Промышленное загрязнение атмосферы: основные источники и способы борьбы

Хозяйственная деятельность человека за последнее столетие привела к серьезному загрязнению экосферы.

Атмосферный воздух над промышленными зонами и в мегаполисах часто содержит опасные для всего живого химические примеси, концентрация которых превышает установленные нормы.

Загрязняющие вещества из труб предприятий и выхлопных газов автомобилей попадают в атмосферу, разносятся потоками ветра на сотни километров и выпадают на поверхность Земли с кислотными дождями, не дают дышать из-за плотного смога, разрушают защищающий планету от солнечной радиации озоновый слой.

И вот уже не столь призрачны опасения ученых о непредсказуемости количества осадков, их перераспределении между летом и зимой, повышении уровня Мирового океана в результате таяния полярных льдов и перспективе превращения плодородных земель в засушливые пустыни.

Что мы должны предпринять, чтобы не оказались пророческими слова Жана Батиста Ламарка: «Можно, пожалуй, сказать, что назначение человека заключается в том, чтобы уничтожить свой род, предварительно сделав земной шар непригодным для обитания»?

Рассмотрим причины и источники промышленного загрязнения атмосферы и основные средства борьбы ним.

Какое загрязнение называется промышленным?

Загрязнение атмосферы – изменение ее качественного и количественного состава при поступлении примесей природного или антропогенного происхождения. Загрязняющие вещества (ЗВ) в концентрациях выше нормативных значений ухудшают здоровье человека и животных, наносят ущерб всем компонентам природной среды и материальным объектам.

Промышленное загрязнение окружающей среды – антропогенное (техногенное) загрязнение, вызванное деятельностью производственных объектов.

В начале прошлого века в промышленности использовалось всего 19 химических элементов, а в конце применение нашли все элементы таблицы Менделеева.

Это значительно «обогатило» состав выбросов, сказалось на качественном загрязнении воздуха:

• аэрозолями тяжелых и редких металлов;
• синтетическими соединениями;
• радиоактивными;
• канцерогенными и бактериологическими веществами.

На уровень загрязнения атмосферы влияет вся промышленность в целом, но особенно:

• черная и цветная металлургия;
• топливно-энергетический комплекс;
• производство стройматериалов;
• химия и нефтехимия;
• транспорт.

Условно промышленные объекты можно разделить на 3 группы по потенциальной возможности загрязнения воздушного бассейна:

1. Предприятия с преобладанием химических процессов. Отличаются разнообразием токсичных газовых выбросов.
2. Предприятия с преобладанием механических (машиностроительных) процессов: кузнечно-прессовые установки, цехи термической и механической обработки металлов, участки гальванических покрытий, литейное производство.
3. Предприятия по добыче и химической переработке сырья: нефтегазовые и горнодобывающие объекты, металлургическое производство, теплоэнергетика.

К комбинированной группе предприятий относятся объекты коммунально-городского хозяйства. Современные города выбрасывают в атмосферу более 1000 химических соединений.

В технологических процессах переработки сырья и полуфабрикатов путем механического, термического и химического воздействия образуются отходящие газы, в которых содержатся взвешенные частицы со свойствами твердых отходов.

Газы (в том числе воздух), содержащие эти примеси, относятся к аэродисперсным системам.

Взвешенные частицы полидисперсны и имеют различное агрегатное состояние:

• газообразное;
• жидкое;
• твердое.

Пыль в газах, отходящих от определенных видов технологического оборудования, является следствием несовершенства механизмов и технологических процессов.

Примеры подобных устройств:

• мельницы;
• сушилки для сырья и цемента;
• смесители;
• грануляторы;
• печи обжига;
• аспирационный воздух транспортных средств.

В дымовых, доменных, коксовых газах содержится пыль – продукт горения топлива. В результате неполного сгорания органики при недостатке воздуха образуется и уносится сажа. Если в газах присутствуют парообразные загрязнители, при охлаждении пары конденсируются и переходят в жидкое или твердое состояние.

Образуются путем конденсации:

• туман серной кислоты в отходящих газах установок по выпариванию;
• туман смол в генераторных газах;
• пыль цветных металлов (цинка, олова, свинца) с низкой температурой испарения в газах и другие загрязнители воздушной среды.

