Глава II. Качество воздушной среды

Из всех форм деградации природной среды России наиболее опасной в настоящее время остается загрязненность атмосферы вредными веществами, оказывающими отрицательное воздействие на здоровье людей и биоту. Особенности экологической обстановки в отдельных регионах Российской Федерации и возникающие экологические проблемы обусловлены местными природными условиями и характером воздействия на них промышленности, транспорта, коммунального и сельского хозяйства. Степень загрязнения воздуха зависит, как правило, от степени урбанизированности и промышленного развития территории (специфика предприятий, их мощность, размещение, применяемые технологии), а также от климатических условий, которые определяют потенциал загрязнения атмосферы [61, с. 8].

Загрязнение атмосферного воздуха, изменение его газового состава связаны с различными видами хозяйственной деятельности [61, с. 8] человека. При разработке полезных ископаемых, производстве цемента, внесении удобрений, сжигании топлива, с выхлопными газами автотранспорта, при трении автомобильных шин о дорожное полотно, с выбросом отходов промышленного производства в атмосферу попадает большое количество взвешенных частиц и разнообразных газов. Происходит загрязнение атмосферы [61, с. 9].

Данные Госкомстата России свидетельствуют, что практически четвертая часть всех загрязняющих веществ, образовавшихся в процессе промышленного производства, поступает в атмосферный воздух. На сегодняшний день учитывается деятельность 18,6 тыс. предприятий страны, имеющих выбросы в атмосферу. Всего на этих предприятиях насчитывается более 955 тыс. источников выбросов загрязняющих веществ. В 1999 г. ими было выделено 79,6 млн. т загрязняющих веществ, из которых 15,7 млн. т поступили в атмосферный воздух без очистки, а 63,9 млн. т поступили в очистные сооружения, где было уловлено и обезврежено 61,1 млн. т выбросов [61, с. 9].

Число жителей, испытывающих опасное влияние 10-кратного превышения ПДК различных веществ, поступивших в атмосферу, достигает 40-50 млн. человек, 5-кратного – 55-60 млн. человек. Наиболее часто повышенный уровень загрязнения атмосферного воздуха связан с поступлением в атмосферу таких вредных веществ, как оксиды азота, оксид углерода, формальдегид, углеводороды, сернистый ангидрид [61, с. 9].

По данным регулярных наблюдений на станциях Росгидромета, за последние 10 лет (1990-1999) средние за год концентрации таких веществ, загрязняющих атмосферный воздух, как диоксид серы, взвешенные вещества, аммиак, фенол, фтористый водород, сажа и сероуглерод, снизились на 5-49 %, что объясняется уменьшением промышленных выбросов в результате спада производства. В то же время концентрации оксида углерода и диоксида азота возросли на 13-15%, что обусловлено непрерывным ростом парка автомобилей и неудовлетворительным техническим состоянием значительной их части, низким качеством топлива и плохим состоянием дорог. И в целом, несмотря на произошедшее в 1990-1999 гг. существенное сокращение промышленных выбросов и уменьшение концентраций соответствующих загрязняющих веществ в атмосферном воздухе многих городов, уровень его загрязнения в 1999 г. оставался недопустимо высоким [61, с. 9].

Специфика проблем окружающей природной среды конкретного региона во многом обусловлена природно-климатическими условиями. Россия располагает огромной территорией (17,1 млн. км²), простирающейся от Арктики до Черного и Каспийского морей, от Балтики до Тихого океана. Влияние обширного пространства суши, нагретой летом и охлажденной зимой, имеет определяющее значение в режиме движения воздушных масс континента [61, с. 9]. Россия располагается в основном в умеренных и высоких широтах, где господствует западный перенос воздушных масс с Атлантики на материк. В условиях равнинности рельефа морской воздух проникает далеко на восток. Западные ветры и формирующиеся на полярном фронте (граница раздела арктических воздушных масс и воздушных масс умеренных широт) циклоны являются преобладающим типом атмосферной циркуляции над большей частью Европейской и Сибирской равнин, особенно в теплый период года. С циклонами связаны неустойчивость погоды, частые сильные ветры, иногда штормы и ураганы, значительное количество пасмурных дней, осадки. Зимой в области полярного фронта происходит взаимодействие арктических и атлантических воздушных масс, морского и континентального воздуха умеренных широт. При прохождении большого количества циклонов наблюдаются частая смена погоды, чередование холодов и оттепелей, большое количество осадков в виде снега. По мере движения на восток в глубь континента западный перенос воздушных масс постепенно ослабевает. Наблюдается уменьшение влияния Атлантики с увеличением континентальности климата: уменьшается количество осадков, увеличиваются годовые амплитуды средних месячных и экстремальных температур. [61, с. 10].

