Охрана атмосферно воздуха

ЛЕКЦИЯ 10 ТЕМА: Охрана атмосферно воздуха

План:

1. Общие представления об атмосфере. 2. Строение атмосферы. 3. Баланс газов в атмосфере. 4. Естественные и искусственные загрязнения атмосферы. 5. Состояние атмосферы крупных городов и промышленных центров. 6. Тепловое, шумовое и другие виды загрязнений. 7. Последствия загрязнения и нарушения газового баланса атмосферы. 8. Влияние загрязнений и изменения газового баланса атмосферы на климат. 9. Оценка негативного влияния загрязнения атмосферы. 10. Меры по охране атмосферного воздуха. 11. Правовая охрана атмосферы. 12. Международно-правовая охрана атмосферы Земли, околоземного и космического пространства.

1. Общие представления об атмосфере

Атмосфера (от греч. atmoc - пар и сфера - шар) - газовая (воздушная) оболочка Земли, вращающаяся вместе с ней. Жизнь на Земле возможна, пока существует атмосфера. Все живые организмы используют воздух атмосферы для дыхания, атмосфера защищает от вредного воздействия космических лучей и губительной для живых организмов температуры, холодного «дыхания» космоса.

Атмосферный воздух - это смесь газов, из которых состоит атмосфера

Земли. Воздух не имеет запаха, прозрачен, его плотность 1,2928 г/л, растворимость в воде 29,18 см2/л, в жидком состоянии приобретает голубоватую окраску. Жизнь людей невозможна без воздуха, без воды и пищи, но если без пищи человек может прожить несколько недель, без воды - несколько дней, то смерть от удушья наступает через 4-5 мин.

Основными составными частями атмосферы являются: азот, кислород, аргон

и углекислый газ. Кроме аргона в малых концентрациях содержатся другие инертные газы. В атмосферном воздухе всегда присутствуют пары воды (примерно 3-4%) и твердые частицы - пыль.

Атмосфера Земли подразделяется на нижнюю (до 100 км) - гомосферу с

однородным составом приземного воздуха и верхнюю гетеросферу с неоднородным химическим составом. Одним из важных свойств атмосферы является наличие кислорода. В первичной атмосфере Земли кислород отсутствовал. Появление и накопление его связано с распространением зеленых растений и процессом фотосинтеза. В результате химического взаимодействия веществ с кислородом живые организмы получают энергию, необходимую для их жизнедеятельности.

Через атмосферу осуществляется обмен веществ между Землей и Космосом,

при этом Земля получает космическую пыль и метеориты и теряет самые легкие газы - водород и гелий. Атмосфера пронизана мощной солнечной радиацией, которая определяет тепловой режим поверхности планеты, вызывает диссоциацию молекул атмосферных газов и ионизацию атомов. Обширная разреженная верхняя часть атмосферы состоит преимущественно из ионов. Физические свойства и состояние атмосферы меняются во времени: в течение суток, сезонов, лет - и в пространстве в зависимости от высоты над уровнем моря, широты местности, удаленности от океана.

2. Строение атмосферы

Строение атмосферы:

3. Баланс газов в атмосфере

Наибольшее значение для всех живых организмов имеет относительно постоянный состав атмосферного воздуха в тропосфере. Баланс газов в атмосфере поддерживается за счет постоянно идущих процессов использования их живыми организмами и поступления газов в атмосферу. Азот выделяется при мощных геологических процессах (извержениях вулканов, землетрясениях), при разложении органических соединений. Изъятие азота из воздуха происходит за счет деятельности клубеньковых бактерий.

4. Естественные и искусственные загрязнения атмосферы

Источники загрязнения атмосферы могут быть естественными и искусственными. Естественные источники загрязнения атмосферы - извержения вулканов, лесные пожары, пыльные бури, процессы выветривания, разложение органических веществ. К искусственным (антропогенным) источникам загрязнения атмосферы относятся промышленные и теплоэнергетические предприятия, транспорт, системы отопления жилищ, сельское хозяйство, бытовые отходы.

Естественные источники загрязнения атмосферы представляют собой такие

грозные явления природы, как извержения вулканов и пыльные бури. Обычно они имеют катастрофический характер. При извержении вулканов в атмосферу выбрасывается огромное количество газов, паров воды, твердых частиц, пепла и пыли. После затухания вулканической деятельности общий баланс газов в атмосфере постепенно восстанавливается. Так, в результате извержения вулкана Кракатау в 1883 г. в атмосферу было выброшено около 150 млрд т пыли и пепла. Мелкие пылевые частицы держались в верхних слоях атмосферы в течение нескольких лет.

