Причины загрязнения атмосферы: классификация основных факторов и их описание

Причин возникновения загрязнения атмосферы множество — от извержения вулканов и пожаров на торфяниках до выбросов из труб металлургических и химических производств.

Загрязнение воздуха опасно для здоровья человека, приводит к развитию заболеваний и преждевременной смерти.

Вредные примеси губят плодородные почвы, снижают урожай продовольственных культур, приводят людей к бедности и голоду.

Глобальный ущерб от загрязненности воздушной среды неизмерим, изменение климата, разрушение озонового слоя, деградация среды обитания способны подвести человечество к последней черте.

В данной статье мы назовем главные причины загрязнения атмосферы, охарактеризуем его последствия и попробуем найти пути решения данной проблемы.

Возникновение загрязнения

Атмосфера – газовая оболочка Земли, удерживаемая гравитацией и граничащая с космическим пространством. Два основных компонента атмосферы – азот и кислород.

В составе также множество других газов:

• углекислый газ;
• аргон;
• неон;
• радон;
• гелий;
• водород;
• метан;
• озон,

а также пыль, капли воды, кристаллы льда и другие физические частицы.

Где заканчивается атмосфера? Международная авиационная федерация считает пограничной отметкой высоту в 100 км, выше этого предела самолеты не поднимаются.

Атмосфера регулирует тепловой режим Земли, определяет погоду и климат, является средой для распространения света и звука. Кроме того, воздух атмосферы – источник кислородного дыхания всех живых существ.

На изменение естественного состава атмосферного воздуха влияют природные факторы, деятельность промышленных объектов, выбросы транспортных средств, а также неблагоприятные метеорологические условия – природные процессы, которые стимулируют накопление загрязняющих примесей в воздушной среде.

Загрязнение воздуха наступает при распространении в нем нехарактерных физических, химических и биологических веществ, а также при изменении их естественной концентрации.

Это происходит в результате как природных процессов, так вследствие деятельности человека. Причем роль человека становится все более и более весомой.

Загрязнение атмосферы чаще происходит локально, но погодные условия могут измениться – и воздушные массы перемещаются на тысячи километров, пересекая государства и континенты. Поэтому никто из жителей Земли не застрахован от загрязнения воздуха – как природного, так и техногенного.

Исходя из природы явления, различают:

• физическое;
• химическое;
• биологическое загрязнение атмосферы.

О физическом загрязнении свидетельствует присутствие в воздухе пыли или радионуклидов. К данному типу загрязнения относят и последствия тепловых, шумовых и электромагнитных выбросов.

При химическом загрязнении в воздухе фиксируется повышенное содержание:

• оксидов азота и углерода;
• углеводородов;
• соединений тяжелых металлов;
• диоксида серы;
• аммиака;
• альдегидов.

Биологическое загрязнение воздуха характеризуется присутствием продуктов жизнедеятельности различных организмов, вирусов и бактерий, спор грибов.

Выбросы загрязнителей подчиняются физическим законам турбулентности и зависят от определенных условий:

• состояния атмосферы на текущий момент;
• географических характеристик местности;
• физико-химических свойств поступившей в воздух загрязняющей смеси;
• высоты источника выброса.

Состояние атмосферы характеризует концентрация вредных веществ и ее соотношение с допустимыми концентрациями и установленными нормативами.

Загрязняющие примеси опасны для людей, животного и растительного мира. Они вредят почвам, водоемам, зданиям и историческим памятникам, приводят к коррозии металлических конструкций, способствуют появлению кислотных дождей, смога, озоновых дыр и изменению климата.

Источники загрязнения атмосферы принято делить на два вида:

• естественные (их число невелико, а влияние на воздух планеты в целом незначительно);
• антропогенные (многочисленные и крайне опасные для атмосферы).

Антропогенное

Промышленность

В большинстве стран основным источником загрязнения воздуха является производство электроэнергии и транспорт.