ЗВ бывают:

• первичные – вещества, поступающие непосредственно в атмосферный воздух.
• вторичные – продукт трансформации первичных ЗВ.

Между ЗВ и составляющими атмосферного воздуха происходит химический, физико-химический, фотохимический контакт, после чего образуются новые загрязняющие соединения.

Например, сернистый газ окисляется в воздухе до серного ангидрида, который в союзе с парообразной H₂O образует серную кислоту. А если серному ангидриду приходится вступить в реакцию с аммиаком, образуется кристаллический сульфат аммония.

Загрязнение атмосферы разделяют на:

• механическое;
• химическое;
• биологическое.

Механическое

Происходит, когда в воздух поступают взвешенные вещества. Присутствующие в газовой смеси механические включения > 1 мкм образуют пыль, включения < 1 мкм – дым.

Главные «поставщики» механических примесей:

• ТЭС и котельные;
• транспорт;
• промышленные предприятия.

Энергоустановки выбрасывают в атмосферу дым и пыль при сжигании топлива – угля и мазута. Значительный вклад вносят металлургические заводы, а также обрабатывающие производства, на которых разрушается твердое сырье (машиностроение, выпуск цемента, бетонных смесей).

Транспортные средства являются источником дыма из-за сжигания в двигателях бензина, керосина, дизельного топлива, а также за счет разрушения дорожных покрытий и автопокрышек.

Промышленные пыли с учетом особенностей их образования и свойств подразделяются на 4 категории:

1. Механическая пыль. Продукт измельчения (дробления) сырья.
2. Возгоны. Оксиды легко возгоняемых металлов, которые образуются при высоких температурах в результате конденсации паров веществ при охлаждении газа.
3. Летучая зола. Фракции несгораемых минеральных примесей топлива.
4. Сажа. Образуется при неполном сгорании или термическом разложении углеводородов, представляет собой твердый высокодисперсный углерод.

От запыленности или задымления воздух становится непрозрачным, снижается уровень естественного освещения, от конденсации паров воды на взвешенных частицах появляется туман. Пыль закрывает поры растений. В результате затрудняется образование хлорофилла, нарушается газовый атмосферный баланс, когда концентрация кислорода падает, а концентрация углекислого газа возрастает.

Взвешенные частицы часто содержат токсичные компоненты, аллергены, канцерогены и раздражающие вещества, опасные для живых организмов.

Кроме того, загрязнение воздуха механическими частицами неблагоприятно с точки зрения эстетики и гигиены (загрязняются автомобили, стекла окон, мебель – все поверхности).

Общее загрязнение атмосферы и воздуха внутри жилых помещений мелкодисперсными примесями ежегодно становится причиной преждевременной смерти от сердечно-сосудистых, респираторных и онкологических заболеваний почти 7 миллионов человек.

Химическое

Происходит при поступлении в воздух химических веществ в составе газов, паров, твердых аэрозолей. Число химических загрязнителей составляет несколько сотен.

В выбросах промышленных объектов чаще присутствуют соединения:

• серы;
• азота;
• углерода.

Источники загрязнения воздуха производными серы:

• ТЭС, котельные;
• предприятия цветной и черной металлургии;
• химические и текстильные производства;
• объекты нефтепереработки.

Оксиды азота преимущественно поступают с выбросами:

• химической промышленности;
• металлургии;
• предприятий по производству минеральных удобрений;
• транспорта.

Неорганические соединения углерода в загрязненной воздушной среде в основном представлены оксидом углерода – продуктом неполного сгорания топлива.

Органические соединения углерода:

• парафины;
• олефины;
• этилен;
• бензол;
• бензапирен.

От металлургических заводов и ТЭС в воздух выбрасываются соединения тяжелых металлов:

• ртути;
• свинца;
• цинка;
• хрома.

Химические загрязнители атмосферы:

1. Токсичны для людей и животных.
2. Губительны для растений, нарушают газовое равновесие атмосферного воздуха.
3. Разрушают озоновый слой Земли, снижая защитную функцию атмосферы.
4. Осаждаясь или выпадая с дождем и снегом на поверхность почвы или природных водоемов, нарушают процессы их самоочищения.

Кроме того, некоторые химические вещества относятся к парниковым газам, задерживающим тепловое излучение планеты и влияющим на климат.