Извержение вулкана в Исландии

Пыльная буря

Существенно загрязняют атмосферу крупные лесные пожары

Искусственные источники загрязнения наиболее опасны для атмосферы

По агрегатному состоянию все загрязняющие вещества антропогенного происхождения подразделяются на твердые, жидкие и газообразные, причем последние составляют около 90% от общей массы выбрасываемых в атмосферу загрязняющих веществ.

Загрязнение атмосферы различными отраслями промышленности

Особое место среди источников загрязнения атмосферы занимает

химическая промышленность. Она поставляет диоксид серы (SO2), сероводород (H2S), оксиды азота (N0, N02), углеводороды (СxНy), галогены (F2, Cl2) и др.

Смог

С каждым годом возрастает роль автомобильного транспорта в загрязнении

атмосферы выхлопными газами.

Серьезные последствия имеет загрязнение воздуха хлорфторметанами, или

фреонами. С широким использованием фреонов в холодильных установках, в производстве аэрозольных баллонов связано их появление на больших высотах, в стратосфере и мезосфере. Высказываются опасения относительно возможного взаимодействия озона с галогенами, которые выделяются из фреонов под действием ультрафиолетового излучения. По данным специалистов, уменьшение слоя озонового экрана только на 7-12% 10-кратно увеличит (в умеренных широтах) интенсивность ультрафиолетового излучения с длиной волны 297 нм, а в связи с этим в несколько раз возрастает число людей, заболевших раком кожи. Уменьшению слоя озонового экрана способствуют газы, выделяемые турбореактивными самолетами, полеты ракет, разнообразные эксперименты, проводимые в атмосфере: вынос в стратосферу медных опилок, иголок, кристаллов NaCl и др..

В атмосферу Земли ежегодно выбрасывается в среднем более 400 млн т

главных поллютантов (загрязнителей): диоксида серы, оксидов азота, оксидов углерода и твердых частиц. «Вклад» промышленно развитых стран в загрязнение атмосферы распределяется следующим образом: по диоксиду серы - 12% (Россия), 21% (США); по оксидам азота - 6% (Россия), 20% (США); по оксиду углерода - 10% (Россия), 70% (США).

Промышленность России выбрасывает в атмосферу в среднем 19,5 млн т

загрязняющих веществ за год. По степени токсичности выбросов в атмосферу отрасли промышленности можно расположить следующим образом: цветная металлургия, химическая, нефтехимическая, черная металлургия, деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная. На одного жителя России приходится около 342 кг выбросов в атмосферу в год. В 84 городах России загрязнение воздуха более чем в 10 раз превышает ПДК. Из 148 млн россиян 109 млн проживают в неблагоприятных экологических условиях с точки зрения загрязнения атмосферного воздуха, в том числе 60 млн человек при постоянном превышении ПДК токсичных веществ в воздухе. В связи с этим возрастает число людей, особенно детей, страдающих от респираторных заболеваний, от болезней органов кровообращения, аллергии, бронхиальной астмы и др.

Радиоактивное загрязнение атмосферы

Радиоактивные вещества относятся к особо опасным для людей, животных и растений. Источники радиоактивного загрязнения в основном техногенного происхождения. Это экспериментальные взрывы атомных, водородных и нейтронных бомб, различные производства, связанные с изготовлением термоядерного оружия, атомные реакторы и электростанции; предприятия, где используются радиоактивные вещества; станции по дезактивации радиоактивных отходов; хранилища отходов атомных предприятий и установок; аварии или утечки на предприятиях, где производится и используется ядерное топливо. Естественные источники радиоактивного загрязнения в основном связаны с выходом на поверхность урановых руд и горных пород, имеющих повышенную природную радиоактивность (граниты, гранодиориты, пегматиты).

Большую опасность для людей, растений и животных представляют

испытания ядерного оружия, аварии и утечки на предприятиях, где используется ядерное топливо.

5. Состояние атмосферы крупных городов и промышленных центров

6. Тепловое, шумовое и другие виды загрязнений

В промышленных центрах и крупных городах атмосфера подвергается

тепловому загрязнению в связи с тем, что в воздух поступают вещества с более высокой температурой, чем окружающий воздух. Температура выбросов обычно выше средней многолетней температуры приземного слоя воздуха. Из труб промышленных предприятий, из выхлопных труб двигателей внутреннего сгорания, из труб отопительных систем домов, при лесных пожарах выделяются вещества, нагретые до 60° С и более. Среднегодовая температура атмосферного воздуха над крупными городами и промышленными центрами на 6-7° С выше температуры воздуха прилегающих территорий. Специалисты отмечают, что в последние 25 лет средняя температура тропосферы поднялась на 0,7°С.

