2. Изменение свойств воздушной среды

2. настоящее время выделяются три основных источника заг рязнения атмосферы: промышленность, транспорт и котельные, которые потребляют более 70 % еже­годно добываемого твердого и жидкого топлива. Доля каждого из этих источни­ков в общем загрязнении воздуха в разных регионах различна. Наиболее сильно шгрязняют воздух теплоэлектростанции (ТЭС) и металлургические предприятия, ныбрасывая в воздух с дымом сернистый и углекислый газ, оксиды азота, серо­водород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка.

Атмосферные загрязнители подразделяют на первичные, поступающие непос­редственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения пер­вичных. Так, сернистый газ (SO2) окисляется в атмосфере до серного ангидрида ($Оэ), который взаимодействует с парами воды и образует капельки серной кис­лоты. В результате реакции серного ангидрида с аммиаком возникают кристаллы Сульфата аммония. Аналогичным образом — путем химических, фотохимических, физико-химических реакций между загрязняющими веществами и компонентами ,i гмосферы — образуются другие вторичные загрязнители.

Аэрозольное загрязнение атмосферы

Аэрозоли — твердые или жидкие атмосферные частицы, обладающие малыми ско­ростями осаждения.

Аэрозоли подразделяются на пыль (размеры частиц более I мкм), дым (разме­ры твердых частиц менее 1 мкм) и туман (размеры жидких частиц менее 10 мкм).

Твердые компоненты аэрозолей в ряде случаев особенно опасны для живого организма, а у людей они вызывают специфические заболевания. Значительная часть аэрозолей образуется в атмосфере при взаимодействии твердых и жидких частиц между собой или с водяным паром. Средний размер аэрозольных частиц — 11-51 мкм. Большое количество пылевых частиц образуется также в процессе про­изводственной деятельности людей. Пыль — один из наиболее распространенных Загрязнителей атмосферы. Она оказывает вредное воздействие на живые организ­мы, растительный мир, ускоряет разрушение металлоконструкций, зданий, соору­жений.

Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха яв­ляются ТЭС. которые потребляют уголь высокой зольности, а также обогатитель-

4. Основы Свэопасмост* «иомедеигвпвмости ные фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые заводы. Аэрозольные частицы от этих источников отличаются большим разнообразием химического со­става. Чаще всего в них присутствуют соединения кремния, кальция и углерода, реже — оксиды металлов: железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена; встречается асбест.

Источником ныли и ядовитых газов служат и массовые взрывные работы. На­пример, в результате одного среднего по массе взрыва (1250-3000 г взрывчатых веществ) в атмосферу выбрасывается около 12 тыс. м³ условного оксида углерола и более 1150 т пыли. Производство цемента и других строительных материалом также является источником загрязнения атмосферы пылью. Основные технологи­ческие процессы этих производств — измельчение и химическая обработка шихт, полуфабрикатов и получаемых продуктов в потоках горячих газов — всегда со­провождаются выбросами пыли и других вредных веществ в атмосферу.

Смог

Отработанные газы автотранспорта содержат ряд продуктов полного и неполного сгорания топлива, которые могут вступать в фотохимические реакции с оксидами азота, образуя смог — сложное сочетание пылевых частиц, капель тумана, токсич­ных газов. От него страдают люди, животные, растения, разрушаются покрытия зданий, скульптуры.

Различают смог ледяной, влажный и фотохимический.

Ледяной смог (аляскинского типа) — это сочетание газообразных загрязните­лей, пылевых частиц и кристалликов льда, возникающих при замерзании капель тумана и пара отопительных систем.