Это:

• углекислый газ;
• оксид азота;
• метан;
• аммиак.

Биологическое (биохимическое)

Загрязнение воздушного бассейна продуктами жизнедеятельности животных фиксируется над территориями:

• животноводческих комплексов;
• предприятий мясомолочной промышленности;
• птицефабрик.

Основные источники

Наиболее ощутимый вклад в уровень антропогенного загрязнения атмосферы вносят:

• металлургические заводы;
• обогатительные фабрики;
• добыча и переработка нефти;
• химическая и нефтехимическая промышленность;
• целлюлозно-бумажные фабрики;
• объекты энергетики (ТЭС, работающие на угле высокой зольности, котельные);
• стройиндустрия.

Долевое участие различных отраслей хозяйства в загрязнении атмосферы в России распределяется следующим образом:

• выбросы металлургии – 35 %;
• теплоэнергетики – 27 %;
• нефтедобычи и нефтехимии – около 15 %;
• производства строительных материалов – 7-8 %.

Значительная часть промышленных загрязнений образуется при переработке и сжигании угля. Так, при коксовании тонны угля образуется до 300 м³ коксового газа. В атмосферу поступает около 6 % неочищенных выбросов.

На долю отдельных веществ от общего количества приходится:

• водорода и метана – 70-90 %;
• окиси углерода – около 4-5 %;
• углеводородов – до 3 %;
• чистого азота и его соединений – 5-10 %.

В выбросах металлургических заводов содержатся:

• пыль;
• оксид углерода;
• диоксид серы;
• оксиды азота;
• сероводород;
• фенол;
• бенз(a)пирен.

Каждая выплавленная тонна чугуна сопровождается выбросом пыли (до 4,5 кг), сернистого газа (2,5-2,7 кг).

Вместе с газом в воздух от мартеновских цехов поступают производные:

• фосфора;
• сурьмы;
• свинца;
• мышьяка,

а также пары ртути и цианистый водород.

Учитывая масштаб выплавки чугуна по стране, степень загрязнения атмосферы металлургическими заводами очень велика.

Много вредных веществ образуется при сжигании топлива. Только ТЭС выбрасывают почти 50 % от общего объема сернистых соединений, поступающих в воздух.

Кроме того, при сжигании твердого топлива в воздух поступают значительные объемы золы и сажи (несгоревших частиц), оксида углерода, оксида азота.

В меньших количествах при сжигании твердых и жидких видов топлива выделяются:

• хлористые натрий и магний;
• оксиды железа;
• ванадий;
• оксиды никеля и кальция;
• ртуть.

При сжигании газообразного топлива преимущественно выделяются оксиды азота. При неполном сгорании газа образуются углеводороды, большинство из которых относится к канцерогенам. При сжигании нефтепродуктов на нефтеперерабатывающих и нефтехимических объектах образуется органическая пыль, включающая углеводороды и соли кислот.

Химическая промышленность выделяет в атмосферу самые разнообразные вредные вещества, преимущественно в составе газов. Большинство химических загрязнителей относятся к токсичным.

Взрывные работы на карьерах являются крупными источниками пыли и ядовитых газов, пылегазовое облако рассеивает более 200 т пыли в радиусе до 4 км от эпицентра взрыва. Выветривание из отвалов горных пород приводит к значительному повышению концентраций оксидов серы и углерода над территорией в несколько километров.

Выбросы текстильных производств содержат:

• оксид углерода;
• сульфиды;
• нитрозамины;
• кислоты;
• смолы;
• сажу.

Обувные фабрики выделяют:

• аммиак;
• этилацетат;
• сероводород;
• кожевенную пыль.

При изготовлении строительных материалов и конструкций в воздух выбрасывается от 140 до 200 кг пыли на 1 т полученных строительного гипса и извести соответственно, а газы содержат оксиды:

• углерода;
• серы;
• азота;
• углеводороды.

Российские объекты по производству стройматериалов выбрасывают ежегодно почти 40 млн т пыли, 60 % которых составляет цементная пыль.

Загрязняющие вещества

Угарный газ

Монооксид или окись углерода образуется в результате неполного сгорания ископаемого топлива (угля, газа, нефти) в условиях низких температур и дефицита кислорода. Это чрезвычайно опасный продукт, бесцветный газ без вкуса и запаха.

