double arrow
Загрязнение гидросферы

Высокие концентрации и миграция примесей в атмосферном воз­духе стимулируют их взаимодействие с образованием более токсичных соединений (смога, кислот) или приводят к таким явлениям, как «парниковый эффект» и разрушение озонового слоя.

Для образования смога в атмосфере в солнечную погоду необходимо наличие оксидов азота, углеводородов (их выбрасывают в атмосферу автотранспорт, промышленные предприятия). Воздействие фотохимического смога на человека и растительность показано в табл.5.

Таблица 5.

Концентрация оксидантов     Экспозиция, ч       Эффект воздействия
мкг/м3 млн-1
0,05 Повреждение растительности
0,1 Раздражение глаз
0,13 Обострение респираторных заболеваний
    0,3   Ухудшение спортивных пока­зателей

Примечание. В России принято выражать концентрации газообразных примесей в мг/м3, а за рубежом - в частях на миллион (млн-1).

Фотохимические смоги, впервые обнаруженные в 40-х годах в г. Лос-Анджелес, теперь периодически наблюдаются во многих городах мира.

Кислотные дожди известны более 100 лет, однако проблема этих дождей возникла около 20 лет назад.

Источниками кислотных дождей служат газы, содержащие серу и азот. Кислотные дожди возникают вследствие неравномерного распределения этих газов в атмосфере. Например, концентрация S02 (мкг/м3) обычно таковы: в городе 50...1000, на территории около города в радиусе около 50км-10...50, в радиусе около 150 км - 0,1...2, над океаном - 0,1.




Основными реакциями в атмосфере являются:

I вариант: молекулы в атмосфере быстро конден­сируются в капли;

II вариант: образуется активированная молекула диоксида серы.

Источниками поступления соединений серы в атмосферу являются:

1. Естественные (вулканическая деятельность, действия микроорганиз­мов и др.) - 31...41 %.

2. Антропогенные (ТЭС, промышленность и др.) - 59...69 %.

Всего поступает в атмосферу - 91...112 млн. т в год.

Концентрации соединений азота (мкг/м3) составляют:

- в городе -10...100;

- на территории около города в радиусе 50 км - 0,25...2,5;

- над океаном - 0,25.

Из соединений азота основную долю кислотных дождей дают N0 и N02. Источниками соединений азота являются: естествен­ные (почвенная эмиссия, грозовые разряды, горение биомассы и др.) - 63 % и антропогенные (ТЭС, автотранспорт, промышленность) - 37 %.

Всего в атмосферу поступает 51...61 млн. т в год.



Серная и азотная кислоты поступают в атмосферу также в виде тумана и паров от промышленных предприятий и автотранспорта. В городах их концентрация достигает 2 мкг/м3.

Соединения серы и азота, попавшие в атмосферу, вступают в химическую реакцию не сразу, сохраняя свои свойства соответственно, в течение 2 и 8... 10 суток. За это время они могут вместе с атмосферным воздухом пройти расстояния 1000...2000 км и лишь после этого выпа­дают с осадками на земную поверхность.

Различают два вида седиментации: влажная и сухая. Влажная - это выпадение кислот, растворенных в капельной влаге, она возникает при влажности воздуха 100,5 %; сухая — реализуется в тех случаях, когда кислоты присутствуют в атмосфере в виде капель диаметром около 0,1 мкм. Скорость седиментации в этом случае весьма мала и капли могут проходить большие расстояния (следы серной кислоты обнаружены даже на Северном полюсе).

Различают прямое и косвенное воздействие кислотных осадков на человека.

Прямое воздействие обычно не представляет опасности, так как концентрация кислот в атмосферном воздухе мала. Впрочем такие концентрации нежелательны для детей и астматиков и прямое воздействие опасно для металлоконструкций (коррозия со скоростью до 10 мкм/год), зданий, памятников и т. д. особенно из песчаника и известняка в связи с разрушением карбоната кальция.

Наибольшую опасность кислотные осадки представляют при попадании в водоемы и почву, что приводит к уменьшению рН воды (рН = 7 —нейтральная среда). От значения рН воды зависит раство­римость алюминия и тяжелых металлов в ней и, следовательно, их накопление в корнеплодах, а затем и в организме человека. При изменении рН воды меняется структура почвы и снижается ее плодо­родие. Снижение рН питьевой воды способствует поступлению в организм человека указанных выше металлов и их соединений.