В России наибольший вклад, наряду с эксплуатацией ТЭС и выбросами автомобилей, вносят:

• металлургические заводы;
• химическая промышленность;
• горнодобывающая отрасль.

Выделяют следующие причины промышленного загрязнения:

1. Устаревшие технологии. Большинство отраслей по-прежнему применяют старые технологические схемы, не отвечающие современным экологическим требованиям и справочникам НДТ (наилучших доступных технологий). Чтобы избежать высоких затрат и расходов для проведения модернизации, многие компании предпочитают полагаться на традиционные методы работы и малоэффективные способы очистки выбросов.
2. Расширение малого бизнеса. Появление множества мелких предприятий и производств, которым не хватает капитала и которые рассчитывают на государственные субсидии, нередко пренебрегают экологическими нормами, выбрасывая в атмосферу тонны токсичных газов, жидких отходов и загрязняющих частиц.
3. Неправильное обращение с отходами. Загрязнение воздуха часто вызвано неэффективным удалением отходов, их сжиганием, проливами отработанных нефтепродуктов, формированием несанкционированных свалок.
4. Добыча и использование природных ресурсов. Для получения сырья для производства энергии и продукции производится добыча угля, нефти, природного газа, камня и других полезных ископаемых. Процессы сопровождаются поступлением в воздух больших объемов пыли и метана. Утечки с морских судов и резервуаров вызывают разливы нефти, в результате которых углеводороды поступают с поверхности нефтяного пятна в атмосферу.
5. Использование химических растворителей и красителей в текстильной и кожевенной промышленности.
6. Неправильное хранение и утилизация радиоактивных отходов и материалов.
7. Изношенность оборудования, которая приводит к залповым и аварийным выбросам загрязнений.

Высокие концентрации нетипичных для атмосферы компонентов (особенно диоксида серы) приводят к закислению атмосферных осадков. Зоны повышенной кислотности воздушных масс в основном фиксируются в промышленных регионах с развитой цветной металлургией.

Опасность химических и биохимических производств заключается в потенциальной возможности аварийных выбросов в атмосферу чрезвычайно токсичных веществ, а также микробов и вирусов, которые могут вызвать эпидемии среди населения и животных. Промышленные химические вещества способствуют разрушению озонового слоя.

К озоноразрушающим веществам относятся:

• галогенуглеродные хладагенты;
• растворители;
• пропелленты и пенообразователи.

Из-за их присутствия в атмосфере появляются озоновые дыры, которые пропускают жесткий ультрафиолетовый спектр солнечной радиации.

Страдает не только климат Земли, но и здоровье людей — уменьшение концентрации стратосферного озона оборачивается серьезными проблемами. Агрессивное излучение Солнца приводит к ожогам и раку кожи, а глобальное повышение температуры воздуха – к возросшему показателю по сердечно-сосудистым заболеваниям.

Отмечается снижение иммунитета. Организму все труднее противостоять туберкулезу, грибковым инфекциям.

Появляются проблемы с органами зрения, развиваются:

• катаракта;
• меланома глаза;
• дистрофия роговицы;
• отслоение сетчатки.

Изменившийся от загрязнения атмосферы и глобального потепления климат способен привести к утрате плодородных земель, сокращению количества продовольствия и неизбежному голоду.

К ощутимому снижению промышленного загрязнения могут привести стимулирующие меры по:

• увеличению капиталовложений в использование возобновляемых источников энергии и внедрение экологичных производственных процессов;
• использованию эффективных способов очистки выбросов;
• повышению энергоэффективности процессов;
• улавливанию метана в ходе добычи нефти и газа;
• отказу от применения фреонов и разработке озонобезопасных технологий в холодильной промышленности.

