Екологія - Джигирей B.C. - 2.5. Забруднення атмосфери

2.5.1. Джерела, масштаби і наслідки забруднення атмосфери

Атмосфера завжди містить певну кількість домішок, котрі зумовлюються природними та антропогенними джерелами. До числа домішок, котрі виділяються природними джерелами, належать: пил (рослинного, вулканічного, космічного походження, внаслідок ерозії ґрунту, частинки морської солі тощо); туман, дим, гази від лісових та степових пожеж; гази вулканічного походження; різноманітні продукти рослинного, тваринного та мікробіологічного походження. Природні забруднювачі бувають розподіленими, наприклад, випадання космічного пилу, або короткочасними стихійними, наприклад, лісові та степові пожежі, виверження вулканів тощо. Рівень забруднення атмосфери природними джерелами є фоновим і несуттєво змінюється з плином часу.

Ще п'ятдесят років тому природа досить успішно ліквідовувала різноманітні забруднення, оскільки атмосфера має могутні властивості самоочищення, але нині вона з цим завданням вже не справляється.

Основними джерелами забруднення атмосфери є природні, промислові та побутові процеси. їх об'єднують у такі групи:

— забруднювачі природного походження (мінеральні, рослинні, тваринні, мікробіологічні);

— забруднювачі, які утворюються при згорянні палива для потреб промисловості, опалення житлових будинків, при роботі всіх видів транспорту.

— забруднювачі, які утворюються в результаті промислових викидів.

— забруднювачі, зумовлені згоранням і переробкою побутових і промислових відходів.

За останні кілька років у світі спалюється в середньому 10 млрд тонн палива на рік. При цьому викидається 22 млрд тонн вуглекислого газу, 150 млн тонн двоокису сірки, близько 300 млн тонн оксиду вуглецю, 50 млн тонн оксиду азоту, 200—700 млн тонн пилу і диму та багато інших речовин, з якими надходять в атмосферу шкідливі, хвороботворні, в тому числі канцерогенні та мутагенні речовини.

Найбільш поширеними токсичними речовинами, котрі забруднюють атмосферу, є: оксид вуглецю СО, діоксид сірки в SO2, оксид азоту NO, вуглеводні СnНm та пил. Основні джерела забруднення атмосфери та їхні щорічні викиди наведено в табл. 2.14.

Таблиця 2.14. Джерела викидів в атмосферу

Крім згаданих вище речовин та пилу, в атмосферу викидаються й інші, більш токсичні речовини (табл. 2.15). Зараз налічується більше 500 шкідливих речовин, котрі забруднюють атмосферу, і їхня кількість зростає.

Таблиця 2.15. Кількість щорічних викидів в атмосферу

Високі концентрації домішок та їхня міграція в атмосферному повітрі призводять до утворення більш токсичних речовин (смог, кислоти) або до таких явищ, як парниковий ефект та руйнування озонового шару.

Загальна схема реакцій утворення фотохімічного смогу досить складна і у спрощеному вигляді може бути подана такими реакціями:

Смог досить токсичний, оскільки його склад знаходиться в таких межах: 08— 60 ... 75 %; ПАН, Н202-альдегіди тощо — 25 ... 40 %.

Основна маса забруднень повітря припадає на спалювання органічних енергоносіїв (вугілля, нафти, газу, торфу, сланців, деревини), у містах до 60 % забруднень дає автотранспорт. Забруднення повітря стало великою соціальною й економічною проблемою для багатьох розвинених країн, особливо для великих міст, промислових агломератів. Сьогодні в містах забруднення повітря в 15 разів вище, ніж у сільській місцевості, й у 150 разів вище, ніж над океаном. У промислових районах за добу випадає понад 1 тонну пилу на 1 км2, у забруднених містах за рік — більше 1 кг/м2 пилу і сажі.

Пил складається з частинок вугілля та попелу, а сажа — з частинок вугілля або інших видів палива, які не згоріли.

Справжнім лихом для міст є автомобілі. Більш як 300 млн автомашин щодня викидають в повітря 800 тис. тонн окису вуглецю, 1 тис. тонн свинцю. Більшість з 200 компонентів вихлопних газів автомашин згубно впливає на організм людини, а оксид азоту є одним із компонентів смогу.

Хімічні реакції, які відбуваються в повітрі, призводять до виникнення димних туманів — смогів. Смоги виникають за таких умов: по-перше, великої кількості пилу і газів, які міста викидають у повітря, по-друге, довгого існування антициклонів, коли забруднювачі нагромаджуються в приземному шарі атмосфери. Смоги бувають декількох типів. Найбільш вивчений вологий смог. Він характерний для країн з морським кліматом, де дуже часто спостерігаються тумани і висока вологість повітря. Сухий, або лос-анджелеського типу, смог відрізняється від вологого смогу своїми властивостями. Клімат в Лос-Анджелесі (США) сухий, тому смог тут утворює не туман, а синювату млу.

За чотири дні Лондонського смогу в 1952 році загинуло понад 4 тис. чоловік.

Американець Луїс Батонн у книзі "Чисте небо" писав: "Одне з двох — або люди зроблять так, що буде в повітрі менше диму, або дим зробить так, що на Землі стане менше людей".

Третій вид смогу — льодяний смог, або смог аляскинського типу. Він виникає в Арктиці й Субарктиці при низьких температурах в антициклоні. Смоги характерні для таких міст, які розташовані в гірських котловинах, де застоюється повітря, наприклад, в Лос-Анджелесі, Нью-Йорку, Чикаго, Токіо, Мілані.