Наиболее суровый сезон на большей части нашей страны - зима. В умеренных и высоких широтах радиационный баланс в это время года отрицательный. Земная поверхность сильно выхолаживается и охлаждает нижние слои атмосферы. Особенно интенсивно этот процесс протекает над районами Восточной Сибири, удаленными от океанов. На северо-востоке Сибири в межгорных котловинах средняя температура января опускается до -40 ...-50°С. Здесь формируется устойчивая зона повышенного давления - мощный Сибирский антициклон, от которого области повышенного давления растекаются в двух направлениях: на северо-восток вплоть до Чукотки и на запад через Северный Казахстан на юг Русской равнины (до 50° с.ш.). В области антициклона устанавливается безветренная малооблачная сухая погода, когда отсутствует всякий обмен воздушных масс [61, с. 10].

Влияние Тихого океана ограничивается восточным побережьем страны и проявляется преимущественно во время летнего муссона, но распространяется неглубоко на территорию континента, так как препятствием служат горы, идущие вдоль всей восточной окраины азиатского материка. С летним муссоном - потоком прохладного морского воздуха, приходящего на разогретый материк, связаны на Дальнем Востоке облачность, максимум осадков, сильные ветры, иногда разрушительные тайфуны и наводнения на реках [61, с. 10].

Учет природных факторов при решении экологических проблем урбанизированных территорий требует строгого обоснования [61, с. 10] выбора места для промышленного строительства с учетом оптимальных условий для жизни людей. В частности, при размещении промзон и основных объектов жилищного и рекреационно-культурного комплекса следует принимать во внимание господствующее направление ветров. Промышленные предприятия должны размещаться с подветренной стороны, чтобы их выбросы в атмосферу не попадали в жилые районы города [61, с. 11].

Необходимо учитывать также тот фактор, что городская среда способствует образованию особой городской циркуляции воздушных масс и созданию «теплового колпака», усиливающего загрязнение воздушного бассейна города. Температурные различия между городом и соседней сельской местностью могут достигать 8°С, при среднем значении 1-4°С. Архитектурная планировка городов должна учитывать необходимость создания «ветровых коридоров», пропускающих воздушные массы по основным направлениям и выносящих загрязненные потоки из города [61, с. 11].

Господствующие в условиях антициклональной погоды нисходящие потоки воздуха приводят к накоплению загрязняющих веществ в приземных слоях атмосферы. Поэтому при одинаковом количестве поступающих веществ загрязнение воздушной среды будет значительно больше в районах с преимущественно антициклональным режимом погоды и меньше там, где преобладает циклоническая деятельность. По этой причине атмосферные загрязнения особенно опасны в межгорных котловинах Восточной Сибири. В частности, сверхвысокая концентрация промышленности в Кузбассе в условиях замкнутости котловинного рельефа при характерном антициклональном типе погоды создала здесь особо тяжелые условия для жизни населения. Высокоплотная застройка и горнодобывающая промышленность определяют экологическое неблагополучие региона, усиленное природным фоном [61, с. 11].

В районах, где господствуют антициклоны, промышленные и транспортные выбросы должны быть минимальными. Для нашей страны антициклональная погода наиболее типична и зимой и летом для юга Русской равнины, а зимой - для Восточной Сибири. В других областях, особенно в крупных городах, при установлении антициклональной погоды предприятия и транспорт должны на этот период резко уменьшать выбросы в атмосферу загрязняющих веществ [61, с. 11].

В циклональном вихре при неустойчивой погоде воздух активно перемешивается, поднимается в верхние слои атмосферы, где и растекается на большие расстояния (рис. 1). Это приводит к снижению концентрации вредных веществ и к широкому распространению загрязненного воздуха по территории. Масштабы загрязнения могут в таких случаях определяться по косвенным признакам (в частности, по загрязнению снежного покрова вокруг населенного пункта) [61, с. 11].

Рис. 1. Движение воздушных потоков в антициклоне (а) и в циклоне (б) [61, с. 12].