Влажный смог (лондонского типа) возникает в результате сочетания густого тумана с примесью газообразных загрязнителей — дыма, газовых отходов произ­водства (в основном сернистого ангидрида SO2) и пылевых частиц. Сам по себе лондонский туман не опасен для человеческого организма. Он становится вред­ным только тогда, когда чрезмерно загрязнен токсическими примесями. Так, смог в 1952 г. за 3-4 дня погубил более 4 тыс. человек: над всей Англией возникла зона высокого давления и в течение нескольких дней сохранялась безветренная погода. Однако трагедия разыгралась только в Лондоне, где была высокая степень загрязнения атмосферы. Английские специалисты определили, что смог 1952 г. содержал несколько сот тонн дыма и диоксида серы SO2. При сопоставлении за­грязненности атмосферного воздуха в Лондоне в эти дни с уровнем смертности было отмечено, что смертность увеличилась прямо пропорционачьно концентра­ции в воздухе дыма и SO2. Главным действующим компонентом смога лондонско­го типа был диоксид серы (5-10 мг/м³ и выше).

Фотохимический смог (сухой, лос-анджелесского типа) — это пелена едких газов и аэрозолей повышенной концентрации (без тумана), возникающая под дей­ствием ультрафиолетовой радиации солнца и воздуха в результате фотохимичес­ких реакций, происходящих в атмосфере в присутствии газовых выбросов автомо­билей и химических предприятий.

I Для фотохимического смога более характерна желто-зеленая или сизая сухая илмка. а не сплошной туман. Появляется неприятный запах, резко ухудшается ви- нимость. Погибают домашние животные, главным образом собаки и птицы. У лю- дей фотохимический смог вызывает раздражение глаз, слизистых оболочек носа

2. горла, симптомы удушья, обострение легочных и различных хронических забо­леваний. Смог оказывает вредное влияние и на растения, особенно на бобы, свеклу, Маки, виноград, декоративные насаждения. Сначала наблюдается набухание лис- гъев. Через некоторое время нижняя поверхность листьев приобретает серебрис­тый или бронзовый оттенок, а на верхней поверхности появляются пятна и белый Налет. Затем происходит быстрое увядание растения. Фотохимический туман вы- Чывает коррозию материалов и элементов зданий, растрескивание красок, резино­вых и синтетических изделий, порчу одежды. Из-за плохой видимости нарушается работа транспорта.

В процессе фотохимических реакций возникают вещества, значительно пре- посходящие исходные по своей токсичности. Основные компоненты фотохими­ческого смога — фотооксиданты (озон, органические перекиси, нитраты, нитри­ты), оксиды (IV) азота, оксид (II) и оксид (IV) углерода, углеводороды, альдегиды, Кетоны. фенолы, метанол и т. д. Эти вещества в меньших количествах всегда при­сутствуют в воздухе больших городов, в фотохимическом смоге их концентрация намного превышает предельно допустимые нормы.

Загрязнение атмосферы выбросами транспортных средств

В последние десятилетия в связи с быстрым развитием автотранспорта и авиации существенно увеличилась доля выбросов, поступающих в атмосферу от подвиж- йых источников: грузовых и легковых автомобилей, тракторов, тепловозов и са­молетов. В городах на долю автотранспорта приходится (в зависимости от уровня развития в данном городе промышленности и числа автомобилей) от 30 до 70 %

Г щей массы выбросов.

Автотранспорт. Сильно загрязняют атмосферу автомобили, работающие на бензине (на их долю приходится около 75 % выбросов), самолеты (около 5 %), автомобили с дизельными двигателями (около 4 %). тракторы и другие сельско­хозяйственные машины (около 4 %), железнодорожный и водный транспорт (око­ло 2 %).

Наибольшее количество затрязняющих веществ выбрасывается при разгоне омобиля, а также при движении с малой скоростью. Относительная доля (от щей массы выбросов) углеводородов и оксида углерода наиболее высока при торможении и на холостом ходу, а доля оксидов азота — при разгоне. Из этих дан­ных следует, что автомобили особенно сильно загрязняют воздушную среду при частых остановках и при движении с малой скоростью.

Создаваемые в городах системы движения в режиме «зеленой волны», кото­рые существенно сокращают число остановок транспорта на перекрестках, при­даны снизить загрязнение атмосферного воздуха.

