Соотношение уровней воздействия антропогенных и естественных выбросов на биосферу, явления смога и кислотных дождей

Доля твердых частиц и вредных газов (SO2, NOX, CO и др.), появившихся в атмосфере Земли в результате антропогенной деятельности, по данным на начало 1970-х годов, невелика по сравнению с долей твердых частиц и аналогичных газов природного происхождения – лишь 16-17% общего поступления в атмосферу (табл. 3.1). Однако за 40 прошедших лет объем промышленной деятельности в биосфере возрос приблизительно на порядок величины – если судить по росту мощности потока теплового загрязнения биосферы за этот же период времени: с 6 млн. МВт (1972 г.) до приблизительно 50 млн. МВт (2010 г.). В этом случае доля выбросов антропогенного происхождения может составить порядка 50 % общего поступления частиц и газов.

Таблица 3.1

Ежегодное поступление частиц и газов в атмосферу Земли

(данные 1968 г.)

 
 
Размер поступления млн. т % 2115 100 83,8 1000 47,3 500 23,6 35 1,7 более 800 более 27,4 410 100 16,2 135 32,9 275 67,1 более 2525 100

Вид поступлений в атмосферу

1. Природного происхождения

1.1. Морская соль

1.2. Пыль

1.3. Дым

1.4. Газы

2. Антропогенного происхождения

2.1. Выбросы пыли

2.2. Газы

Всего

Таким образом, в настоящее время антропогенные источники поступления моноксида углерода, оксидов серы и азота вполне сопоставимы с естественными источниками и, в целом, оказывают глобальное влияние на баланс атмосферы Земли: данные выбросы, постепенно распространяясь в мировом воздушном океане, вносят свой вклад в возрастание фоновых концентраций указанных вредных веществ. Вместе с тем, среднемировые фоновые концентрации этих веществ достаточно низки и не опасны.

Проблема антропогенных выбросов заключается, прежде всего, в формировании на их основе полей высоких концентраций твердых частиц и газов в пространстве над крупными городами – в виде упомянутых выше пылегазовых куполов. Последние представляют собой устойчивые образования, поскольку постоянно подпитываются выбросами автотранспорта, ТЭС и других энергоустановок, промышленных предприятий. Жители крупных городов практически постоянно находятся под воздействием таких вредных веществ. А поскольку в крупных городах, городских и промышленных агломерациях проживает значительная часть населения (например, в Российской Федерации в 2009 г. – около 35%), антропогенные выбросы следует отнести к воздействиям вполне глобального характера.

Названные источники антропогенных выбросов являются причиной смога – колоссального загрязнения воздушной среды над городами.

При обычных условиях температура воздуха над воздушным бассейном населённого пункта значительно ниже той температуры, которую имеет приземный воздух. Поэтому даже при отсутствии ветра происходит вентилирование воздушного бассейна: имеющий меньшую плотность тёплый загрязнённый воздух поднимается вверх, а чистый воздух, большей плотности, поступает вниз. В некоторых местах Земли города (Лондон, Лос-Анджелес, Кемерово, Нижний Тагил и т.д.) часто возникает температурная инверсия, когда воздух над воздушным бассейном имеет более высокую температуру, чем в приземном слое, и, следовательно, меньшую плотность. Поэтому чистый воздух не может опуститься вниз и вентилировать воздушный бассейн. Ситуация ещё более усугубляется отсутствием ветра – все вредные вещества, поступающие в воздушный бассейн, остаются над городом.

В 1952 году смог в Лондоне за 5 дней погубил 5000 человек, а 10000 получили тяжёлые заболевания.

Различают следующие типы смогов:

1) ледяной (аляскинского типа) – сочетание газообразных загрязнителей, пылевых частиц и кристаллов льда, возникающих при замерзании капель тумана;

2) влажный (лондонского типа) – сочетание газообразных загрязнителей (в основном сернистого ангидрида), пылевых частиц и капель тумана;

3) сухой, фотохимический (лос-анджелесского типа) – вторичное (кумулятивное) загрязнение воздуха, возникающее при разложении загрязняющих веществ солнечными лучами, особенно ультрафиолетовыми.

Главным ядовитым компонентом фотохимического смога является

озон (О3), кроме того, в его состав входят угарный газ (СО), соединения азота (NOх), перекись ацетилнитрата, азотная кислота (HNO3) и др. На образование и устойчивость этого типа смога влияют температурная инверсия, солнечное излучение и степень загрязнения воздуха транспортными и промышленными газами.

Если вдуматься в сложившуюся ситуацию, то можно прийти к выводу о том, что наблюдается процесс медленного самоубийства человечества. По сравнению с 1900 годом в мире в несколько раз увеличилась заболеваемость, связанная со злокачественными новообразованиями. Медики и экологи считают, что практически 40% заболеваний (онкология, инфекционные заболевания, сахарный диабет, бронхиальная астма и т.п.) вызваны экологическими причинами.

Иногда именно загрязнение воздуха приводит к смертельным исходам. Чаще умирают люди, уже страдавшие тяжёлыми заболеваниями органов дыхания и сердечно-сосудистой системы. Однако есть фактор, бесспорно коррелирующий с числом серьёзных лёгочных и сердечно-сосудистых заболеваний – это курение. Курильщики в загрязнённом воздухе больше подвержены заболеваниям лёгких, чем в отсутствии загрязнения. Курение и загрязнение воздуха обладают эффектом синергизма.

К глобальным атмосферным воздействиям антропогенные выбросы следует также отнести в связи с их определяющей ролью в формировании «кислотных дождей». Диоксиды серы и азота, главным источником которых являются мощные теплоэлектростанции, путешествуя на высоте нескольких сотен метров, за счёт соединения с атмосферной влагой образуют серную и азотную кислоты, выпадающие с осадками, часто в десятках и сотнях километров от источника выделения. Так, Норвегия, выбрасывая в атмосферу двуокиси серы меньше других стран, более других страдает от кислотных осадков. В Швеции и Норвегии рыба погибла в нескольких тысячах озер и 7 реках. Ущерб не ограничивается гибелью водных обитателей. По пищевой цепи гибнут птицы и животные. Выбросы попадают в Швецию и Норвегию, которые вытянуты вдоль направления миграции загрязнений атмосферы Эффективной мерой борьбы с этими загрязнителями могло бы быть уменьшение местных концентраций путем рассеивания этих веществ по большим пространствам. Но если вредные выбросы ТЭС, энергоустановок, промышленных предприятий можно рассеять посредством высоких, хотя и дорогих, труб, то для уменьшения выбросов автотранспорта требуется, как минимум, переход на более чистое (экологически) топливо, например, на природный газ, или переход на электрический автотранспорт.