По данным ВОЗ, практически все население земного шара дышит воздухом, загрязненность которого превышает допустимые пределы.
Загрязнение атмосферы представляет серьезную опасность для окружающей среды в целом, для здоровья человека и благополучия будущих поколений.
На здоровье человека загрязнение атмосферного воздуха влияет непосредственным образом, а глобальное загрязнение атмосферы оказывает косвенное влияние – через климатические изменения, разрушение озонового слоя, агрессивные кислотные дожди.
Как характеризуется каждый вид загрязнения атмосферного воздуха, в чем его опасность для всех компонентов биосферы — эти и другие вопросы рассмотрим ниже.
Содержание
Какое загрязнение по характеру бывает?
Атмосфера выполняет защитную миссию, теплоизолируя планету от Солнца, предохраняя от космической радиации, метеоритов и других космических тел. В атмосфере протекают сложные метеорологические процессы, формирующие погоду и глобальный климат.
Загрязнение воздуха от постоянно возрастающей антропогенной нагрузки снижает возможности природных систем к самоочищению – атмосфера уже не в состоянии выполнять на 100 % свои защитные и терморегулирующие функции.
Загрязнение атмосферного воздуха – привнесение в его состав новых, нехарактерных для него физических, химических и биологических веществ, а также изменение их естественной концентрации.
Загрязнение атмосферы проявляется в трансформации ее природных характеристик, которое негативно сказывается на здоровье человека и животных, состоянии растительности и экосистем в целом.
Виды загрязнения атмосферы по характеру могут быть природным (естественным) и антропогенным (техногенным).
Естественное загрязнение связано с природными процессами:
- вулканическими выбросами;
- выветриванием горных пород;
- пыльными бурями;
- дымом от лесных пожарищ;
- разложением органики.
Извержения вулканов – это огромные объемы:
- газов;
- паров воды;
- осколков пород;
- пепла и пыли.
Кроме того, при извержении происходит тепловое загрязнение атмосферы — в воздух выбрасываются вещества с высокими температурами, буквально сжигающие все на своем пути.
После ослабления вулканической деятельности газовый атмосферный баланс постепенно восстанавливается.
Крупные лесные пожары, а также пожары в степях и на торфяниках приводят к появлению в атмосфере значительной массы газообразных продуктов горения и аэрозолей. Частицы дыма влияют на уровень рассеяния света, изменяя региональный и глобальный радиационный баланс.
Продолжительные и крупные пожары воздействуют на общее состояние экосистем, приводят к необратимым изменениям в природных средах.
В целом природные явления в отношении загрязнения воздуха имеют заметный, но локальный эффект. Искусственные источники загрязнения существенно более опасны для атмосферы.
К антропогенному загрязнению, значительно превышающему природное, приводят выбросы загрязнителей, образующихся в процессе деятельности человека.
К техногенным источникам загрязнения воздуха относятся промышленные и теплоэнергетические объекты, транспортные средства, частные системы отопления жилищ, сельскохозяйственные процессы, мусорные полигоны.
По масштабности процесса выделяют 3 категории загрязнения атмосферы:
- Местное. Фиксируется над небольшими территориями: городом, промышленной или сельскохозяйственной зоной.
- Региональное. В область загрязнения вовлекаются значительные пространства, но не весь земной шар.
- Глобальное (изменение состояния атмосферы на всей планете).
Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу по агрегатному состоянию классифицируются на:
- газообразные (диоксид серы, оксиды азота, оксид углерода, углеводороды);
- жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей);
- твердые (канцерогенные вещества, свинец и его соединения, органическая и неорганическая пыль, сажа, смолистые частицы).
Загрязняющие вещества разделяют на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные – продукт трансформации последних. Так, газообразные продукты сгорания в результате вторичных химических реакций с участием кислорода и паров воды образуют кислоты и различные соли.
Вторичные загрязнители с атмосферными осадками выпадают на поверхность почвы и водоемов, вызывая их химическое загрязнение. Такое явление называется «кислотным дождем».
К основным видам загрязнений атмосферы можно отнести:
- физическое;
- химическое;
- биологическое.
