Основи екології - Олійник Я.Б. - 5.6.1. Атмосферне забруднення та його екологічні наслідки

З розвитком промисловості, енергетики, великих міст і автотранспорту з'явилося нове джерело надходження речовин в атмосферу - так зване техногенне забруднення, яке за потужністю викидів можна поставити в один ряд із сучасною вулканічною діяльністю. Атмосферне забруднення слід розуміти як надходження у повітря різних газів, частинок рідких або твердих речовин, парів, що перевищує нормальний фон концентрації речовин та негативно впливає на організми, погіршуючи їх життєві умови. Іншими словами, атмосферне забруднення - це будь-які несприятливі зміни стану атмосферного повітря, цілком або частково викликані діяльністю людини, які безпосередньо чи опосередковано змінюють розподіл енергії, рівень радіації, фізико-хімічні властивості атмосфери та умови існування живих організмів. Ступінь змін і масштаб наслідків залежить, по-перше, від інтенсивності і характеру самого забруднення, по-друге, від стійкості атмосферного повітря до антропогенного навантаження.

Крім забруднення, нині відбувається катастрофічне зменшення вмісту кисню в атмосфері. Основні причини цього явища:

- зменшення надходження кисню внаслідок скорочення зеленого покриву планети;

- зменшення кількості фотосинтезуючого фітопланктону Світового океану внаслідок забруднення води;

- використання кисню транспортними засобами (наприклад, легковий автомобіль протягом 1 тис. км пробігу спалює річну норму споживання кисню людиною);

- споживання кисню усіма живими організмами (наприклад, людина у середньому споживає 500 л кисню на добу);

- використання кисню промисловістю у процесі спалювання викопного палива.

Живі організми здатні без шкоди для себе витримувати наявність в атмосфері певної кількості забруднювальних речовин. Рівень забруднення визначається такими трьома факторами:

1) надходженням забруднювачів у повітря; 2) об'ємом простору, у якому вони розсіюються; 3) механізмами вилучення забруднювачів з атмосфери. Найбільш поширеними та небезпечними категоріями забруднювачів є:

o Завислі - найдрібніші частинки і краплі, які знаходяться в повітрі у завислому стані та спостерігаються у вигляді смогу або туману.

o Вуглеводні та інші леткі органічні сполуки, наприклад, бензин, розчинники та розчини органічних речовин, що переходять у повітря у вигляді парів.

o Чадний газ (CO), дуже отруйний.

o Оксиди азоту і сірки - це здебільшого газоподібні сполуки азоту і кисню, а також сірчаний газ, отруйні для живих організмів.

o Важкі метали - свинець, кадмій, ртуть, мідь, нікель, цинк, хром тощо.

o Озон та інші фотохімічні окисники, тобто той озон, що надходить до приземних шарів атмосфери, де він є високотоксичним.

o Кислоти, в основному, сірчана та азотна - найчастіше наявні у вигляді крапель рідини, що утворюють кислотні опади.

Ці та інші забруднювачі шкідливо впливають на здоров'я людей, а також на якість усього навколишнього середовища (табл. 5.2). Джерелами антропогенного забруднення атмосфери є теплоенергетика, промисловість, транспорт, нафто- і газопереробка, випробування ядерної зброї тощо.

Отже, атмосферне повітря забруднюється різними газами, дрібними частинками і рідкими речовинами, а джерела його забруднення можуть бути природними і штучними (антропогенними). Природні джерела за нормальних умов не спричинюють істотних змін повітря. Водночас інтенсивне поширення того чи іншого природного джерела забруднення на певній території (викиди попелу і газів вулканами, лісові й степові пожежі) можуть стати серйозною причиною забруднення атмосфери. Так, під час виверження вулкана Кракатау у 1883 р. маса попелу та пилу становила 150 млрд т, і вони поширилися майже по всій земній кулі. Внаслідок виверження вулкана на Алясці у 1912 р. в атмосферу надійшло понад 20 млрд т пилу, який тривалий час утримувався у повітрі. Такі катастрофічні явища зумовлюють іноді утворення світлонепроникного екрана навколо Землі, а також зміну її теплового балансу. Проте природні забруднення атмосфери здебільшого не завдають великої шкоди людині, оскільки

Таблиця 5.2. Основні джерела забруднення атмосфери

відбуваються за певними екологічними законами, регулюються кругообігом речовин та відзначаються періодичністю.