Несмотря на то, что дизельные двигатели более экономичны и таких веществ, как оксид углерода (СО;), диоксид азота (NO:), выбрасывают не более, чем беи-

4* Основы бвзоовоости »ом«д»*твлм«ости

зиновые, они дают существенно больше дыма (преимущественно несгоревшегч углерода, который, к тому же, обладает неприятным запахом, создаваемым неко торыми несгоревшими углеводородами). А если учесть, что дизельные двигатели производят сильный шум, становится понятно, что они воздействуют на здоровы человека гораздо больше, чем бензиновые.

Двигатели самолетов. Хотя суммарный выброс загрязняющих веществ дви гателями самолетов сравнительно невелик (для города, страны), в районе аэро порта эти выбросы вносят определяющий вклад в загрязнение среды. К тому же турбореактивные двигатели (как и дизельные) при посадке и взлете выбрасываю! хорошо заметный глазу шлейф дыма.

Значительная часть топлива тратится на выруливание самолета к взлетно-по- садочной полосе перед взлетом и на заруливанне после посадки. Доля несгорси шего и выброшенного в атмосферу топлива при рулении намного больше, чем в полете.

В последнее время большое внимание уделяется исследованию эффектов, ко­торые возникают в связи с полетами сверхзвуковых самолетов и космических ко­раблей. Эти полеты сопровождаются загрязнением стратосферы оксидами азом и серной кислотой (сверхзвуковые самолеты), а также частицами оксида алюминии (транспортные космические корабли). Поскольку перечисленные загрязняющие ве­щества разрушают озон (озоновые дыры), то первоначально создалось мнение, что планируемый рост числа полетов сверхзвуковых самолетов и транспортных косми­ческих кораблей приведет к существенному уменьшению содержания озона с пос­ледующим |-убительным воздействием ультрафиолетовой радиации на биосферу Земли. Однако тщательный анализ этой проблемы позволил сделать заключение

о слабом влиянии выбросов сверхзвуковых самолетов на состояние стратосферы.

Наиболее опасны для человека и многих животных последствия истощения озонового экрана — увеличение числа заболеваний раком кожи и катарактой глаз Уменьшение концентрации озона только на 1 % приводит к увеличению интен­сивности ультрафиолетового излучения у поверхности Земли на 15 %.

Кроме негативного влияния на здоровье, истощение озонового слоя ведег к усилению парникового эффекта, снижению урожайности, деградации почв, об­щему загрязнению окружающей среды.

Основным антропогенным фактором, разрушающим озон, считают фреоны (хладоны), которые широко используются как газы-носители (пропелленты) в раз­личного рода холодильных установках, аэрозольных баллончиках и т. п.

Шумы — одно из вредных для человека загрязнений атмосферы. Шум — это сово­купность апериодических звуков различной интенсивности и частоты, любой неже­лательный звук для человека. Раздражающее воздействие звука (шума) на человека зависит от интенсивности, спектрального состава и продолжительности воздейст­вия. Шумы со сплошными спектрами действуют менее раздражающе, чем шумы узкого интервала частот. Уровень шума в 20-30 децибел (дБ) практически без­вреден для человека. Это естественный шумовой фон, без которого невозможна человеческая жизнь. Допустимая граница громкости звуков составляет примерно

W) дБ. Интенсивность звука, при которой ухо начинает ощущать давление и боль, шпывается порогом болевого ощущения (140 дБ). Звук в 150 дБ непереносим для Человека. Звук в 180 дБ вызывает усталость металла¹, а при 190 дБ — заклепки вырываются из металлоконструкций. Недаром в средние века существовала казнь Под колоколом. Звон колокола медленно убивал человека. Наибольшее раздраже­нно вызывает шум в диапазоне частот 3000-5000 Гц.

I Работа в условиях повышенного шума на первых порах вызывает у человека мыструю утомляемость, обостряет слух на высоких частотах. Затем он привыкает X шуму, чувствительность к высоким частотам резко падает, начинается ухудше­ние слуха, которое постепенно переходит в тугоухость и глухоту. Тугоухость — •то стойкое снижение слуха, затрудняющее восприятие речи в обычных условиях. Снижение слуха на 10 дБ человеком практически не ощущается, серьезное ухуд­шение разборчивости речи и потеря способности слышать слабые, но важные для общения звуковые сигналы, наступает при снижении слуха на 20 дБ. При интен­сивности шума в 125-140 дБ возникают вибрации в мягких тканях носа и горла,

• также в костях черепа и зубах. Если интенсивность превышает 140 дБ, то на­чинают вибрировать грудная клетка, мышцы рук и ног, появляется боль в ушах И голове, развиваются крайняя усталость и раздражительность. При уровне шума . выше 160 дБ может произойти разрыв барабанных перепонок.