Чтобы сократить масштабы промышленного загрязнения атмосферы, предприятия должны:

• эксплуатировать объекты только при исправном состоянии пылеулавливающего оборудования и установок очистки газов;
• рационально использовать сырье;
• соблюдать установленные нормативы допустимых выбросов;
• контролировать состав выбросов и состояние воздуха окружающей природной среды;
• проводить экологическую подготовку работников.

Правильный выбор расположения производственных площадок с учетом розы ветров, особенностей климата и возможных неблагоприятных метеорологических условий, также способен уменьшить вредные последствия производственных процессов, сопровождающихся выделением загрязняющих веществ.

Озеленение в границах санитарно-защитных зон позволит насытить воздух кислородом. Кроме того, деревья действуют как буфер, защищая окружающую среду от агрессивного загрязнения заводов и фабрик.

Транспорт

Все транспортные единицы выбрасывают в воздух канцерогены и токсичные вещества. Состав выхлопных газов зависит от типа двигателя (бензиновый или дизельный), но основной набор компонентов один и тот же.

При сгорании автомобильного топлива в воздух поступает ядовитый коктейль из:

• оксидов углерода;
• азота и серы;
• частиц сажи;
• мелкодисперсной пыли;
• углеводородов;
• альдегидов.

Масса вредных выбросов зависит от плотности транспортного потока и объема газов, выбрасываемых каждым автомобилем.

По данным исследований ежегодно один легковой автомобиль поглощает более 4 т кислорода, выделяя с отработавшими газами по разным данным от 200 до 1000 кг загрязнителей.

Учитывая, что по дорогам мира перемещается более 1,5 млрд транспортных средств, включая все виды легковых и коммерческих автомобилей, степень возможных последствий впечатляет.

На транспортный сектор приходится около 25 % мировых выбросов окиси углерода, и эта доля постоянно увеличивается вместе с постоянно растущим числом автомобилей на душу населения.

Выбросы от автомобильных двигателей ВОЗ связывает почти с 400 тысячами случаев преждевременной смерти. У населения, проживающего в непосредственной близости от автомагистралей, чаще (на 12 %) диагностируется деменция.

Сажа и бензапирен – канцерогены, провоцирующие развитие опухолей. Углеводороды окисляются под солнечными лучами и образуют токсичные соединения с резким запахом, которые опасны для верхних дыхательных путей.

Высокие концентрации отравляющего угарного газа вызывают:

• головокружение;
• головную боль;
• тошноту;
• приводят к обморокам,

а продолжительный контакт – к смерти.

При постоянном воздействии выхлопных газов развиваются:

• иммунодефицит;
• бронхиты;
• заболевания сосудов головного мозга;
• нервной системы.

Большинство токсичных компонентов выхлопов взаимодействуют между собой, вступают в химические реакции с другими составляющими атмосферы, образуя еще более вредные соединения и смог.

Изменяется и состав атмосферных осадков, что является основной причиной кислотных дождей, темного снега, цветных туманов. Осадки частично очищают воздух от примесей, но загрязнители через почву распространяются дальше — попадают в корм животных, в сельскохозяйственные культуры.

Основные меры по снижению вредного воздействия автомобильного транспорта на атмосферу:

• соблюдение норм токсичности отработанных газов;
• перевод автомобилей на альтернативное топливо;
• доработка конструкций существующих двигателей;
• улучшение качества дорожных покрытий.

Присадки к топливу способны изменить течение реакций окисления углеводородов.

В результате образуется меньше токсичных компонентов:

• оксида углерода;
• углеводородов;
• альдегидов;
• сажи.

Чтобы бороться с загрязненностью воздуха от автомобильных выбросов, будут эффективны экономические стимулы для эксплуатации транспорта более высокого экологического класса (установление зависимости величины транспортного налога от экологического класса автомобиля, платный доступ в определенные зоны транспортных средств низких экологических классов).

Градостроительные мероприятия снижают концентрации выхлопных газов на пути их распространения в зонах пребывания человека.