Не следует игнорировать своеобразную электромагнитную форму

загрязнения атмосферного воздуха. Его влияние на человека, животных и растения еще мало изучено, поэтому бытуют всякие домыслы и предположения. Электромагнитное загрязнение связано с приборами и оборудованием, вырабатывающими электрические и магнитные поля. В настоящее время специальные медико-биологические исследования выявляют воздействие таких полей на здоровье человека.

7. Последствия загрязнения и нарушения газового баланса атмосферы

Влияние загрязненного воздуха на человека может быть как прямым, так и косвенным. Прямое влияние выражается в том, что загрязнители в виде газов и пыли попадают вместе с вдыхаемым воздухом в организм и оказывают на него непосредственное действие, вызывая отравления и различного рода заболевания. Среди соединений серы наиболее токсичен для человеческого организма ее диоксид (SО2). При увеличении концентрации диоксида серы в окружающем воздухе повышается вероятность сердечно-сосудистых и легочных заболеваний. Бронхиальная астма - наиболее частое заболевание, связанное с повышенным содержанием в воздухе диоксида серы. В районах с его повышенной концентрацией установлена повышенная смертность от бронхитов.

Загрязнение воздуха может оказывать вредное косвенное влияние

С увеличением запыленности атмосферы над крупными городами снижается прямая солнечная радиация, в их центрах солнечная суммарная радиация на 20-50% ниже, чем в пригородах. Существенно уменьшается поступление ультрафиолетовых лучей, поэтому в воздухе увеличивается количество болезнетворных бактерий. В запыленном воздухе резко возрастает число ядер конденсации воды. В результате туманных и облачных дней в крупных городах бывает в несколько раз больше, чем за их пределами.

Загрязненность атмосферы отрицательно сказывается на растительности

городов и их окрестностей. Особенно большой вред растениям приносят присутствие в воздухе диоксида серы, фтора, хлора, их соединений, других окислителей, угарного газа и др. Промышленные газы воздействуют на ассимилирующий аппарат зеленых растений. Они разрушают цитоплазму и хлоропласты в клетках листьев, угнетают деятельность устьиц, в 1,5-2 раза снижая интенсивность транспирации, фотосинтеза, разрушают корневую систему. Особенно подвержены вредному воздействию загрязнителей атмосферы хвойные деревья: сосна, ель, пихта, кедр. Они первыми погибают от загрязнения атмосферы вблизи крупных промышленных районов.

В окрестностях химических заводов исчезают многие виды животных, а

концентрация ядовитых веществ в теле животного превышает их концентрацию в окружающем воздухе в десятки раз.

8. Влияние загрязнений и изменения газового баланса атмосферы на

климат

Наряду с локальным загрязнением атмосферы над городами в последнее время все большую тревогу вызывает проблема ее глобального загрязнения. Распространяясь воздушными течениями, загрязнения могут вызывать нарушения глобального характера и оказывать влияние на жизнь всей планеты. Одна из важнейших проблем сейчас - увеличение в атмосфере диоксида углерода и пыли.

Возрастание диоксида углерода в атмосфере усиливает «парниковый

эффект», так как CO2 успешно пропускает длинноволновые лучи солнечного света к поверхности Земли и задерживает коротковолновое излучение. Поэтому, чем выше концентрация CO2 в атмосфере, тем меньше тепла рассеивает Земля, тем выше средняя температура у земной поверхности.

В противоположном направлении на климат влияет запыленность атмосферы

Пылевые частицы, скапливаясь в верхних слоях атмосферы, отражают часть солнечных лучей и тем самым сокращают количество тепла, поступающего на Землю от Солнца.

Экономический ущерб от загрязнения воздуха объясняется следующим:

масса выбрасываемых веществ, которые могут быть использованы в смежных отраслях хозяйства, уходит в воздух, разрушая различные сооружения и материалы, вызывая гибель домашних и диких животных, лесных и культурных растений, рост заболеваний и смертности людей.

9. Оценка негативного влияния загрязнения атмосферы

Для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия в России применяются критерии оценки экологической обстановки территорий, утвержденные Министерством охраны окружающей среды и природных ресурсов Российской Федерации в 1992 г. Согласно этим критериям негативное воздействие загрязнения атмосферного воздуха происходит двумя основными путями, которые учитываются при определении зон экологического неблагополучия: • прямого контакта с загрязненным воздухом; • выпадения загрязняющих веществ из атмосферы и вторичного загрязнения окружающей среды.