Физическое
К физическому загрязнению атмосферы относятся следующие его разновидности:
- механическое;
- радиоактивное;
- электромагнитное;
- шумовое;
- тепловое.
Физические загрязнители разнообразны. Так же разнообразна их активность, свойства и последствия воздействия на атмосферный воздух и природные экосистемы в целом.
Механическое
Механическое загрязнение атмосферы наблюдается при поступлении взвешенных частиц различных размеров – пыли (> 1 мкм) и дыма (< 1 мкм).
Обычные естественные загрязнители воздуха — это частицы:
- почвы;
- золы;
- сажи;
- песка;
- пыли.
Загрязнение атмосферы этими веществами часто наступает в результате природных факторов:
- лесных и степных пожаров;
- селей;
- пыльных бурь;
- эрозии и дефляции почв;
- разрушения горных пород.
Главные «поставщики» взвешенных примесей техногенного происхождения:
- ТЭС и котельные. Загрязнители выбрасываются в процессе сжигания топлива: пыль в виде частиц золы при горении угля, дым – при горении мазута.
- Транспортные средства. Выделяют дым при сжигании бензина, керосина, дизельного топлива в двигателях, а также способствуют образованию пыли за счет разрушения покрытий дорог, истирания шин.
- Промышленные предприятия. Взвешенные вещества поступают в воздух при сжигании топлива (на металлургических заводах), при разрушении твердых материалов (добыча ископаемых, металлообработка, машиностроение), измельчения (производство цемента, щебня).
Промышленные загрязнители, в зависимости от механизма их образования, разделяются на 3 группы:
- Механическая пыль. Образуется в результате измельчения сырья, продукта, материала.
- Летучая зола. Несгораемый остаток топлива. Образуется при горении минеральных примесей, содержится во взвешенном состоянии в дымовых газах.
- Промышленная сажа. Компонент выбросов, твердый высокодисперсный углерод. Образуется при неполном сгорании или термическом разложении углеводородов.
В районе запыления или задымления условия обитания живых организмов, в том числе и человека, ухудшаются.
Частицы пыли:
- снижают прозрачность воздуха, уровень естественного освещения и ультрафиолета;
- способствуют туманообразованию за счет конденсации паров воды на своей поверхности;
- закрывают поры листьев растений, затрудняя образование хлорофилла, что приводит к дисбалансу газов (концентрация кислорода в атмосфере снижается, а углекислого газа – повышается);
- снижают урожайность растений.
Взвешенные примеси могут иметь в составе вещества с:
- токсическим действием (свинец);
- аллергическим (урсол, белок);
- раздражающим (сода, табак);
- канцерогенным (бенз(а)пирен).
Присутствие в воздухе взвешенных веществ неблагоприятно с точки зрения эстетики (загрязняются стекла, мебель).
Радиоактивное
Радиоактивное – самое опасное загрязнение атмосферы. Источники – преимущественно техногенные. Приземный слой атмосферы загрязняют выбросы радиоактивных веществ с атомных электростанций, а также долгоживущие радиоактивные изотопы – продукты испытаний ядерного оружия.
Наиболее опасны изотопы стронция-90 (период полураспада 25 лет) и цезия-137 (период полураспада 33 года). Радиологическую обстановку локально могут изменить аварийные утечки и неконтролируемые выбросы радиации, неправильное обращение с радиоактивными отходами.
Естественное загрязнение происходит при выходе на поверхность урановых руд и горных пород с повышенным природным фоном радиоактивности.
Радиоактивное загрязнение приводит к лучевой болезни с повреждением генетического кода клеток. У пострадавших появляются злокачественные опухоли, у потомства наблюдаются уродства, наследственные заболевания.
Электромагнитное
Человек и окружающая среда, в том числе и атмосфера, находятся под постоянным воздействием электромагнитных полей (ЭМП), создаваемых естественными и антропогенными источниками.
Электромагнитное поле – форма материи, которую составляют взаимосвязанные магнитное и электрическое поля. Электромагнитное антропогенное загрязнение атмосферы проявляется в воздействии ЭМ-полей, волн различных частот.
