Современное состояние и охрана атмосферы

Изменение состава и загряз­нение атмосферы. Жизнь на Земле возможна до тех пор, пока существует земная атмосфера, газовая оболочка, защищающая живые организмы от вредного воздействия космических излучений и резких колебаний темпе­ратуры. Атмосферным воздухом дышат все аэробные организмы. Когда хотят подчеркнуть важное значение, говорят «необходим как воздух». Если без пищи че­ловек может прожить несколько недель, без воды - несколько суток, то смерть от удушья на­ступает через4-5 мин.

Наибольшее значение для всех живых организмов имеет относи­тельно постоянный состав атмос­ферного воздуха. В нем содержит­ся азота (Ng) 78,3%, кислорода (0^) - 20,95%, диоксида углерода (СО^) - 0,03%, аргона (Ar) -0,93% от объема сухого воздуха, небольшое количество других инертных газов. Пары воды со­ставляют 3 - 4% от всего объема воздуха.

Состав воздуха поддерживает­ся за счет постоянно идущих процессов: использования газов живыми организмами и выделе­ния их в атмосферу.

В последние годы происходит некоторое изменение баланса азота в атмосфере за счет хозяй­ственной деятельности людей. Возросла фиксация азота, вклю­чение атмосферного азота в сложные химические соединения при производстве азотных удоб­рений. Уменьшается поступление его в атмосферу из-за нарушения почвообразовательных процессов на больших территориях, напри­мер в Западной Сибири.

Однако из-за огромного коли­чества азота в атмосфере пробле­ма его баланса не так серьезна, как баланс кислорода и углекис­лого газа. Известно, что около 3,5-4 млрд. лет назад содержа­ние кислорода в атмосфере было в тысячу раз меньше, чем сей­час, так как не было основных продуцентов кислорода - зеле­ных растений.

Жизнедеятельность живых орга­низмов поддерживается современ­ным соотношением в атмосфере кислорода и углекислого газа. Естественные процессы потребле­ния углекислого газа и кислоро­да и их поступление в атмосферу сбалансированы.

С развитием промышленнос­ти и транспорта кислород ис­пользуется на процессы горения. Так, на сжигание разных видов топлива сейчас требуется от 10 до 25% кислорода, производимо­го зелеными растениями. Умень­шается поступление кислорода в атмосферу из-за сокращения пло­щадей лесов, саванн, степей и увеличения пустынных террито­рий. Сокращается число проду­центов кислорода и в водных экосистемах из-за загрязнения рек, озер, морей и океанов. Уче­ные полагают, что в ближайшие 150-180 лет количество кисло­рода в атмосфере может сокра­титься на1/3 по сравнению с современным его содержанием.

Увеличение потребления кис­лорода происходит одновремен­но с увеличением выделения в атмосферу диоксида углерода. За последние 100 лет количество углекислого газа в атмосфере увеличилось на 10-15%, а к 2000 г. может возрасти до 25%, т. е. с 0,0324% сейчас до 0,04% к концу столетия. Некоторое уве­личение СО^ в атмосфере по­ложительно сказывается на про­дуктивности растений. Напри­мер, насыщение углекислым га­зом воздуха в тысячу раз меньше, чем сей­час, так как не было основных продуцентов кислорода - зеле­ных растений.

Жизнедеятельность живых орга­низмов поддерживается современ­ным соотношением в атмосфере кислорода и углекислого газа. Естественные процессы потребле­ния углекислого газа и кислоро­да и их поступление в атмосферу сбалансированы.

С развитием промышленнос­ти и транспорта кислород ис­пользуется на процессы горения. Так, на сжигание разных видов топлива сейчас требуется от 10 до 25% кислорода, производимо­го зелеными растениями. Умень­шается поступление кислорода в атмосферу из-за сокращения пло­щадей лесов, саванн, степей и увеличения пустынных террито­рий. Сокращается число проду­центов кислорода и в водных экосистемах из-за загрязнения рек, озер, морей и океанов. Уче­ные полагают, что в ближайшие 150-180 лет количество кисло­рода в атмосфере может сокра­титься на 1/3 по сравнению с современным его содержанием.