Экологическая обстановка урбанизированных территорий характеризуется многими составляющими. В частности, состояние атмосферного воздуха, объем выбросов загрязняющих веществ зависят от уровня урбанизации страны. Россия относится к странам с высоким уровнем урбанизации (73%). Городские поселения России представлены 1092 городами и 1875 поселками городского типа, где проживают соответственно 94,7 и 11,2 млн. человек (на 01.01.2000 г.). Ведущая роль в урбанизационных процессах, проявляющихся, в частности, и в степени загрязнения окружающей среды, принадлежит большим городам с населением свыше 100 тыс. человек. На европейской территории России сконцентрировано 126 больших городов (77% их числа). При современной численности населения страны – 145 559,2 тыс. человек [6] - его средняя плотность составляет 9 человек на 1 км² (в европейской части России - 29 человек, в азиатской - 3 человека на 1 км²). Расселение на Севере страны - выборочное, очаговое: близ крупных ресурсных баз, по долинам рек, в портовых районах, вдоль транспортных путей [61, с. 12].

Агломерации в основной полосе расселения (территории, расположенные южнее линии Санкт-Петербург - Омск, а также южные районы Сибири и Дальнего Востока) начали образовывать более обширные урбанистические ареалы, такие как Московский столичный регион, Ленинградская, Нижегородская, Самарско-Тольяттинская, Новосибирская агломерации, Свердловско-Челябинский регион, что при дальнейшем развитии может привести к обострению экологических проблем на отдельных территориях. Высокая степень урбанизированности характерна для Центрального, Центрально-Черноземного, Северо-Кавказского и Уральского экономических районов, а Московская, Тульская, Ярославская, Воронежская, Санкт-Петербургская агломерации лидируют среди регионов. Существенно ниже показатели урбанизированности территории Западно-Сибирского, Восточно-Сибирского и Дальневосточного экономических районов [61, с. 12].

Наблюдения за загрязнением атмосферы проводятся регулярно в 219 городах и населенных пунктах Российской Федерации на стационарных постах (621) Росгидромета. В большинстве городов измеряются концентрации от 5 до 25 веществ. В 1999 г. в России насчитывалось 195 городов с населением 64,5 млн. человек (44% населения России), в которых средние за год концентрации одного или нескольких загрязняющих веществ в атмосферном воздухе превышали ПДК. Проблему промышленного загрязнения в городах создают главным образом высокие концентрации бенз(а)-пирена, взвешенных веществ, диоксида азота, сероуглерода, формальдегида [61, с. 13].

Приоритетный список, в который включены города России с самым высоким уровнем загрязнения воздуха (индекс загрязнения атмосферы более 14), насчитывает 22 города с общей численностью населения 13 млн. человек, (табл. 1). В 79 городах уровень загрязнения воздуха высокий (4, цв. вкл.) [61, с. 13].

Таблица 1. Города с наибольшим уровнем загрязнения воздуха в 1999 г. [61, с. 13-14].

Принимая во внимание начавшийся в 1999 г. рост производства и увеличение выбросов загрязняющих веществ предприятиями основных отраслей - загрязнителей окружающей среды, а также возможный значительный рост выбросов от теплоэнергетики в связи с планируемым переводом нескольких десятков крупных ТЭС и ГРЭС с экологически чистого топлива - природного газа - на уголь и мазут, можно ожидать значительного ухудшения качества атмосферного воздуха. В целях приоритетного обеспечения интересов здоровья населения страны и сохранения природной среды необходимо усилить деятельность государственной экологической экспертизы, государственного экологического контроля за предприятиями, очистными сооружениями, а также контроля за качеством атмосферного воздуха в городах и промышленных центрах [61, с. 14].

Около 65% всех выбросов от стационарных источников приходится на европейскую часть России. Это результат деятельности промышленных предприятий Уральского, Северного и Центрального районов. Наибольшая суммарная плотность выбросов на единицу площади имеет место в Уральском, Центральном и Центрально-Черноземном районах. По объему выбросов вредных веществ в атмосферный воздух от стационарных источников бесспорным «лидером» является Красноярский край, на втором месте - Свердловская область [61, с. 14].

Наибольший объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу в расчете на одного жителя отмечается в Ямало-Ненецком автономном округе (1079 кг) (рис. 2); наибольшее количество токсичных отходов - в Кемеровской области (4752 кг) [61, с. 14].

Рис. 2. Объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух в расчете на одного жителя. Условные обозначения: 1 – менее 50 кг/чел, 2 – 50-100 кг/чел, 3 – 100-200 кг/чел, 4 – 200-400 кг/чел, 5 – 400-700 кг/чел, 6 – 700-1000 кг/чел, 7 – более 1000 кг/чел [61, с. 15].