Электромагнитная волна распространяется от источника в пространстве со скоростью света, создавая электромагнитное поле. ЭМП воздействует на заряженные частицы и токи, от чего энергия поля трансформируется в другие виды энергии.
ЭМП естественных источников являются постоянными природными характеристиками среды обитания человека.
Природные стабильные источники ЭМП делятся на 2 группы:
- Поле Земли, состоящее из постоянного электрического поля и основного магнитного поля.
- Радиоволны, генерируемые космическими источниками (Солнце, Галактика).
Техногенные ЭМ-излучатели:
- трансформаторы;
- генераторы;
- системы телевещания;
- радиопередатчики;
- электрифицированный транспорт;
- радиолокационное оборудование;
- линии электропередач;
- лазерные установки;
- мониторы компьютеров;
- микроволновые печи.
Работа таких объектов вызывает локальное электромагнитное загрязнение приземного слоя атмосферы в длинноволновом и коротковолновом диапазонах.
Переменное электромагнитное поле, а также статические магнитное и электрическое поля:
- оказывают на все биологические объекты, в том числе на человека, прямое или побочное негативное воздействие;
- при определенных условиях нарушают нормальное функционирование объектов и систем, использующих ЭМП.
Техногенные источники, в зависимости от конструкции и назначения, могут создавать ЭМП, превышающие ПДУ электромагнитной безопасности человека. Продолжительное воздействие ЭМП с частотой 50 Гц и выше нарушает работу головного мозга.
Кроме того, страдают жизненно важные (критические) системы организма:
- нервная;
- иммунная;
- эндокринная;
- репродуктивная.
Шумовое
Естественные шумы природы (шум ветра, прибоя, ливня) называются биотическими и не являются шумовым загрязнением. Шумовое загрязнение – абиотический фактор, вызванный деятельностью человека.
Например, звуки работающих транспортных средств:
- автомобилей;
- поездов;
- самолетов;
- морских судов.
Шумовое загрязнение атмосферы фиксируется при превышении естественного уровня шумового фона, а также при ненормальном изменении звуковых характеристик (периодичности и силы звука).
Пример ущерба от сильного шумового загрязнения – неоднократные случаи, когда из-за громких звуков военных гидролокаторов киты и дельфины терялись в пространстве и массово выбрасывались на берег.
Механический шум – звук, возникающий во время работы производственного оборудования, при движении транспортных средств.
Механический шум обладает изменчивостью уровня звукового давления во времени, он бывает следующих типов:
- Непрерывный. Постоянный гул, генерируемый работающими машинами, заводским оборудованием, двигателями, вентиляционными системами.
- Прерывистый. Акустические колебания, амплитуда которых попеременно то увеличивается, то уменьшается.
- Импульсный. Состоит из отдельных или серии звуковых волн. В основном возникает в ходе строительных или взрывных работ.
Шум, превышающий допустимые пределы – причина профзаболеваний, повышения артериального давления, шума в ушах, а в отдаленной перспективе и потери слуха.
Тепловое
Тепловое загрязнение атмосферы – изменение температуры окружающей среды, при котором нарушается ход естественных процессов экосистемы.
Тепловое загрязнение атмосферы наступает от естественных и антропогенных источников. Локальное температурное воздействие возникает в засушливых регионах, где часто возникают природные пожары и пыльные бури.
Но главный источник изменений в атмосфере – деятельность человека.
Негативно влияют на температурные показатели воздушной среды:
- сжигание топлива в транспортных средствах;
- технологические циклы на промышленных объектах;
- производство тепло-, электроэнергии электростанциями и котельными;
- полигоны для захоронения отходов, сжигание мусора;
- бытовое использование топлива для отопления жилища, приготовления пищи.
Строительные работы, бетон, асфальт, промышленность и автотранспорт значительно увеличивают температуру воздуха в крупных городах (по сравнению с окружающей местностью). Этот эффект называется «городской тепловой остров».