Изменение среды обитания людей устанавливается по ухудшению их

здоровья (медико-демографические показатели) и степени загрязнения атмосферного воздуха. К основным медико-демографическим показателям относятся смертность, заболеваемость, нарушение репродуктивной функции женщин и нарушение состояния здоровья новорожденных. Степень загрязнения атмосферного воздуха устанавливается по кратности превышения ПДК основных загрязняющих веществ с учетом их биологического действия.

10

Меры по охране атмосферного воздуха

Очистные фильтры Безотходная технология Переход на использование новых экологически безопасных источников энергии Озеленение городов и промышленных центров

11

Правовая охрана атмосферы

Основным законодательным актом Российской Федерации в данной области является Закон РСФСР «Об охране атмосферного воздуха» 1982 г. В соответствии с данным Законом приняты другие нормативные правовые акты Российской Федерации и ее субъектов, регулирующие нормы допустимого загрязнения атмосферы, определяющие предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ и предельно допустимые выбросы (ПДВ) их, а также решающие другие вопросы охраны атмосферного воздуха.

К ведению РФ отнесено:

ведению РФ отнесено:

Определение общих мероприятий и установление основных положений в области охраны атмосферного воздуха; установление нормативов предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе и уровней вредного физического воздействия на него; установление единой системы государственного учета вредных воздействий на воздух; государственный контроль за охраной атмосферного воздуха и установление порядка его осуществления.

Предельно допустимые концентрации (ПДК) и предельно допустимые выбросы

редельно допустимые концентрации (ПДК) и предельно допустимые выбросы (ПДВ) — это установленные компетентным органом государственной власти нормативы загрязняющих веществ в атмосфере, воде и т. п. Они устанавливаются в целях охраны атмосферного воздуха от загрязнений, снижения вредных физических воздействий на него, контроля за состоянием атмосферного воздуха, прогнозирования изменений качества атмосферного воздуха. Постановлением Правительства Российской Федерации от 3 августа 1992 г. определен порядок разработки и утверждения нормативов выбросов и сбросов загрязняющих веществ и размещения отходов.

12

Международно-правовая охрана атмосферы Земли, околоземного и космического пространства

Центральное место в системе норм по охране атмосферы Земли занимают Конвенция о запрещении военного или любого иного враждебного использования средств воздействия на природную среду 1977 г., Конвенция о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния 1979 г., Рамочная конвенция ООН об изменении климата 1992 г.

В соответствии с Конвенцией о трансграничном загрязнении воздуха на

большие расстояния 1979 г. государства пришли к соглашению о необходимых мерах по сокращению и предотвращению загрязнения воздуха, прежде всего в отношении средств борьбы с выбросами загрязнений воздуха (главным образом серы и ее соединений).

Целью принятия Рамочной конвенции ООН об изменении климата 1992 г

является стабилизация концентрации парниковых газов в атмосфере на таком уровне, который не допускал бы опасного антропогенного воздействия на климатическую систему. Участники Конвенции будут принимать предупредительные меры в области прогнозирования, предотвращения или сведения к минимуму причин изменения климата и смягчения его отрицательных последствий.

Вопросы для самоконтроля

1. Перечислите основные свойства атмосферы. 2. Назовите основные загрязняющие атмосферу вещества и их источники. 3. В чем сущность и механизмы проявления «парникового эффекта»? Какие газы относятся к «парниковым»? 4. Какие факты подтверждают наличие «парникового эффекта»? 5. Какие факторы действуют в направлении, противоположном «парниковому эффекту»? 6. Назовите основные источники поступления парниковых газов в атмосферу. 7. Какие цепные реакции сопутствуют или могут сопутствовать «парниковому эффекту»? 8. Какие проблемы связаны с озоном в приземных слоях атмосферы и в озоновом слое? 9. Что является причинами и следствиями изменений в содержании озона? 10. Какие атмосферные осадки относят к категории кислых? 11. Какие вещества и виды деятельности человека обусловливают основной «кислотный эффект» осадков? 12. В чем проявляется действие кислых осадков на воды, почву, растительный покров? 13. В каких районах и условиях кислые осадки наиболее вероятны и где наиболее вероятен их отрицательный эффект? 14. Перечислите известные вам меры по охране атмосферного воздуха.