Окись углерода при вдыхании образует прочные соединения с гемоглобином, блокирует поступление кислорода в кровь.

Для человека является опасным ядом, поэтому эффективная вентиляция в гаражах и подземных паркингах имеет важное значение для жизни их пользователей.

При его содержании:

• от 0,4 % ухудшается зрение;
• при 2-5 % нарушаются психомоторные функции;
• при 5-10 % отмечаются сбои в работе сердца и легких.

При более высоких концентрациях появляются:

• головная боль;
• спазмы;
• паралич легких;
• смерть.

Двуокись углерода (углекислый газ)

Продукт окисления углерода. Для человека углекислый газ безвреден, но не является таковым для природы. Это один из парниковых газов, отвечающих за приближение глобального потепления.

Диоксид серы (сернистый ангидрид)

Это продукт сгорания серосодержащего топлива, а также результат переработки сернистых руд. Вещество относится к классическим атмосферным загрязнителям, образующимся при горении, является одним из самых главных «ингредиентов» смога.

Наибольшее количество диоксида серы содержится в выбросах агломерационных фабрик, ТЭС и металлургических заводов, часть соединений серы выделяется при горении органики в горнорудных отвалах.

В атмосфере диоксид серы:

• образует серную кислоту, сульфиты и сульфаты;
• участвует в формировании кислотных дождей;
• является одним из «катализаторов» смога.

Действует в первую очередь на слизистую глаз.

Продолжительное воздействие диоксида серы приводит к:

• стесненному дыханию;
• воспалению или отеку легких;
• нарушениям сердечной деятельности и кровообращения;
• остановке дыхания.

Что касается окружающей среды, вещество способно повреждать растения и вызывать окисление почв.

Оксиды азота (оксид и диоксид азота)

Сопровождают все высокотемпературные процессы. Чем при большей температуре происходит горение, тем интенсивнее создаются соединения азота.

Источниками выделения окислов азота также являются предприятия-производители:

• азотных удобрений
• азотной кислоты;
• красителей.

В присутствии диоксида азота происходит фотохимическое окисление непредельных углеводородов и образование ядовитых кислородсодержащих соединений – компонентов смога.

Оксиды азота и продукты их реакции с углеводородами вызывают:

• воспаление глаз;
• спазмы грудной клетки;
• сильный кашель;
• приступы астмы.

Озон

Один из самых токсичных загрязнителей атмосферы. Образуется в атмосфере при взаимодействии углеводородов с кислородом воздуха. В высоких концентрациях он даже более ядовит, чем угарный газ. Большая роль в загрязнении атмосферы принадлежит реактивным самолетам.

Углеводороды

Соединения углерода и водорода содержатся в частицах несгоревшего бензина, реагентах химчистки, промышленных растворителях. Полициклические ароматические углеводороды – сильные канцерогены.

Свинец

Металл используется для производства:

• кислотных аккумуляторов;
• красок;
• типографских сплавов;
• боеприпасов.

Главный источник загрязнения воздуха производными свинца – выхлопные газы транспортных средств, работающих на этилированном бензине.

В атмосферном воздухе свинец обычно присутствует в виде неорганических соединений, подвергается каталитическим и фотохимическим трансформациям, участвуя в формировании смога.

Концентрация свинца в крови возрастает пропорционально с увеличением его содержания в воздухе. Вещество приводит к снижению активности ферментов, участвующих в насыщении крови кислородом, и к неизбежному при этом нарушению обменных процессов.

Сероводород и сероуглерод

Вещества выделяются источниками предприятий по производству:

• искусственного волокна;
• сахара;
• коксохимических;
• нефтеперерабатывающих производств.

Фториды

Сюда относятся газообразный фтороводород или частицы фторида натрия, фторида кальция, которые поступают от предприятий по производству:

• алюминия;
• стекла;
• керамики;
• фосфорных удобрений.

Хлор

Соединения хлора поступают в воздух с выбросами от технологических процессов производства:

• пестицидов;
• органических красителей;
• гидролизного спирта;
• хлорной извести;
• соды;
• соляной кислоты.

Уровень токсичности зависит от вида и концентрации соединения.

К важным загрязнителям также относятся:

• производные тяжелых металлов;
• аммиак;
• альдегиды;
• полициклические ароматические углеводороды (ПАУ).