Повышенные температуры:
- усиливают фотохимические реакции;
- увеличивают количество взвешенных частиц в воздухе;
- способствуют образованию смога.
Фотохимический смог в условиях теплового загрязнения атмосферы формируется следующим образом. Теплый слой атмосферы висит над городом, препятствуя смешиванию с более холодным и плотным потоком. Температурная инверсия создает застойную среду.
При отсутствии ветра и осадков загрязнители не удаляются из воздуха, а накапливаются в приземном слое. В неподвижном воздухе через какое-то время концентрация загрязняющих веществ возрастает до такой степени, что образуется смог.
Во время тяжелых и продолжительных инверсий смог накрывает целые мегаполисы, вызывая у населения проблемы с дыханием.
Температурное загрязнение атмосферы может привести к глобальному потеплению климата. Мировое потребление ископаемого топлива возрастает, повышаются и концентрации углекислого газа в атмосфере, усиливая парниковый эффект и его последствия.
По прогнозам ученых, при сохранении этой негативной тенденции к концу 21 века средняя температура воздуха вырастет на 4 °C.
Потепление климата на планете приведет к таянию полярных ледников, повышению уровня Мирового океана, затоплению островов и прибрежных государств. Изменившаяся структура осадков будет неблагоприятна для сельского хозяйства и лесных экосистем.
Повышенные температуры и чрезмерная влажность будут способствовать росту заболеваемости человека и животных.
Химическое
Химическое загрязнение воздуха связано с поступлением в него химических веществ в составе газов, паров, твердых аэрозолей конденсации и дезинтеграции (пыли и дыма).
К природным источникам химического загрязнения относят извержения вулканов, пыльные бури, лесные пожары. Газообразные вещества способствуют образованию в воздухе аэрозолей – диспергированных твердых частиц, долго находящихся в воздухе во взвешенном состоянии.
Продолжительность «жизни» аэрозолей всего несколько суток, тем не менее, они способны снизить среднюю температуру приземной атмосферы на 0,3 °С. Количество химических загрязняющих веществ измеряется сотнями.
Основные загрязнители атмосферы:
- углекислый газ;
- оксид углерода;
- диоксиды серы,
а также компоненты газов, влияющие на ее температурный режим:
- диоксид азота;
- фреоны;
- метан;
- тропосферный озон.
Химические примеси, загрязняющие воздух, оседая или выпадая с атмосферными осадками на поверхность воды или почвы, ослабляют или полностью прекращают процессы их самоочищения.
Химические вещества токсичны для живых организмов. Загрязнение нарушает процессы жизнедеятельности растений, приводит к газовому дисбалансу в атмосфере.
Часть химических веществ (углекислый газ, закись азота, метан, аммиак) являются парниковыми газами, которые задерживают тепловое излучение Земли и способствуют глобальному потеплению климата.
Сера
Производные серы в атмосфере представлены преимущественно оксидами и сероводородом.
Основные поставщики в атмосферу сернистых соединений:
- ТЭС и котельные (сжигание угля и мазута – топлива, содержащего серу)
- черная и цветная металлургия (переработка серосодержащей руды);
- химическая промышленность (производители серной кислоты, предприятия, использующие серную кислоту как реагент);
- объекты нефтепереработки (окисление серы – компонента нефти).
Сероводород выделяется в основном при добыче и переработке нефти, при производстве вискозного волокна.
Азот
Источники загрязнения атмосферы оксидами азота – различные виды транспорта, химическая промышленность (предприятия по производству серной кислоты, где они используются как катализаторы, заводы по производству азотных минеральных удобрений).
Двигатели транспортных средств выделяют оксиды азота при окислении азота – компонента топлива, который, в свою очередь, является продуктом переработки нефти.
Углерод
Неорганические соединения углерода поступают в атмосферу в виде оксида – продукта неполного сгорания топлива.
Вещество выделяют:
- энергетические установки;
- объекты черной металлургии и нефтепереработки;
- транспортные средства.
Оксид углерода активно реагирует с компонентами атмосферы, способствуя усилению парникового эффекта и глобальному изменению климата.