Зовсім інакше відбувається антропогенне забруднення атмосфери - внаслідок діяльності людини змінюються її склад і властивості. За будовою та характером впливу на атмосферу штучні джерела забруднення умовно поділяють на технічні (пил цементних заводів, дим і сажа від згоряння вугілля) та хімічні (пило- або газоподібні речовини, які можуть вступати у хімічні реакції). За агрегатним станом усі забруднювальні речовини поділяють на тверді, рідкі й газоподібні. Саме газоподібні забруднювачі становлять майже 90 % загальної маси речовин, що надходять в атмосферу.

Забруднення атмосфери неоднакове у різних регіонах. В індустріально розвинених районах воно може бути у тисячі разів більшим за середньопланетарне. У світі щороку спалюють понад 10 млрд т органічного палива, переробляють близько 2 млрд рудних і нерудних матеріалів. Лише при спалюванні вугілля у атмосферу щороку потрапляє близько 120 млн т попелу, а разом з іншими видами пилу - до 300 млн т. За приблизними підрахунками, в атмосферу за останні 100 років надійшло 1,5 млн т арсену, 1 млн т нікелю, 900 тис. т чадного газу, 600 тис. т цинку, стільки ж міді.

Серйозної шкоди навколишньому середовищу завдає хімічна промисловість. Особливо небезпечними є сірчисті сполуки, оксиди азоту, хлор та ін. Майже всі забруднювальні речовини можуть вступати між собою в реакції, утворюючи високотоксичні сполуки. У поєднанні з туманом це явище отримало назву фотохімічного смогу. Сильним джерелом забруднення також є підприємства чорної металургії, які викидають в атмосферу багато пилу, кіптяви, сажі, важких металів (свинець, кадмій, ртуть, мідь, нікель, цинк, хром). Ці речовини стали майже постійними компонентами повітря великих промислових центрів. Особливо гостро стоїть проблема забруднення повітря свинцем.

Атмосферу забруднюють практично всі види сучасного транспорту, кількість якого постійно збільшується у всьому світі. Якщо у 1900 р. на планеті нараховувалося близько 6 тис. автомобілів, то до 2000 р. чисельність світового парку автомашин досягла 500 млн одиниць. Майже всі складники вихлопних газів автомобілів шкідливі для людського організму, а оксиди азоту до того ж беруть активну участь у створенні фотохімічного смогу. Токсичними є такі компоненти вихлопних газів, як оксид вуглецю, оксиди азоту, вуглеводні. Крім того, деякі види палива містять сірку, що зумовлює наявність у вихлопних газах діоксиду сірки.

З середини 30-х років XX ст. як антидетонатор до переважної більшості бензинів додають тетраметил- і тетраетилсвинець. У процесі руху автомобіля від 25 до 75 % цього свинцю викидається в атмосферу, осаджується на землю, потрапляє у поверхневі води. Свинець акумулюється у ґрунті і рослинності уздовж автострад (у містах уздовж вулиць із пожвавленим рухом), значна кількість сполук свинцю утримується в повітрі великих міст. За даними США і Великої Британії, до 90 % усього свинцю, що утримується в атмосфері, потрапляє туди із вихлопними газами. Сьогодні у деяких країнах (наприклад, у Японії та ін.) використання етилованого бензину вже заборонено. Забруднюється повітря і пилом гуми з покришок автомобілів і літаків (один автомобіль утворює близько 10 кг гумового пилу).