Масштабы загрязнения по основным типам промышленности

Чтобы установить экологическую опасность определенной промышленной сферы, оценивается доля этой отрасли в общем техногенном загрязнении атмосферы.

При классификации учитываются следующие факторы:

• разнообразие состава выбросов ЗВ;
• масса выброса по каждому компоненту выбрасываемой смеси;
• класс токсичности ЗВ;
• ПДК веществ в атмосферном воздухе;
• масштабность и мощность производственных процессов.

При расчетах учитываются коэффициенты токсичности ЗВ, так как при одинаковом количестве разные загрязнители дают разную нагрузку.

В результате отрасли промышленности по токсичности выбросов ЗВ можно сгруппировать так:

Преобладающие загрязнители в выбросах основных сфер промышленности:

В 2021 году российские предприятия и транспорт выбросили в атмосферу 22,3 млн т ЗВ. На каждого жителя России в среднем за год приходится 152,6 кг вредных примесей в воздухе. Больше всего загрязнений в пересчете на одного жителя в Ямало-Ненецком и Ненецком АО — 1800 кг и 1300 т соответственно.

Менее всего в:

• Дагестане (19,8 кг);
• Кабардино-Балкарии (29,6 кг);
• Севастополе (29,7 кг).

По абсолютным показателям выбросов ЗВ лидируют индустриализированные регионы:

• промышленно развитый Красноярский край (около 12 % всех выбросов по РФ);
• угледобывающая Кемеровская область (7,5 %);
• нефтегазовый Ханты-Мансийский АО (5,8 %).

В десятку российских территорий с самыми низкими выбросами вошли:

• Тыва;
• Севастополь;
• Республика Алтай;
• Калмыкия;
• Чукотский АО;
• Еврейская АО;
• Адыгея;
• Карачаево-Черкессия;
• Кабардино-Балкария;
• Ингушетия.

На каждый из регионов приходится не более 0,1 % от общей массы выбросов по стране. Вклад Москвы в 2021 году составил 387,7 тыс. т (16 место среди регионов), вклад Санкт-Петербурга – немногим более 200 тыс. т (33 место). В мегаполисах основную часть загрязнений генерирует транспорт — в Москве 84 %, в северной столице – 64 %.

Промышленно городское загрязнение

В крупных промышленных городах в приземном слое воздуха наблюдаются повышенные концентрации вредных примесей, вызванные выбросами предприятий, выхлопными газами автотранспорта, другими факторами.

В больших городах с высокой плотностью автомобилей и котельных, работающих на угле и продуктах нефтепереработки, при слабом движении воздуха образуется смог – ядовитая смесь дыма с туманом.

Смог содержит высокие, опасные для жизни людей концентрации:

• угарного газа;
• оксида серы;
• оксида азота,

а также их производных.

Пыль в воздухе промышленных зон в среднем содержит до 20 % оксида железа, 15% силикатов (кремниевых кислот), 5 % сажи, а также примеси тяжелых металлов.

Среди антропогенных загрязнений наиболее опасен для биосферы свинец, содержание которого в воздухе изменяется от 0,000001 мг/м³ для незаселенных мест до 0,001-0,03 мг/м3 над промышленно городскими территориями.

Важным компонентом общей загрязненности воздуха является содержание твердых мелкодисперсных частиц – PM10. По оценкам ВОЗ вдыхаемые микрочастицы становятся причиной смерти от рака легких, сердечно-сосудистых патологий, инфекционных заболеваний дыхательных путей.

Автомобильным, железнодорожным, водным и авиационным транспортом сжигаются значительные объемы различного топлива.

На долю выбросов всех транспортных средств приходится до 35-40 % от общей массы загрязнений воздушной среды, в том числе:

• выхлопные газы автотранспорта – 95 %;
• выбросы авиатехники и водных судов – по 2,5 %.

Авиационные двигатели выбрасывают в атмосферу:

• оксид углерода;
• оксиды азота;
• альдегиды;
• углеводороды;
• оксиды серы;
• сажу.

Главный загрязнитель воздуха в городской черте – автотранспорт (30-70 %). Выхлопные газы (продукт окисления и неполного сгорания углеводородного топлива) – основная причина превышения ПДК токсичных примесей и канцерогенов в воздухе крупных городов, образования смогов.