Органические соединения углерода, поступающие в атмосферу, представлены углеводородами:
- парафинами;
- олефинами;
- этиленом;
- бензолом;
- бензпиренами,
содержащимися в выбросах нефтеперерабатывающих предприятий и транспортных средств.
Большую группу загрязнителей образуют углеводороды, содержащие:
- хлор-;
- фтор-;
- азот-;
- фосфорсодержащие соединения.
Это преимущественно ядовитые вещества с канцерогенным действием. Углеводороды подвергаются в атмосфере различным превращениям, окислению, полимеризации.
От воздействия солнечной радиации как катализатора реакций углеводороды более активно взаимодействуют с другими атмосферными загрязнителями. В результате образуются аэрозольные частицы перекисных соединений, свободных радикалов, соединений с оксидами азота и серы.
В определенных условиях при сочетании нескольких факторов (высокие концентрации загрязнителей, интенсивное излучение Солнца, безветрие, продолжительная повышенная инверсия) в воздухе формируются большие скопления газообразных и аэрозольных примесей.
В результате концентрация загрязнителей у земли резко увеличивается, образуется фотохимический смог (туман).
Характерные для фотохимического тумана оксиданты являются источником свободных радикалов – веществ с высокой реакционной способностью. По физиологическому воздействию на организм человека смог очень опасен для дыхательной и кровеносной систем, нередко является причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем или пожилых людей.
Тяжелые металлы
К достаточно распространенным загрязнителям атмосферы относятся соединения тяжелых металлов:
- ртути;
- кадмия;
- таллия;
- мышьяка;
- свинца;
- цинка;
- хрома.
Эти вещества являются компонентами выбросов ТЭС, металлургических заводов.
Тяжелые металлы вызывают сердечно-сосудистые заболевания, тяжелые формы аллергии. Обладая канцерогенными свойствами, влияют на генетику, проявляясь в наследственных заболеваниях, умственных расстройствах.
Диоксины
Диоксины (полихлорпроизводные дибензодиоксина) — побочный продукт технологических процессов:
- химические производства;
- металлургия;
- нефтепереработка;
- хлорное отбеливание целлюлозы;
- производство гербицидов и пестицидов,
а также сжигания отходов.
Это высокоопасные соединения, крайне токсичные, с мутагенным и канцерогенным действием, высокой кумулятивностью в окружающей среде.
Фреоны и другие разрушители озонового слоя
Главную опасность для атмосферного озона представляют фреоны, превращающие его в кислород.
К разрушителям озонового слоя также относят:
- оксиды азота;
- тяжелых металлов (меди, железа, марганца);
- хлор;
- бром;
- фтор.
Озоноразрушающие соединения характеризуются высокой стойкостью, отдельные виды активны в атмосфере в течение 75-100 лет. Всего 1%-ное сокращение озонового слоя вызывает 4%-ный скачок в распространении рака кожи.
Вызывая онкологию, ультрафиолет одновременно подавляет иммунную систему, способствуя возникновению инфекционных, вирусных, паразитарных заболеваний:
- малярии;
- туберкулеза;
- кори;
- ветряной оспы.
В условиях повышенной солнечной радиации из-за разрушения защитного озонового у множества людей на планете возникает катаракта.
Жесткое УФ-излучение:
- приводит к деградации экосистем, генофонда флоры и фауны;
- снижает урожайность сельскохозкультур и продуктивность Мирового океана.
Соединения хлора и фтора
Хлор и его опасные производные (пары соляной кислоты) выделяются химическими объектами, производящими:
- соляную кислоту;
- хлоросодержащие пестициды;
- органические красители;
- гидролизный спирт;
- хлорную известь;
- соду.
Токсичные соединения фтора (фтороводорода, фториды натрия и кальция) содержат выбросы предприятий по производству:
- алюминия;
- стали;
- эмалей;
- стекла;
- керамики;
- фосфорных удобрений.
Хлор и его опасные производные (пары соляной кислоты) выделяются химическими предприятиями-производителями:
- соляной кислоты и продуктов на ее основе;
- хлоросодержащих пестицидов;
- органических красителей;
- гидролизного спирта;
- хлорной извести;
- соды.
