с низким уровнем выбросов ПГ до 2050 года утверждена в 2021 году. Она декларирует, что к 2050 году нетто-выбросы ПГ («чистый» объем – за вычетом поглощенных газов) должны сократиться в 2,5 раза по сравнению с данными 2019 года. В результате полной реализации стратегии Россия выйдет на оптимальные показатели углеродной нейтральности.

Видео по теме

Предлагаем вашему вниманию видео, в котором речь пойдет об источниках загрязнения атмосферы, агроэкологических проблемах, их последствиях и путях решения:

Заключение

Период развития промышленности стал новой ступенью отношений человека и природы. Основные экологические проблемы современности связаны с загрязнением среды, изменением климата, истощением природных ресурсов.

Загрязнение атмосферного воздуха приводит к усилению парникового эффекта, озоновым дырам, кислотным дождям. Растаявшие ледники, засухи, наводнения, исчезновение отдельных видов флоры и фауны – далеко не весь список негативных последствий загрязнения воздуха.

Защита атмосферы от загрязнений должна проводиться в планетарных масштабах, поскольку воздух не знает границ и находится в вечном движении.