Особливо небезпечні сірчисті сполуки й оксиди азоту, які спричиняють кислотні дощі. Кислотні дощі стали дуже поширеним явищем, причому вони можуть випадати на відстані багатьох сотень і тисяч кілометрів від джерела первісного викидання речовини.

Кислотні дощі призвели до закислення природного середовища на великих територіях Європи та Північної Америки. Тут показник кислотності опадів рН в 4,5, тоді як його звичайне значення — 5,6—5,7.

Кислотні дощі залишають на листі дерев чорні плями, закислюють озера і ґрунти, змінюють їхній хімічний оклад. Так, за останні десять років у Швеції з 90 тис. озер закислено 20 тис, у Канаді — 50 тис. Близько половини озер у Норвегії мертві, там загинула риба (рН = 5). Серйозно уражені кислотними дощами близько 1 млн га вічнозелених лісів у Центральній Європі, близько 100 тис. га гинуть. Кислотні опади посилюють корозію різних матеріалів і конструкцій. Особливо небезпечні вони для унікальних історичних пам'яток, зокрема мармурових.

Процес закислення опадів триває. Розрахунки показують, що при сталих концентраціях оксиду сірки 80 мкг/м3 і оксидів азоту 50 мкг/м3, що відповідає гранично допустимим концентраціям цих речовин у більшості промислово розвинених країн, рН опадів становить 2,7. Якби такі дощі випадали постійно, то все живе загинуло б. Очевидно, це і є межею закислення.

Промислові викиди в атмосферу порушують озоновий шар, який, немов щит, прикриває Землю від сильного ультрафіолетового опромінення. Виявлено різке зменшення шару озону над Антарктидою — своєрідну "озонову дірку". Вміст озону над Антарктидою дедалі зменшується, межі "озонової дірки" розширюються. "Озонова дірка" існує не постійно, а близько місяця на рік, переважно в жовтні. Вона розширюється в бік Австралії, Південної Америки й Африки, що викликає тривогу. У грудні 1986 року з цього приводу було проведено міжнародний семінар метеорологів і геофізиків. Демонструвалися наукові фільми, які показали, що "озонова дірка" — це гігантський атмосферний вихор, який циркулює проти стрілки годинника. Щодо причин цього явища є три припущення:

— взаємодія оксидів азоту з озоном;

— реакція антропогенного хлору з озоном;

— антропогенні фреони реагують з озоном.

Фреон-12, фреон-11 містять вуглець, фтор і хлор. Вони працюють у холодильниках, балонах з лаком, дезодорантах і під впливом ультрафіолетових променів розкладаються, а молекулярний хлор руйнує озон каталітично. Якщо викиди фреону в атмосферу не припинити, то кількість озону в 2000 році зменшиться на 10 %. Різко зросте ультрафіолетове опромінення, помітно зросте кількість захворювань на рак шкіри у людей і тварин.

Постійне збільшення кількості спалюваного органічного палива призводить до підвищення концентрації С02 в атмосферному повітрі. В 1860 році його вміст становив 0,027 %, на початку XX ст. — 0,029 %, а сьогодні — 0,034 %. Прогнози показують, що до середини XXI ст. його вміст подвоїться" Це призведе до різкого посилення парникового ефекту. Моделювання на ЕОМ показало, що до цього часу середня температура на планеті підвищиться на 2—4 °С, у помірних широтах — на 10—15 °С, і в Арктиці — на 15—20 °С. У Львові середня температура січня -5 °С буде сягати +5 — +10 °С, липня — +18 °С і навіть може зрости до +28 —1-33 °С. Що ж чекає людство, якщо опадів буде лише 100—200 мм на рік, до того ж кислотних?

Виникають ще дві не менш небезпечні проблеми: потепління в Арктиці і Антарктиці призведе до швидкого танення льодовиків. Якщо їхній об'єм зменшиться на 50 %, то рівень Світового океану підніметься на 25—35 м. Багато прибережних міст буде затоплено водою. Зміна клімату супроводитиметься зміною погодних умов, які навіть важко передбачити. Справжнім екологічним катаклізмом на планеті є посуха в Африці, де пустеля наступає на савану зі швидкістю 50 км на рік замість 1 км на рік в минулому.

Охорона природи нерозривно пов'язана також з боротьбою проти термоядерної війни. Адже вона загрожує людству не тільки фізичним винищенням, а й жахливими змінами клімату, що стануться після неї. Вчені багатьох країн світу провели моделювання наслідків термоядерної війни на ЕОМ, яке отримало назву "ядерної зими". Опубліковано кілька її сценаріїв. У перший день війни в північній півкулі (тут мешкає 85 % населення світу) в атмосферу підніметься 300 млн тонн диму і пилу. Протягом тижня на поверхню планети доходитиме менше 1 % сонячного світла, а протягом наступних трьох тижнів — не більше ніж 10 %.

Вміст озону зменшиться на 50 %, що збільшить надходження ультрафіолетового проміння до смертельних для людини доз. Якщо війна відбудеться весною або влітку, температура на 20—ЗО °С знизиться, тобто літо перетвориться на зиму. Низька температура утримуватиметься кілька місяців, що порушить нормальний хід процесів фотосинтезу. Люди гинутимуть від голоду, отруйних газів,

які утворюються під час пожеж, кислотних дощів і радіоактивного зараження.

Ядерну війну можна викликати за допомогою лазерних установок з термоядерною заправкою. Кілька сотень таких лазерів, спрямувавши на Землю тисячі смертоносних променів, можуть викликати гігантські пожежі міст і сіл. Ефект від цього може бути таким же катастрофічним, як від атомного вибуху.