Биологическое
Человечество на всех этапах развития оказывалось под губительным влиянием пандемий и эпидемий. В результате неизбежной смены биологических процессов появлялись и переносились по воздуху новые микроорганизмы.
Человек не имел иммунитета к новым формам, что приводило к массовым заболеваниям — чума в Средневековье, испанка в двадцатых годах прошлого века.
Биологическое загрязнение характеризуется вхождением в экосистему посторонних и агрессивных биологических агентов :
- микроорганизмов;
- вирусов;
- инфекций;
- вегетативных форм и спор бактерий и грибов, а также их токсинов и продуктов жизнедеятельности.
При этом биологические загрязнители могут появляться как под влиянием человека, так и от других факторов.
Новые участники естественных процессов влияют на:
- генетику;
- популяцию;
- среду обитания;
- общую экосистему.
Биологическое воздействие на атмосферу может быть намеренным или непреднамеренным.
Намеренные источники биозагрязнения:
- Генная инженерия.
- Культивация растений за пределами естественных условий произрастания. Пример – выращивание картофеля за пределами Америки.
- Испытания биологического оружия.
- Лабораторные исследования вирусов и инфекций.
- Интродукция, которая происходит при заселении территорий новыми видами животных (например, разведение камчатского краба в Баренцевом море).
Непреднамеренное биозагрязнение наступает как побочный эффект деятельности, не имеющей прямого отношения к воздействию на биологические виды. Биологическое загрязнение атмосферного воздуха классифицируется как микробиологическое и биохимическое.
Микробиологическое загрязнение наступает при поступлении в воздух различных микроорганизмов. Основной «поставщик» микробного заражения – почва. С ее поверхности в воздух поступают сапрофиты – непатогенные микроорганизмы.
На участках с массовыми скоплениями людей возможно загрязнение воздуха патогенными микроорганизмами (например, возбудителями гриппа, туберкулеза), выделяемыми органами дыхания человека.
Биохимическое загрязнение атмосферы наблюдается, когда в воздухе обнаруживаются продукты жизнедеятельности животных. Обычно это происходит над площадками животноводческих комплексов, мясокомбинатов, птицефабрик.
Привнесение в экосистемы нехарактерных видов живых организмов ухудшает условия существования биотических сообществ, негативно влияет на здоровье человека. Наиболее опасно биологическое загрязнение воздуха возбудителями инфекционных и паразитарных болезней.
Биологическое загрязнение атмосферы периодически усиливается, так как появляются все новые микроорганизмы, против которых еще не изобретено оружие, не предусмотрена защита. Под воздействием радиации и химического загрязнения микроорганизмы постоянно мутируют, приобретая неизвестные ранее свойства и обличья.
Таблица с классификацией
В данную таблицу мы свели классификацию — виды и основные источники загрязнения атмосферы:
Вид загрязнения | Разновидность | Загрязняющие агенты |
Физическое | Механическое | Частицы почвы, золы, сажи, песка, пыли |
Радиоактивное | Радиоактивные вещества, долгоживущие радиоактивные изотопы | |
Электромагнитное | Электромагнитные поля | |
Шумовое | Непрерывный, прерывистый, импульсный шум | |
Тепловое | Повышение температуры воздуха | |
Химическое | Химические вещества в составе газов, паров, твердых аэрозолей | |
Биологическое | Микроорганизмы, вирусы, инфекции, бактерии, грибы |
Короткое видео по теме
В данном видео ролике кратко перечислены виды загрязнения атмосферного воздуха:
Заключение
Проблема загрязнения атмосферы находится в центре внимания экологов всего мира. Глобальное потепление, озоновые дыры, кислотные дожди, эпидемии, ухудшение условий обитания живых существ – все это связано с загрязнением воздушной среды.
В статье рассмотрены основные виды загрязнения атмосферного воздуха (физическое, химическое, биологическое), источники поступления в атмосферу различных загрязняющих веществ, а также потенциальный вред для экосистем и здоровья человека.