Состав выхлопных газов автомобилей:

Сернистые бензины вносят в состав газов оксиды серы, этилированные бензины – соединения свинца, брома, хлора. При работе дизельных двигателей выделяется много сажи. Само вещество не относится к токсичным, но на его частицах сорбируется множество других, более опасных примесей.

Выбросы от автомобилей особенно опасны, так как производятся в непосредственной близости к тротуарам – в зоне активного пешеходного движения.

В частности, в воздухе этих зон фиксируются повышенные концентрации бензапирена, диоксида азота, фенола и формальдегида. Бензапирен – сильный канцероген, встраивающийся в ДНК и вызывающий лейкозы, врожденные уродства.

В выбросах дизельного транспорта присутствуют диоксины. Для живых организмов они являются сильными ядами, которые подавляют иммунитет, вызывают рак, мутации потомства.

Масштабы загрязнения воздуха автомобильными газами увеличиваются с каждым годом. И в этом ученые видят причину возрастания показателей смертности от рака легких. Частота онкозаболеваний у городских жителей намного выше, чем у проживающих в сельской местности.

Продолжительный контакт со средой, отравленной выхлопными газами, способствует общему ослаблению организма – иммунодефициту. Вдыхание загрязненного воздуха приводит к возникновению целого «букета» различных нарушений.

Концентрация ЗВ в атмосфере колеблется в широком диапазоне, в промзонах и крупных городах с интенсивным автомобильным трафиком она в сотни раз выше, чем в сельской местности.

Кроме того, метеорологические условия в определенные периоды способствуют накоплению опасных примесей, поэтому концентрации загрязнений периодически могут резко возрастать.

Последствия

Большие концентрации техногенных загрязнителей воздуха опасны для людей, животных, птиц, растений – всей биосферы в целом. Загрязнение атмосферы является вторым по значению фактором риска развития неинфекционных заболеваний. Известны случаи массового отравления диких животных, птиц, насекомых при выбросах загрязнений высокой концентрации.

Загрязнение атмосферного воздуха приводит к:

• появлению парникового эффекта;
• нарушению озонового слоя;
• выпадению кислотных осадков;
• образованию смога.

Рассмотрим экологические проблемы как последствия загрязнения атмосферы более детально.

Смог

Это атмосферное явление, накопление в нижних слоях первичных техногенных загрязнителей и последующее вторичное загрязнение воздушных масс продуктами взаимодействия первичных ЗВ и радиации Солнца.

Смог формируется в безветренную погоду, при наличии значительных объемов ЗВ в атмосфере.

Обычно образуется в воздушном пространстве больших городов и даже отдельных регионов (с развитым авиасообщением и насыщенным автомобильным трафиком).

Различают 3 вида смогов:

1. Влажный смог. Смесь газообразных продуктов сгорания твердого и жидкого топлива, фракций сажи и пыли, тумана. Характерен для умеренных широт с влажным климатом, чаще наблюдается осенью и зимой при наступлении неблагоприятных погодных условий. Вызывает отек слизистых, удушье, приступы бронхиальной астмы и хронического бронхита. Рассеять смог могут только потоки ветра, а глобально улучшить ситуацию можно только профилактическими мерами – сокращением выбросов ЗВ.

2. Ледяной смог. Смесь загрязнителей в газообразном состоянии, частиц пыли и сажи, микроскопических кристаллов льда. Образуется в северных областях, во влажной среде и при температуре воздуха ниже -30^° С. Капли водяного пара превращаются в ледяные кристаллы льда (частицы 5-10 мкм) и поглощают загрязнители. В результате появляется густой белый туман, при котором трудно дышать. К высокой влажности атмосферного воздуха приводят аварии на теплотрассах, водные объекты, незамерзающие из-за сброса недостаточно охлажденных производственных стоков, которые постоянно парят при низкой температуре воздуха.

3. Фотохимический смог. Многокомпонентная смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. Образуется в результате фотохимических реакций в городах с сухим и жарким климатом, в безветренную погоду, при интенсивном воздействии УФ-излучения.

Первичными загрязнителями являются оксиды азота и углеводороды. При сочетании определенных факторов и погодных условий в атмосфере происходят сложные реакции с появлением новых (вторичных) загрязнителей – фотооксидантов.