К таким мерам относятся:

• организация проездов вне жилых территорий;
• развитие сети объездных дорог;
• строительство подземных пешеходных переходов;
• организация пересечений улиц в разных уровнях;
• озеленение автомагистралей;
• размещение застройки по принципу зонирования: на первой линии – малоэтажные дома, на второй – здания повышенной этажности, и в глубине застройки – детские и лечебно-оздоровительные учреждения.

Расширение перевозок пассажиров на электрическом наземном и подземном транспорте избавит население не только от вдыхания вредных выбросов, но и от лишнего шума и выхлопных газов. К экологически чистым видам транспорта, например, относится струнный транспорт по технологии SkyWay.

Это монорельс на специальных эстакадах, по которым курсируют вагончики ­– «юникары». Работает от электричества, развивает скорость до 100 км/ч.

Бытовое загрязнение

Основной вклад в бытовое загрязнение воздуха вносят частные домохозяйства, сжигая внутри помещений на открытом огне уголь, дрова, растительные отходы для приготовления пищи и отопления.

В отдельных регионах России печное отопление – наиболее доступный вид отопления, а дрова – возобновляемый и часто бесплатный энергетический ресурс (при самостоятельной заготовке).

В результате использования биомассы в качестве топлива в воздух поступают продукты горения:

1. Твердые частицы размером 2,5 мкм и менее (PM2,5). Воздействие взвешенных примесей считается основной причиной преждевременной смертности людей от неблагоприятной среды обитания. Частицы оказывают негативное воздействие путем прямого токсического действия на клетки в результате окислительного стресса, сбоя обновления поврежденных клеток и токсического воздействия на генетический материал. Вдыхание загрязнений увеличивает риск онкологических заболеваний.
2. Угольные частицы. Компоненты PM2,5, состоящие из черного угля. Опасны для человека за счет адсорбции и переноса активных канцерогенов – газообразных полициклических ароматических углеводородов (ПАУ).
3. Фракции недоокисленного органического углерода. Примеси вступают в атмосфере в отсроченные химические реакции.
4. Соли: сульфат и хлорид калия, карбонат цинка.
5. Газообразные примеси (угарный газ, ПАУ, оксиды серы и азота, летучие органические соединения, бензол и бутадиен, фенолы, органические кислоты).

Самым выраженным канцерогенным действием обладают PM2,5 и ПАУ. Крайне опасно для жизни человека сочетание в воздухе продуктов горения и радиоактивных почвенных газов (радона).

В зоне риска малоэтажные дома в радоноопасных регионах, если защита дома от радона отсутствует. В этом случае в легкие поступают не только взвешенные частицы, но и повреждающие клетки радиоактивные изотопы полония-214 и полония-218. Запыленность воздуха и высокие концентрации радона увеличивают риск рака и преждевременной смерти.

По оценке ВОЗ использование твердого топлива в домашних хозяйствах становится причиной более 1,6 миллиона ежегодных смертей и 2,7 % тяжелого течения заболеваний. По оценкам организации 3,2 млн смертей в 2020 году, в том числе почти 240 тыс. смертей детей в возрасте до 5 лет, наступили в результате загрязнения воздуха.

Исследования показали, что этот фактор риска является вторым по значимости экологическим фактором, влияющим на здоровье, после загрязненной воды и антисанитарных условий жизни.

ВОЗ включила продукты горения твердого органического топлива, попадающие во внутреннюю атмосферу дома в ТОП-10 главных рисков дыхательных проблем – воспалительных заболеваний легких, ХОБЛ, рака легких.

Даже кратковременное воздействие твердых взвешенных частиц приводит не только к ухудшению работы легких, но и к:

• ухудшению работы сердца;
• увеличению свертываемости крови;
• увеличению жесткости артерий;
• развитию системного воспаления сосудистых стенок.

Бытовое загрязнение способствует изменению климата. Домашние печи – источник поступления парниковых газов в атмосферу. От одной дровяной печки устаревшей конструкции в воздух поступает не меньше твердых частиц, чем от множества одновременно работающих старых дизельных двигателей.

