9.4. Воздействие на атмосферу: смог, кислотные осадки

Из всех компонентов биосферы атмосфера обладает наибольшей способностью переносить возникшие в ней возмущения на большие расстояния. По этой причине атмосферные процессы являются основным механизмом превращения локальных воздействий человека на окружающую его среду в глобальные. В районах связанных с атмосферными загрязнениями резко повышена заболеваемость аллергического характера. Особенно опасны воздействия на человека канцерогенных веществ, которые способствуют развитию раковых и других опухолевидных образований. Их источниками являются выхлопные газы автомобилей, промышленные отходы при неполном сжигании твердого и жидкого топлива, отходы промышленной переработки нефти.

Загрязнение атмосферы может быть естественным (природным) и техногенным (антропогенным).

Естественное загрязнение воздуха вызвано природными процессами: извержения вулканов, лесные и степные пожары, пыльные бури, выветривание, растительная пыльца и др. Со всеми этими загрязнениями биосфера как саморегулирующая система благополучно справляется.

Антропогенное загрязнение связано с выбросами различных загрязняющих веществ в процессе деятельности человека. По своим масштабам, последствиям для природных экосистем и здоровья самого человека оно значительно превосходит природные загрязнители. Условно антропогенное загрязнение атмосферы можно разделить на следующие группы:

1) Механические (твердые) загрязнители – различные выбросы промышленных предприятий: твердые пылевидные частицы от цементных заводов и производителей удобрений, сажа от неполного сгорания всех видов топлива, истирающаяся резина от автопокрышек и т.п.

2) Химические загрязнители – пылевидные или газообразные вещества, способные вступать в химические реакции: сернистый газ, окислы азота, которые в атмосфере под воздействием солнечных лучей образуют серную и азотную кислоту.

3) Радиоактивные загрязнители – опасные выбросы радионуклидов в результате аварий на атомных электростанциях, атомных военных объектах, в результате испытаний атомного оружия и отходах от ядерного производства. Это наиболее опасное загрязнение атмосферы.

Одним из самых значимых воздействий загрязненной атмосферы на здоровье человека является смог (смесь дыма и тумана).

Смог (от англ. smoke — дым и fog — туман) — один из видов загрязнения воздуха в крупных городах и промышленных центрах.

Сам по себе туман не опасен для человеческого организма, губительным он становится, только тогда, если чрезмерно загрязнен токсическими примесями. Впервые термин «смог» был введён доктором Генри де Во в 1905 г в статье «Туман и дым». Первоначально под смогом подразумевался дым, образованный сжиганием большого количества угля (смешение дыма и диоксида серы SO₂).

Смог стал неотъемлемой частью Лондона в конце XIX века и получил название «pea-souper» (то есть похожий на гороховый суп — густой и жёлтый). Этот смог впоследствии назвали классическим или лондонским. 5 декабря 1952 над всей Англией возникла волна высокого давления, и в течение нескольких дней не ощущалось ни малейшего дуновения ветра. Однако трагедия разыгралась только в Лондоне, где была высокая степень загрязнения атмосферы — за 3-4 дня там погибло более 4000 человек и еще 8000 человек умерло в последующие несколько месяцев Английские специалисты определили, что смог 1952 г содержал несколько сот тон дыма и сернистого ангидрида. Лондонский смог наблюдается лишь в осенне-зимнее время (с октября по февраль). Главную опасность представляет содержащийся в нем оксид серы в концентрации свыше 5-10 г/м.

В 1950-х гг. был впервые описан новый тип смога — фотохимический или Лос-Анжелесский, который является результатом смешения следующих загрязнителей воздуха:

■ оксиды азота, например, диоксид азота (продукты горения ископаемого топлива);

■ тропосферный (приземный) озон;

■ летучие органические вещества (пары́ бензина, красок, растворителей, пестицидов и других химикатов);

■ перекиси нитратов.

Все эти ингредиенты содержатся в выхлопных газах автомобилей и они крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы человека. Особенно остро воздействие выхлопных газов начало сказываться в Лос-Анжелесе (из-за огромного числа производимых автомобилей его еще называли неофициальной автомобильной столицей мира), который расположен в низине окруженной со всех сторон холмами, где примерно 270 суток в году проходят со смогом.

Кислотные осадки. Кислотные осадки (кислотные дожди) имеют рН менее 5,6. Образуются они при промышленных выбросах в атмосферу диоксида серы и окислов азота, которые, соединяясь с атмосферной влагой, образуют серную и азотные кислоты. В настоящее время в атмосферу попадает примерно 60-70 млн. тонн серы в виде двуоокиси (SO₂). Это примерно в 2 раза превосходит естественные источники (в атмосферу сера поступает из почвы в форме газообразных соединений).

Термин «кислотные дожди» ввел в 1872 году английский инженер Роберт Смит в книге «Воздух и дождь: начало химической климатологии». Впоследствии термин «кислотный дождь» трансформировался в термин «кислотные осадки», как более широкое определение всей совокупности осадков, содержащих примеси, вредные для жизнедеятельности организмов. Особенно сильное влияние кислотных дождей начало проявляться в 70-е годы. В реках и озерах скандинавских стран стала исчезать рыба и особенно раки. Снег в горах окрасился в серый цвет, листва с деревьев опала раньше времени. Мировой рекорд в этом печальном явлении принадлежит шотландскому городку Питлокри, где 20 апреля 1974 г, выпал дождь с рН - 2,4, — это уже не вода, а что-то вроде столового уксуса. Очень скоро то же явление заметили в США, Канаде. Заметно пострадали от кислотных осадков озерные водоемы и особенно в северных странах: Канаде, Норвегии, Швеции, Финляндии и США, в России в Карелии. Так, например в одной только Швеции в 1800 озерах полностью были утрачены признаки жизни.

До определенного времени проблема кислотных осадков считалась региональной связанной главным образом с развитием промышленности Северного полушария, где интенсивно использовались техногенные ископаемые. Однако в связи с тем, что выбросы промышленных предприятий могут переносится воздушными потоками на многие тысячи километров и вызывать кислотные осадки в странах, которые находятся на больших расстояниях от источников загрязнения, сделали эту проблему глобальной. На рис. 9.4.1 показано как образуются кислотные дожди и выпадают на поверхность Земли.

Огромный вред наносят они лесам да и садам тоже. Особенно страдают хвойные деревья, потому, что хвоя сменяется реже, чем листья, и поэтому накапливает больше вредных веществ. По этой причине в различных регионах мира уже практически погибали леса на площади более 31 млн. га. В настоящее время на территории Германии кислотными осадками повреждено более 30% лесных насаждений, а в Канаде уже погибли старейшие леса из бальзамической ели (возраст которых насчитывался не менее 300 лет). Из сельскохозяйственных растений наиболее подверженными этому вредоносному действию оказались листья томатов, фасоли, баклажанов, табака, подсолнечника, винограда и хлопчатника, урожайность которых может снижаться в среднем на 20-30%. А вот наименее восприимчивыми оказались — озимая пшеница, клевер, люцерна, кукуруза и салат.

Конечно же, атмосфера обладает способностью к самоочищению от загрязняющих веществ. Не будь этого, человечество давно погибло бы от собственных промышленных отходов. Всякое загрязнение вызывает у природы защитную реакцию, направленную на его нейтрализацию. Эта способность долгое время эксплуатировалась человеком бездумно и хищнически. Казалось, как ни велика масса отходов, по сравнению с защитными ресурсами она незначительна. Однако процесс загрязнения прогрессирует, и становится очевидным, что природные системы самоочищения не безграничны.