При этом смоге появляется неприятный запах, резко ухудшается видимость. У людей воспаляются глаза, слизистые носа и горла, отмечаются симптомы удушья, обострение легочных заболеваний, в том числе бронхиальной астмы.

Поверхность листьев становится серебристой, бронзовой или пятнистой с белым налетом, затем растения быстро увядают.

Фотохимический смог вызывает коррозию металлов, разрушает лакокрасочные покрытия, резиновые и синтетических изделия, портит одежду, нарушает работу транспорта.

Разрушение озонового слоя

Озон (О₃) – модификация кислорода. Вещество образуется в атмосфере естественным путем при контакте атмосферного кислорода и солнечного ультрафиолета.

Самая высокая концентрация молекул озона находится в стратосфере на высоте более 20 км. Этот слой называется озоновым. Он препятствует прохождению жесткого УФ-излучения, опасного для всего живого на земном шаре. Эта естественная защита очень тонка, в тропиках толщина слоя составляет всего 2 мм, у полюсов она вдвое больше.

Концентрация озона в озоновом слое снижается в разное время года на 10-20 %, особенно над промышленными территориями, основная причина появления «озоновых дыр» – антропогенное воздействие.

Главными разрушителями озонового слоя считаются хлорфторуглеводороды (фреоны), которые используются в:

• холодильных установках;
• системах кондиционирования;
• производстве полимеров, лаков, красок, косметических средств.

Попадая в верхние слои атмосферы, эти поначалу инертные вещества становятся активными. Под воздействием УФ-излучений связи в их молекулах нарушаются. В результате выделяется хлор, который, сталкиваясь с молекулой озона, лишает ее одного атома.

Озон перестает быть озоном, трансформируясь в кислород. Хлор, временно объединившись с кислородом, вновь становится свободным и ищет новую «жертву». Его активности хватает на разрушение десятков тысяч молекул озона.

Озоноразрушающие вещества отличаются высокой стойкостью. Определенные фреоны, попав в атмосферу, могут существовать и действовать в ней до 100 лет.

Не менее активно разрушают озоновый слой:

• оксиды азота;
• тяжелых металлов (меди, железа, марганца);
• хлор;
• бром;
• фтор.

Эти компоненты участвуют в виде катализаторов, устойчиво и долгосрочно влияя на баланс образования и разрушения озона.

Лишь 1%-ное сокращение озонового слоя вызывает 4%-ный скачок в распространении рака кожи. Вызывая рак кожи и ее старение, УФ-излучение подавляет иммунитет, что приводит к:

• инфекционным;
• вирусным;
• паразитарным заболеваниям;
• катаракте.

В результате губительного воздействия недостаточно сдерживаемого ультрафиолета снижается урожайность сельскохозкультур и продуктивность Мирового океана, наступает деградация экосистем, генофонда флоры и фауны.

Парниковый эффект

Парниковый эффект – способность атмосферы пропускать короткие волны солнечной энергии, задерживая при этом тепловое длинноволновое излучение Земли и способствуя аккумуляции тепла планетой.

Солнечная радиация проходит через атмосферу, поглощается поверхностью земного шара, нагревает его и выделяется в виде теплового длинноволнового излучения или ИК-излучения.

Часть атмосферных газов (парниковых) поглощают лучи, нагреваются сами и нагревают атмосферу. Наиболее «активный» парниковый газ – углекислый газ (вклад до 60 % в общий парниковый эффект).

Другие вещества, способствующие появлению парникового эффекта:

• метан;
• оксиды азота;
• тропосферный озон;
• парообразная H₂O;
• различные аэрозоли.

Парниковый эффект приводит к увеличению средней температуры Земли на 0,6^° С. По мнению ученых, если не принять эффективных мер, через 30 лет концентрация углекислого газа в атмосферной среде может удвоиться.

От глобального потепления растают полярные льды и горные ледники, поднимется уровень Мирового океана, произойдет затопление прибрежных территорий. Режим выпадения осадков неизбежно изменится – в северных местностях объем может снизиться на 40%, что приведет к опустыниванию обширных территорий.