Шумная музыка (70 дБ) также притупляет слух. Группа специалистов обсле­довала молодежь, часто слушающую модную современную музыку. У 20 % юно­шей и девушек слух оказался притупленным в такой же степени, как у 85-летних июдей.

Шум губительно действует не только на слуховой аппарат, но и на централь­ную нервную и сердечно-сосудистую системы человека, служит причиной мно- тих других заболеваний, мешает нормальному отдыху и восстановлению сил, нарушает сон. Шум способствует увеличению числа всевозможных заболеваний, поскольку угнетающе действует на психику, способствует значительному расхо­дованию энергии, вызывает душевное недовольство и повышает агрессивность. В общем шумовом фоне города удельный вес автотранспорта составляет 60-80 %. Внутриквартальные источники шума (спортивные игры, игры на детских площад­ках, погрузочно-разгрузочные работы у магазинов) составляют 10-20 %. Шумо­вой режим в жилых квартирах складывается из проникающего шума извне и об­разующегося в результате эксплуатации инженерного и санитарно-технического оборудования: лифтов, насосов, мусоропроводов, вентиляции.

Неслышимые звуки также опасны. Ультразвук (диапазон колебаний от 20 000 Гц и выше), занимающий заметное место в гамме производственных шумов, небла­гоприятно воздействует на организм, хотя ухо его и не воспринимает. Пассажиры самолета часто ощущают недомогание и беспокойство, одной из причин которых является ультразвук. У работающих с ультразвуковыми установками наблюдают­ся функциональные нарушения со стороны нервной, сердечно-сосудистой и эндо­кринной систем, изменяются состав и свойства крови, снижается болевая и слу­ховая чувствительность. Инфразвуки (диапазон колебаний от 16 Гц и ниже) вы­зывают у некоторых людей приступы морской болезни, заставляют внутренние органы вибрировать, что приводит к их повреждению и даже остановке сердца.

У человека под влиянием инфразвуков появляются чувство глубокой подавлен­ности и необъяснимого страха, паника. Даже слабые инфразвуки могут оказывать на человека существенное воздействие, если они носят длительный характер. Не­которые нервные болезни, свойственные жителям промышленных городов, вызы­ваются именно инфразвуками, проникающими сквозь самые толстые степы.

Мощным источником шума, интенсивность которого значительно превышает предельно допустимые нормы, являются вертолеты и самолеты, особенно сверх­звуковые.

Влияние загрязнения атмосферы на человека, растительный и животный мир

Все вещества, загрязняющие атмосферный воздух, в большей или меньшей степе­ни оказывают отрицательное влияние на здоровье человека. Эти вещества попа­дают в организм преимущественно через дыхательную систему. Органы дыхания страдают от загрязнения непосредственно, поскольку до 50 % частиц радиусом

1. 01-0,1 мкм, проникающих в легкие, осаждаются в них.

В результате статистического анализа была установлена зависимость между уровнем загрязнения воздуха и такими заболеваниями, как поражение верхних ды­хательных путей, сердечная недостаточность, бронхит, астма, пневмония, эмфизема легких, а также болезни глаз. Резкое повышение концентрации примесей в атмо­сфере, сохраняющееся в течение нескольких дней, увеличивает смертность людей пожилого возраста от респираторных и сердечно-сосудистых заболеваний.

В качестве примера рассмотрим влияние некоторых загрязняющих веществ на живые организмы.

Оксид углерода (СО) образуется при неполном сгорании углеродистых ве­ществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлоп­ными газами и выбросами промышленных предприятий. Оксид углерода активно реагирует с составными част ями атмосферы, способствует повышению темпера­туры на планете и созданию парникового эффекта. Ежегодно в атмосферу посту­пает не менее 1250 млн т этого газа.