Увеличение потребления кис­лорода происходит одновремен­но с увеличением выделения в атмосферу диоксида углерода. За последние 100 лет количество углекислого газа в атмосфере увеличилось на 10-15%, а к 2000 г. может возрасти до 25%, т. е. с 0,0324% сейчас до 0,04% к концу столетия. Некоторое уве­личение СО^ в атмосфере по­ложительно сказывается на про­дуктивности растений. Напри­мер, насыщение углекислым га­зом воздуха теплиц повышает урожайность овощей за счет ин­тенсификации процессов фото­синтеза. Однако общее увеличе­ние содержания СО в атмосфе­ре приводит к сложным глобаль­ным явлениям. Углекислый газ свободно пропускает коротковол­новое солнечное излучение, но задерживает тепловые лучи, идущие от нагретой земной по­верхности. Это явление получи­ло название парникового эффек­та. Считается, что за счет пар­никового эффекта температура Земли к 2000 г. повысится на 0,5—1°С. Дополнительный наг­рев нижних слоев атмосферы дает сжигание топлива. Это осо­бенно заметно на территории крупных городов, где темпера­тура центральных их частей на 2—4°С выше среднегодовой для данного района. Повышение среднегодовой температуры ниж­них слоев атмосферы Земли мо­жет вызвать таяние ледников Антарктиды и Гренландии, что приведет к повышению уровня Мирового океана, затоплению низменных участков материков, усилению тектонических процес­сов, изменению климата.

Противоположный эффект дает запыление и задымление атмосферы. Механические части­цы отражают солнечные лучи, увеличивают отражательную спо­собность (альбедо) Земли, умень­шают ее нагревание. Преоблада­ние этих процессов может при­вести к увеличению ледниковых шапок на полюсах, резкому похолоданию и наступлению лед­никового периода.

В настоящее время проводят­ся исследования теплового ба­ланса Земли, чтобы найти пути управления им.

Загрязнение атмосферы может быть естественным и искус­ственным (или антропогенным). Естественное загрязнение ат­мосферы происходит при извер­жении вулканов, выветривании горных пород, пыльных бурях, лесных пожарах, выносе в атмос­феру кристалликов солей. В нор­ме природные источники не вы­зывают существенных загрязне­ний атмосферы.

Источниками искусственного загрязнения служат промышлен­ные, транспортные и бытовые выбросы. Основным поставщиком загрязнений служат промышлен­ные предприятия. Они выделя­ют в атмосферу несгоревшие час­тицы топлива, пыль, сажу, золу. В индустриальных районах вы­падает свыше 1 т пылевых час­тиц на 1 км² в сутки. Мощны­ми поставщиками тончайшей пыли в атмосферу служат це­ментные заводы.

Главный химический загряз­нитель атмосферы - сернистый газ (SO), выделяющийся при сжигании каменного угля, слан­цев, нефти, при выплавке желе­за, меди, производстве серной кислоты и др. Сернистый газ служит причиной выпадения кислотных дождей.

При высокой концентрации сернистого газа, пыли, дыма во влажную тихую погоду в про­мышленных районах возникает 1'х'лый, или влажный, смог — ядо­витый туман, резко ухудшаю­щий условия жизни людей. В Лондоне во время такого смога из-за обострения легочных и сер­дечных заболеваний с 5 по 9 де­кабря 1952 г. умерло на 4000 человек больше, чем обычно.

Под воздействием интенсив­ного солнечного излучения хи­мические вещества, выбрасывае­мые в атмосферу промышленны­ми предприятиями и транспор­том, могут вступать в реакции друг с другом, образуя высоко­токсичные соединения. Такой вид смога получил название фотохимического.

В больших городах и густо­населенных районах первенство в загрязнении атмосферы пере­ходит от промышленности к ав­томобильному транспорту. С вы­хлопными газами в атмосферу поступают угарный газ, оксиды азота, углеводороды (в том чис­ле обладающие канцерогенными свойствами). В некоторые сорта бензина в качестве антидетона­тора добавляют тетраэтилсвинец, при этом в атмосферу с выхлоп­ными газами поступают мелкие частички свинцовой пыли. Наи­большее количество загрязнений поступает от автомобилей с плохо отлаженными двигателя­ми и работающими на холостом ходу.

Самое опасное загрязнение атмосферы и всей окружающей среды - радиоактивное. Оно представляет угрозу для здоровья и жизни людей, животных и рас­тений не только ныне живущих поколений, но и их потомков из-за появления многочисленных мутационных уродств. Последст­вия такого мутагенного влияния на растения, животных и чело­века изучены еще плохо и труднопредсказуемы. В районах умеренного радиоактивного загряз­нения увеличивается число лю­дей, заболевших лейкозами.