Около 30 % антропогенных выбросов черного углерода поступают в воздух в результате неполного сгорания в домашних печах. Мелкие частицы сажи «висят» в воздухе, приводя к чрезмерному нагреву атмосферы, оседают в зоне ледников, способствуя их таянию.

Отказ от использования угля при отоплении зданий поможет большинству загрязненных регионов дышать свободнее. Например, планируется перевод котельных частного сектора и объектов ЖКХ на использование брикетов, разрабатываются технологии утилизации отходов переработки древесины через производство пеллетов или брикетов.

В отдельных регионах проводится модернизация ТЭЦ, что позволит закрыть часть котельных и снизить объем вредных выбросов в атмосферу.

Сельское хозяйство

На сельское хозяйство и землепользование в целом приходится четверть выбросов парниковых газов во всем мире.

В этой сфере выделяют 2 основных источника загрязнения воздуха:

1. Содержание домашнего скота.
2. Сжигание сельскохозяйственных отходов.

Несмотря на то, что метан – естественный ингредиент земной атмосферы, в наши дни его высокая концентрация – следствие вмешательства человека. Газ является продуктом пищеварения домашнего скота – коров, свиней и овец. В США кишечная ферментация животных «виновата» в более, чем 25 % общих выбросов метана.

Высокие концентрации метана способствуют образованию приземного озона – вещества, вызывающего многие респираторные заболевания, в том числе астму. CH₄ провоцирует процессы, приводящие планету к глобальному потеплению. По последним данным, парниковый газ метан по воздействию на изменение климата почти опережает углекислый газ.

Опасность со стороны метана обусловлена свойствами его молекулы — эффективностью улавливания тепла и продолжительностью пребывания в атмосфере. Углекислый газ и метан удерживают тепло, не отдавая его в космическое пространство, делая земной шар обитаемым. Но, как выяснилось, метан делает это эффективнее.

До того как люди начали производить большие объемы метана и углекислого газа, эти газы возникали естественным путем (от вулканов и болот), поднимались в атмосферу, поглощали излучение и, окисляясь, разлагались и рассеивались.

Атмосфера до наступления технического прогресса была сбалансированной и окутывала Землю как одеялом, поддерживая на планете в целом умеренный климат. Но деятельность человека сделало это «одеяло» слишком толстым, а метан признали «виновным» в глобальном потеплении.

В фермерских хозяйствах объемы метана в животноводстве можно снижать за счет использования более усвояемых кормов, улучшения условий выпаса скота, рациональной утилизации навоза.

Утилизация отходов

Открытое сжигание бытовых и сельскохозяйственных отходов практикуется в большинстве стран мира.

Горение отходов, в том числе органического происхождения, на полигонах и несанкционированных свалках приводит к поступлению в атмосферу опасных веществ:

• диоксинов;
• фуранов (представителей большой группы органических соединений);
• метана;
• сажистого углерода (аморфного углерода, который образуется при неполном сгорании или термическом разложении углеводородов в неконтролируемых условиях).

К сокращению массы отходов, которые направляются на сжигание или захоронение, приведет совершенствование методов сортировки и удаления твердого мусора, отделение из общей массы органических отходов. Переработанная в биотопливо или компост органика – альтернативный источник энергии, вариант для повышения плодородия почв.

Природное

Не все виды загрязнения атмосферы имеют антропогенное происхождение.

На состав атмосферного воздуха также влияют:

• пожары в лесах, степях и на торфяниках;
• извержения вулканов;
• песчаные и пыльные бури;
• пыль космического происхождения;
• частицы морской соли;
• микробы и бактерии.

Уровень естественного загрязнения рассматривается как фоновый, который мало изменяется со временем. Одни из основных природных процессов загрязнения приземной атмосферы – пыльные бури, вулканическая и флюидная (газовая) активность Земли.