Але найбільшу загрозу для людства становить забруднення атмосфери радіоактивними речовинами. Ця проблема вперше виникла у 1945 р. після вибуху двох атомних бомб, скинутих з американських літаків на японські міста Хіросіму і Нагасакі. Незалежно від діяльності людини є також природна радіоактивність. Живі істоти певною мірою пристосувалися до неї, хоча вона належить до шкідливих факторів. Це - не нове явище, новим є лише спосіб використання його людиною. Радіоактивність і супутні з нею іонізуючі випромінювання існували на Землі задовго до зародження життя і були у Космосі до виникнення нашої планети, а до складу Землі увійшли із самого початку її утворення. Іонізуюча радіація є найважливішим елементом навколишнього середовища, який постійно впливає на стан біосфери, в тому числі і на людину. її властивості і біологічна активність залежать від інтенсивності випромінювання. Внаслідок забруднення повітря радіоактивними речовинами радіоактивне опромінення людей різко збільшилося.

Чадний газ (СО), що входить до складу смогу, - газ без кольору і запаху. Його вперше виділив французький лікар Жак де Лассон у 1776 р. при нагріванні деревного вугілля з оксидом цинку. Отруєння чадним газом можливі на виробництві і в побуті: у доменних, мартенівських, ливарних цехах; при випробуванні двигунів, використанні паливних газів для сушіння і підігріву; у хімічній промисловості; у гаражах; при дров'яному опалюванні і т. ін. Потрапляючи в організм через органи дихання, чадний газ взаємодіє з гемоглобіном і утворює карбоксигемоглобін, що не має здатності переносити кисень до тканин. Разом з цим зменшується коефіцієнт утилізації кисню тканинами. Виникають утруднення дисоціації оксигемоглобіну, ферментні порушення тканинного дихання тощо. Захисну роль відіграє залізо плазми крові: його сполучення з чадним газом перешкоджає утворенню карбоксигемоглобіну і сприяє витяганню чадного газу з тканин. При гострих отруєннях можливі головний біль, запаморочення, нудота, блювота, слабкість, задишка, прискорений пульс; можливі швидка втрата свідомості, судоми, грудки (з подальшим руховим збудженням), порушення кровообігу і дихання, ураження зорового нерва та ін.; може розвинутися токсична пневмонія.

Атмосфера має певну здатність до самоочищення. Тобто концентрація забруднювальних речовин у повітрі може зменшуватися внаслідок розпорошення їх у повітрі, осідання твердих частинок під впливом сили гравітації, випадання різних домішок з опадами (дощ інтенсивністю 1 мм/год за 45 хв вимиває з повітря до 28 % частинок пилу діаметром 10 мкм). Проте в атмосферу сьогодні надходить кількість забруднювальних речовин, настільки величезна, що вона не встигає самоочищуватися. Наприклад, при спалюванні за рік 2,1 млрд т кам'яного вугілля і 0,8 млрд т бурого вугілля у навколишнє середовище потрапляє 225 тис. т арсену, 225 тис. т германію, 153 тис. т кобальту і, крім того, мільйони тонн пилу з металургійних заводів, майже 1/5 частина усього виробленого у світі цементу. За приблизними розрахунками, маса забруднювальних речовин в атмосфері становить 9- 10 млн т. Порівняно із масою земної атмосфери це мізерна величина, однак на висоті 50-100 м від Землі, де концентрація забруднювальних речовини найбільша, частка їх є істотною відносно кількості чистого повітря.

Забруднення атмосфери призводить до руйнування будівель і споруд, що є наслідком дії абразивів (тобто твердих частинок) та корозії. Але найбільш негативно забруднення впливає на живі організми - вони уражаються як прямо, так і опосередковано, наприклад, коли забруднювальні речовини попадають в організми тварин і людей з рослинами. У забруднених районах різко підвищується ймовірність різних захворювань (найчастіше верхніх дихальних шляхів).

Отже, забруднення атмосфери - результат викидів забруднювальних речовин з різних джерел. Причинно-наслідкові зв'язки цього явища потрібно шукати в природі земної атмосфери. Забруднювачі переносяться повітрям від джерел до місць їхнього руйнівного впливу; в атмосфері вони можуть змінюватися, включаючи хімічні перетворення одних шкідливих сполук на інші, ще небезпечніші. Головними екологічними глобальними наслідками забруднення атмосфери є: парниковий ефект, руйнування озонового шару, кислотні дощі, смог.