Источниками радиоактивного загрязнения служат эксперимен­тальные взрывы атомных и во­дородных бомб. Радиоактивные вещества выделяются в атмосфе­ру при изготовлении ядерного оружия, атомными реакторами электростанций, при дезактива­ции радиоактивных отходов и др.

Сейчас стало понятно, что не существует такой малой дозы ионизирующего излучения, кото­рая была бы безопасна.

Серьезные отрицательные пос­ледствия для человека и других живых организмов влечет за со­бой загрязнение воздуха хлорфторметанами, или фреонами. Их используют в холодильных установках, в производстве полу­проводников и аэрозольных бал­лончиков. Утечка фреонов при­водит к появлению их у тонкого озонового слоя в стратосфере. При разложении фре­онов под действием ультрафио­летовых лучей выделяются хлор и фтор, которые взаимодейству­ют с озоном. Есть опасность, что слой озонового экрана резко уменьшится и это приведет к росту числа заболеваний раком кожи из-за проникновения на землю жесткого ультрафиоле­тового излучения. Утончение озонового экрана, появление «озоновых» дыр отмечено над территориями Антарктиды, Ав­стралии, Южной Америки, неко­торых районов Евразии.

Меры по охране атмосферы. Длительное время локальные за­грязнения атмосферы сравнитель­но быстро разбавлялись массами чистого воздуха. Пыль, дым, газы рассеивались воздушными пото­ками и выпадали на землю с до­ждем и снегом, нейтрализова­лись, вступая в реакции с при­родными соединениями.

Сейчас объемы и скорость выбро­сов превосходят возможности при­роды к их разбавлению и нейтра­лизации. Поэтому необходимы специальные меры для устранения опасного загрязнения атмосферы. Основные усилия сейчас на­правлены на предупреждение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. На действующих и новых предприятиях устанавли­вают пылеулавливающее и газо­очистное оборудование. Таким об­разом, задерживается около ³/4 всех выбросов. В настоящее вре­мя продолжается поиск более со­вершенных способов их очистки.

Другое важное направление - это создание и внедрение безотходных технологий, строительст­во таких промышленных ком­плексов, в которых используют­ся все исходное сырье и любые отходы предприятий. Безотход­ные технологии ценны сходством с процессами, происходящими в биосфере, где отходов не сущест­вует, так как все биологические выделения утилизируются раз­личными звеньями экосистем. Примерами таких технологичес­ких процессов могут служить замкнутые циклы воздуха и воды, при которых полностью исключаются выбросы отходов в окружающую среду.

Благодаря современным ис­следованиям разработаны и внед­ряются в практику приемы, сни­жающие и предотвращающие за­грязнение от выхлопных газов автомобилей. Частично загрязне­ния снижают, устанавливая в двигателях автомобилей фильтры и дожигающие устройства, ис­ключая содержащие свинец до­бавки, организуя четкое движе­ние транспорта на улицах, без частой смены режимов работы двигателей. Кардинальное реше­ние проблемы загрязнений ат­мосферы автотранспортом - за­мена двигателей внутреннего сгорания иными. Созданы образцы газотурбинных, роторных, сол­нечных и иных двигателей.

Наиболее перспективные сред­ства передвижения - электро­мобили. Современные их модели еще несовершенны: у них срав­нительно небольшая скорость и короткий пробег без подзарядки, что не позволяет им конкуриро­вать с современными автомоби­лями. Для уменьшения содержа­ния токсических веществ в вы­хлопных газах автомобилей в некоторых странах переходят на другие виды топлива вместо бен­зина, например метан, спирт.

Важное значение в борьбе с загрязнениями атмосферы имеет озеленение городов и промыш­ленных центров. Растения обога­щают воздух кислородом.На де­ревьях и кустах оседает до 72% взвешенных в воздухе частиц пыли и до 60% диоксида серы. Поэтому в городских парках, скверах, садах пыли в десятки раз меньше, чем на открытых улицах и площадях.

Многие виды деревьев и кустарников выделяют фитонциды - биологически-активные ве­щества, убивающие бактерии. Зеленые растения регулируют микроклимат города, поглощают и снижают городской шум.