Если говорить о доле отраслей промышленности в выбросах загрязняющих веществ в атмосферный воздух Российской Федерации, то наибольший вклад в загрязнение среды вносят электроэнергетика, цветная и черная металлургия, нефтедобыча и нефтепереработка, угольная, газовая промышленность, машиностроение (рис. 3) [61, с. 16].

Рис. 3. Доля отраслей промышленности (в %) в выбросах загрязняющих веществ в атмосферный воздух Российской Федерации в 1999 г. [61, с. 16].

Энергетика с учетом процессов добычи, переработки и использования топлива принадлежит к числу важнейших источников загрязнения воздуха (25% всех выбросов загрязняющих веществ). С энергетикой также связано нежелательное тепловое воздействие на водные ресурсы. Основная часть электроэнергии в России (до 70%) вырабатывается на ТЭС, использующих твердое топливо (уголь). При сжигании твердого топлива в атмосферу поступают сернистый и серный ангидриды, фтористые соединения, а также токсичные примеси мышьяка, двуокиси кремния и многое другое. Сточные воды ТЭС также несут загрязнения: они содержат ванадий, никель, фтор, фенолы и нефтепродукты. При работе турбин отработанный пар охлаждается водой. Поэтому от ТЭС в водоемы непрерывно поступает поток воды, подогретой на 8-12°С [61, с. 16].

Черная металлургия - также один из главных источников загрязнения атмосферы. Выброс пыли в расчете на 1 т передельного чугуна составляет 4,5 кг, сернистого газа - 2,7 кг, марганца - 0,6-0,1 кг. Из труб агломерационных фабрик, заводов идет рыжий едкий дым. Это продукты выгорания серы из нитритов (руд железа) - 190 кг серы на 1 т руды [61, с. 16].

Цветная металлургия - при получении 1 т алюминия в зависимости от типа и мощности электролиза расходуется около 38-47 кг фтора, при этом около 65% его попадает в атмосферу [61, с. 17].

Нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность насыщает атмосферу наших городов такими ядовитыми веществами, как стиролы, фенолы, ацетон и др. [61, с. 17].

Химическая промышленность в обилии поставляет в воздушную среду оксид углерода, диоксид азота, сернистый ангидрид, сероводород, хлористые и фтористые соединения [61, с. 17].

Попытками решения всех указанных проблем являются совершенствование оборудования предприятий, снижение количества отходов, внедрение безотходных и малоотходных технологий производства, вторичное использование сырья. В ряде отраслей за последние годы выбросы загрязняющих веществ существенно сократились, обезврежено значительное количество образующихся отходов. Вместе с тем в 1999 г. отмечен рост промышленного производства в отраслях, функционирование которых сопряжено с опасностью ухудшения экологической ситуации в городах. Так, наращивался объем выпуска продукции химической, нефтехимической промышленности, черной и цветной металлургии, угольной, лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности. Данная тенденция усилила напряженность экологической обстановки на большей части городских территорий. Во всех городах с населением более 1 млн. человек, включая Москву и Санкт-Петербург, экологическая ситуация сложная [61, с. 17].

Экологические проблемы урбанизированных территорий обостряются из-за увеличивающейся «автомобилизации» городов, в отдельных случаях достигающей 300 автомобилей на 1 тыс. жителей. Такая ситуация наблюдается в Московской, Санкт-Петербургской, Саратовской, Челябинской, Новосибирской агломерациях. Загрязнение воздушного бассейна отработанными газами автотранспорта в крупнейших городах имеет тенденцию к росту, достигая 50% и более от общего объема выбросов, в Москве - 93% валовых выбросов [61, с. 17].

На сегодняшний день автомобильный транспорт - главный загрязнитель атмосферы наших городов. Россия, как и большинство развитых стран мира, словно паутиной, опутана сетями оживленных автомобильных, железнодорожных и авиационных трасс, линиями электропередачи и трубопроводами. Поэтому загрязнения окружающей среды, связанные с транспортом, распространены по всей территории страны в отличие от выбросов промышленных предприятий, которые, как правило, локальны. Окись и двуокись углерода, сернистый ангидрид, углеводороды, окислы азота, соединения свинца, пыль и сажа поступают в атмосферу с выбросами автомобильных двигателей (рис. 4) [61, с. 17].

Рис. 4. Выбросы автотранспорта (данные 1997 г.) [61, с. 18].