В результате пыльных бурь тонкодисперсные частицы перемещаются на тысячи километров, перенося на своей поверхности патогены и вредные вещества, вызывающие острые и хронические респираторные заболевания.

Крупные извержения вулканов приводят к глобальному и долговременному загрязнению. В высокие слои атмосферы за короткий период выбрасываются огромные объемы газов, которые подхватываются высокоскоростными воздушными потоками и быстро разносятся по всему земному шару.

Продолжительность загрязненного состояния атмосферного воздуха после серьезных извержений достигает нескольких лет.

Газовое дыхание Земли – мощный и постоянно действующий природный фактор глобального комплексного воздействия не только на атмосферу, но и на:

• литосферу;
• гидросферу;
• биосферу.

Загрязнение происходит при поступлении к земной поверхности из флюидоносного жидкого ядра Земли поликомпонентных газонасыщенных флюидных потоков. Газовые массы характеризуются высокими показателями температуры и давления.

В результате флюидной активности в снеговой воде обнаруживаются аномальные количества:

• сурьмы;
• фтора;
• ртути;
• кадмия;
• лития;
• мышьяка.

Химическая агрессивность глубинных газов приводит к гибели лесов – из-за участия этих газов в фотосинтезе и из-за кислотных дождей.

Классификация в виде таблицы

В таблице ниже мы привели классификацию причин загрязнения атмосферы и кратко перечислили главные факторы:

Назовем основные причины

Главный и постоянный природный загрязнитель атмосферы – ветровая эрозия почв. Пылевые массы в основном образуются в засушливых районах – степях и пустынях. Следующими по значимости среди естественных источников считают извержения вулканов и газовое дыхание Земли.

Техногенное загрязнение формируется, в первую очередь, выбросами из труб металлургических заводов и объектов теплоэнергетики, выхлопными газами автомобилей (особенно в крупных городах).

Мощным и необычайно опасным фактором загрязнения атмосферы являются катастрофы на АЭС, испытания ядерного оружия (экспериментальные взрывы атомных и водородных бомб). Это связано с моментальным распространением радионуклидов на тысячи километров, а также с долговременным характером загрязнения территории.

Наиболее опасное загрязнение атмосферы – радиоактивное. Оно угрожает здоровью и жизни людей и животных не только ныне живущих поколений, но и их потомков – из-за генетических поломок и многочисленных мутаций.

Интересное видео

В данном видео ролике речь пойдет о загрязнении атмосферы в больших городах, его причинах и последствиях:

Заключение

Состав атмосферы непостоянен – она подвержена загрязнению антропогенными и природными источниками.

Причинами загрязнения воздуха являются:

• особенности технологических циклов;
• выхлопные газы автотранспорта;
• процессы сжигания топлива и отходов;
• аварийные выбросы;
• извержения вулканов;
• лесные пожары и даже жизнедеятельность крупного рогатого скота.

Негативное воздействие примесей наносит вред здоровью людей и животных, приводит к глобальному изменению климата и его неизбежным последствиям. Загрязнение атмосферного воздуха – проблема для всего человечества в целом. Ее решение требует согласованных действий на уровнях правительств, международных организаций, предприятий и граждан.

Промышленные объекты могут внедрять новые технологии, не допускать потерь ресурсов при добыче, использовании и транспортировке, контролировать состав выбросов, не допускать превышения установленных нормативов.

К ощутимому снижению загрязнения атмосферы приведет эксплуатация эффективных очистных сооружений (установка новых систем и модернизация устаревших), замена изношенного оборудования.

Позволят сократить долю выбросов от автомобильного транспорта:

• переход на экологичные виды транспорта и альтернативное топливо;
• внедрение рациональной коммерческой логистики и надежных систем общественного транспорта;
• правильная организация транспортных потоков в больших городах, а также активное озеленение территорий.