Кислотные дожди

Основные источники кислотных дождей, приводящие к закислению природной среды – промышленные выбросы, содержащие диоксид серы и оксиды азота. Соединяясь с атмосферной влагой, примеси образуют серную и азотную кислоту.

У «чистых» атмосферных осадков показатель рН равен 5,6. Кислотными называют любые осадки, кислотность которых превышает природное значение.

Кислотные дожди выпадают во всех промышленных районах планеты, воздействуя на биосферу:

1. Нарушают восковой покров листьев, делая их уязвимыми перед патогенами и насекомыми.
2. Удаляют из растений и почв биогенные вещества. Истощенные почвы утрачивают устойчивость к засухам и болезням, могут со временем полностью деградировать.
3. Выщелачивают из почв токсичные металлы (свинец, кадмий, алюминий), растворяя их и способствуя загрязнению подземных и поверхностных источников, передаче по пищевой цепи.
4. Замедляют почвообразующие процессы.

Кислотные осадки закисляют пресные воды, негативно влияя на популяции рыб, фитопланктон и водоросли. Кроме того, кислотные дожди способны разрушать предметы, конструкции из металла, от осадков с повышенным pH страдают здания, сооружения, памятники архитектуры.

Что является основным средством борьбы?

Сократить негативное воздействие на атмосферный воздух можно только комплексом мер политики и инвестиций, стимулирующих:

• производство экологически чистого транспорта;
• повышение энергоэффективности зданий, объектов электроэнергетики и промышленных производств;
• внедрение систем снабжения чистой энергией;
• совершенствование технологий обезвреживания отходов.

Планировка городов требует правильной организации. Промышленные объекты, автомобильные трассы и аэропорты следует строить только за чертой городов или отделять от жилой застройки зелеными насаждениями, которые являются природными фильтрами и генераторами кислорода.

Требует дальнейших реформ система обращения с производственными и бытовыми отходами.

Должны приниматься меры, уменьшающие размеры свалок, выделяющих при разложении отходов метан и другие вещества-разрушители озонового слоя.

Мероприятия для снижения загрязнения воздуха, уже подтвердившие свою эффективность:

Пути снижения выбросов и токсичности автотранспорта

Для сокращения выбросов транспортных средств предпринимается немало эффективных мер:

1. На законодательном уровне контролируется качество топлива (национальными стандартами, региональными требованиями, нормами ЕВРО).
2. Для выпускаемых автомобилей установлены стандарты ЕВРО, нормирующие количественные показатели метана, окиси углерода, оксида азота.
3. Предусмотрен контроль технического состояния автомобилей — оцениваются доли оксидов углерода и углеводородов в выхлопе на двух частотах вращения, состояние систем нейтрализации на бензиновых и газобаллонных двигателях, проверяется дымность на дизельных двигателях.
4. На мощность ДВС введены повышенные ставки транспортного налога, топливо облагается акцизами.
5. В большинстве регионов введены ограничения на движение в городах большегрузного транспорта.

К сокращению загрязненности атмосферы в городах приведет уменьшение расхода топлива.

На объем сжигаемого топлива и массу выбросов влияет организация движения автомобилей в городской черте, наибольшие выбросы фиксируются на светофорах и в пробках.

При продуманной организации движение будет выполняться на невысоких (экономичных) промежуточных скоростях.

На токсичность выбросов влияет состояние и настройка двигателя. В выхлопе проблемного дизельного двигателя концентрация сажи может увеличиваться до 20 раз, у карбюраторного содержание окислов азота вырастает в 1,5-5 раза.

Концентрацию углеводородов в отходящих газах транспорта можно сократить, применяя в качестве топлива природный газ или попутные нефтяные газы (пропан, бутан).

Видео по теме

В данном видео интервью рассказывается о проблеме загрязнения воздуха промышленными предприятиями в городах России:

Заключение

Антропогенное загрязнение воздуха и неизбежные последствия для всей биосферы в целом – плата человечества за технический прогресс. Продвижение вперед не остановить, но изменить отношение к природе необходимо уже сегодня.

Проблему загрязнения атмосферы можно решить только комплексом мер – снижением выбросов, применением современных методов их очистки, внедрением новых технологий, экономией сырья и энергоресурсов, повышением экологичности транспорта. Нарушить экологический баланс, как показывает жизнь, несложно. Неизмеримо сложнее его восстановить.