Превышение ПДК [61, с. 17] по оксидам азота, бензола, толуола и других органических веществ на автомагистралях, проходящих в зонах жилой застройки, чрезвычайно велико во многих регионах России (Краснодарский и Алтайский края, Свердловская, Ростовская, Липецкая, Новосибирская, Тюменская, Кемеровская области и др.). Независимо от специфики промышленного производства в большинстве городов вблизи автомагистралей фиксируется наличие опасных для здоровья населения кадмия, свинца, селена в концентрациях, более чем в 2 раза превышающих фоновые. Помимо загрязнения воздушной среды токсичными выхлопами автомобиль поднимает клубы пыли, содержащие кремний, окись железа, барий. Одной только резины каждый автомобиль рассеивает в атмосферу около 10 кг. Работающий двигатель - это также тепловое и шумовое загрязнение окружающей среды [61, с. 18].

В целях существенного снижения воздействия вредных выбросов на здоровье населения автотранспортом необходимо стимулировать производство отечественных автомобилей, соответствующих требованиям правил ООН, прекратить производство и импорт этилированного бензина, а также высокосернистого дизельного топлива [61, с. 18].

Сегодня в России по железным дорогам перевозится ³/₄ всех грузов. Железнодорожный транспорт - крупный загрязнитель природной среды. Загрязнение атмосферы связано с выбросами пара, многих загрязняющих веществ, проникающих из транспортных вагонов, мусора. Железнодорожный транспорт - источник шума и электромагнитного загрязнения; с ним часто связаны лесные пожары, гибель животных, иногда людей. Транспортно-коммуникационная инфраструктура, представленная сетью автомобильных дорог с твердым покрытием (752 тыс. км) и железных дорог [61, с. 18] (86 тыс. км), оказывает существенное влияние на качество среды проживания городского населения [61, с. 19].

Негативная тенденция сокращения площадей озеленения городов вследствие изъятия земель под застройку также сказывается на экологическом состоянии урбанизированных территорий, в первую очередь на состоянии атмосферы, что существенно ухудшает условия проживания людей, влияет на их здоровье. Исследования показали, что по качеству атмосферного воздуха Восточно-Сибирский район является самым неблагоприятным для проживания. В регионе наиболее высокий в России стандартизованный показатель смертности - 14,9 на 1000 человек, наблюдается отток жителей. В 10 регионах Российской Федерации на одного жителя приходится ежегодно от 200 до 300 кг загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу. Статистические данные отражают неблагополучное состояние здоровья населения, превышение смертности над рождаемостью в большинстве регионов страны. Практически по каждому району России имеются убедительные данные о влиянии загрязнения атмосферного воздуха на показатели заболеваемости населения [61, с. 19].

В зонах наибольшего загрязнения атмосферы около крупных промышленных предприятий происходит увеличение частоты заболеваний органов дыхания, органов чувств, различных аллергических заболеваний примерно в 1,5-3 раза (по сравнению с контрольными территориями). Достоверно повысилась частота врожденных пороков развития среди новорожденных в таких загрязненных городах, как Стерлитамак, Кемерово, Новокузнецк. Достоверно увеличилось распространение рака легких во многих городах, где размещены алюминиевые заводы и крупные предприятия черной металлургии. У людей, проживающих вблизи автотрасс, под влиянием повышенного уровня шума выявлены функциональные изменения слуха, нервной и сердечно-сосудистой систем [61, с. 19].

Анализ состояния курортных и рекреационных зон России свидетельствует о продолжающемся ухудшении местных природных факторов в результате развития промышленности, транспорта, сельскохозяйственного производства, не связанных с курортной деятельностью. Многие курорты Черноморского и Каспийского побережий Кавказа превратились в зоны сложного экологического состояния, например курортные города Большие Сочи, Туапсе (1, цв. вкл.). В результате техногенного воздействия на окружающую среду при интенсивном освоении нефтедобывающих регионов Сибири, развитии здесь мощных территориально-производственных комплексов многие составляющие естественных лечебных факторов курортных мест оказались под угрозой загрязнения. Негативные последствия антропогенных нагрузок и нерациональной курортной застройки в условиях недоучета факторов местной атмосферной циркуляции и котловинного характера рельефа ряда [61, с. 19] лечебных курортных районов Сибири проявились в утрате ими прежних санитарно-бальнеологических показателей [61, с. 20].

Вопросы и задания

1. Какое влияние на климат России оказывают моря и океаны?

2.Назовите антропогенные факторы загрязнения атмосферного воздуха.

3. Где на территории России расположены регионы с высокой степенью загрязнения атмосферы?