Парниковые газы беспрепятственно пропускают к Земле солнечную радиа­цию, но задерживают тепловое излучение Земли. В результате повышается тем­пература ее поверхности, изменяются погода и климат.

Ученые подсчитали, что в XX столетии средняя температура на Земле увели­чилась на 1 градус. По прогнозам, к 2100 г. она возрастет на 3 градуса, что приве­дет к мощному таянию вечных льдов Антарктики и Аркгики, повышению уровня Мирового океана на несколько метров, затоплению огромных участков террито­рии, включая такие прибрежные города, как Токио, Нью-Йорк, Венеция.

Под парниковым эффектом понимают возможное повышение глобальной тем­пературы планеты, обусловленное постепенным накоплением парниковых газон в атмосфере и изменением теплового баланса.

Основным парниковым газом является диоксид углерода — СО; Его вклад в парниковый эффект, по разным данным, составляет от 50 до 66 %. К другим парниковым газам относятся метан (около 18 %), оксиды азота (примерно 3-5 %), а также озон, фреоны (хлорфторуглероды) и другие газы.

Сернистый ангидрид (SO,) выделяется в процессе сгорания серосодержа­щего топлива или переработки сернистых руд. SO; в смеси с твердыми частица­ми (при концентрации дыма 150-200 мкг/м³) приводит к нарастанию симптомов затрудненного дыхания и обострению болезней легких. При концентрации дыма 500-750 мкг/м' резко увеличивается число больных и повышается количество смертельных исходов. Серный ангидрид (SO-,) образуется при окислении сернис­того ангидрида и в дальнейшем превращается в раствор серной кислоты в дож­девой воде — кислотные дожди (реакция среды рН<5,0у, которые подкисляют почву, обостряя тем самым заболевания дыхательных путей человека. При сжи­гании различных видов топлива, а также с выбросами различных предприятий в атмосферу поступает значительное количество оксидов серы и азота, при вза­имодействии которых с атмосферной влагой образуются азотная и серная кисло­ты. К ним примешиваются органические кислоты и некоторые соединения, что в сумме дает раствор с кислой реакцией.

Кислые осадки, попадая в водные источники, повышают кислотность и жест­кость воды. Такая вода сильно подавляет деятельность ферментов, гормонов и дру­гих биологически активных веществ, от которых зависят рост и развитие организ­мов, живущих в воде. Кислые осадки повреждают защитные ткани, увеличивают вероятность проникновения через них патогенных бактерий и грибов, способству­ют вспышкам численности вредных насекомых. Особенно сильно повреждаются хвойные леса.

В образовании кислотных дождей принимают участие не только оксиды серы, но и оксиды азота (наиболее опасным оксидом азота является NO;). Основными источниками выброса оксидов азота являются предприятия, производящие азот­ные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, вискозный шелк.

Соединения фтора. Фторсодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений — фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом. Производные фтора являют­ся сильными инсектицидами. Источники загрязнения — предприятия по произ­водству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений.

Соединения хлора поступают в атмосферу с химических предприятий, про­изводящих соляную кислоту, хлорсодержащие пестициды, органические красите­ли, соду, гидролизный спирт, хлорную известь. Токсичность хлора определяется видом соединения и его концентрацией.

Назовем некоторые другие загрязняющие воздух вещества, вредно действую­щие на человека. Установлено, что у людей, профессионально имеющих дело с ас­бестом, повышена вероятность раковых заболеваний. Бериллий оказывает вредное Воздействие на дыхательные пути, а также на кожу и глаза. Пары ртути нарушают

работу центральной нервной системы и почек. Поскольку ртуть может накапли ваться в организме, то, в конечном итоге, ее воздействие приводит к расстройству умственных способностей человека.

В городах вследствие увеличивающегося загрязнения воздуха неуклонно рас тет число больных, страдающих хроническим бронхитом, эмфиземой, раком лег­ких, различными аллергическими заболеваниями.