В нашей стране повышенная кислотность осадков (рН = 4...5,5) отмечается в отдельных промышленных регионах. Наиболее неблаго­получны города Тюмень, Тамбов, Архангельск, Северодвинск, Вологда, Петрозаводск,Омск и др. Плотность выпадения осадков серы, превы­шающая 4 т/(км2 . год), зарегистрирована в 22 городах страны, а более 8...12 т/(км2 . год) в городах: Алексин, Новомосковск, Норильск, Маг­нитогорск.

Состояние и состав атмосферы определяют во многом величину солнечной радиации в тепловом балансе Земли. На ее долю приходится основная часть поступающей в биосферу теплоты: Дж/год %

Теплота от солнечной радиации ............... 25-1023 99,8

Теплота от естественных источников

(из недр Зем­ли, от животных и др.) ............ 37,46-1020 0,18

Теплота от антропогенных источников

(энергоустановок, пожаров и др.) ................. 4,2 . 1020 0,02

Экранирующая роль атмосферы в процессах передачи теплоты от Солнца к Земле и от Земли в космос влияет на среднюю температуру биосферы, которая длительное время находилась на уровне около + 15 ° С. Расчеты показывают, что при отсутствии атмосферы средняя температура биосферы составляла бы приблизительно - 15 ° С.

Основная доля солнечной радиации передается к поверхности Земли в оптическом диапазоне излучений, а отраженная от земной поверхности - инфракрасном (ИК). Поэтому доля отраженной лучистой энергии, поглощаемой атмосферой, зависит от количества мно­гоатомных минигазов и пыли в ее составе. Чем выше концентрация минигазов и пыли в атмосфере, тем меньше доля отраженной солнечной радиации уходит в космическое простран­ство, тем больше теплоты задерживается в биосфере за счет парникового эффекта.

ИК-излучение поглощается метаном, фреонами, озоном, оксидом диазота и т. п. в диапазоне длины волн 1...9 мкм, а парами воды и углекислым газом при длине волн 12 мкм и более. В последние годы наметилась тенденция к значительному росту концентраций СО2, СН4, N2О и других газов в атмосфере:

Год ................................. 1850 1900 1970 1979 1990 2000 2030 2050

Концентрация С02, млн-1 260 290 321 335 360 380 450...600 700...750

Аналогично изменяются концентрации метана, оксида азота, озона и других газов. Рост концентраций С02 в атмосфере происходит вследствие уменьшения биомассы Земли и увеличения техногенных поступлений.

Источниками техногенных парниковых газов являются:

1. Теплоэнер­гетика, промышленность и автотранспорт, они выделяют С02

2. Хими­ческие производства, утечки из трубопроводов, гниение мусора и отходов животноводства определяют поступления СН4.

3 Холодильное оборудование, бытовая химия - фреонов;

4. Автотранспорт, ТЭС, про­мышленность - оксидов азота.

В результате в биосферу дополнительно поступает теплота порядка 70х1020 Дж/год, при этом на долю отдельных газов приходится: С02 - 50%, фреонов - 15, Оз - 5, СН4 - 20, N2О (оксид азота) - 10%.

Доля парникового эффекта в нагреве биосферы в 16,6 раза больше доли других источников антропогенного поступления теплоты.

Рост концентраций минигазов в атмосфере и как следствие повы­шение доли теплоты ИК-излучения, задерживаемой атмосферой, не­избежно сопровождается ростом температуры поверхности Земли. В период с 1880 по 1940 г. средняя температура в северном полушарии возросла на 0,4 °С, а в период до 2030 г. она может повыситься еще на 1,5 - 4,5°С. Это весьма опасно для островных стран и территорий, расположенных ниже уровня моря. Есть прогнозы, что к 2050 г. уровень моря может повыситься на 25 - 40 см, а к 2100 - на 2 м, что приведет к затоплению 5 млн. км2 суши, т. е. 3 % суши и 30 % всех урожайных земель планеты.

Парниковый эффект в атмосфере - довольно распространенное явление и на региональном уровне. Антропогенные источники теплоты (ТЭС, транспорт, промышленность), сконцентрированные в крупных городах и промышленных центрах, интенсивное поступление парни­ковых газов и пыли, устойчивое состояние атмосферы создают около городов пространства радиусом 50 км и более с повышенными на 1 - 5 °С температурами и высокими концентрациями загрязнений. Эти зоны (купола) над городами хорошо просматриваются из космического пространства. Они разрушаются лишь при интенсивных движениях больших масс атмосферного воздуха.

Техногенные загрязнения атмосферы не ограничиваются призем­ной зоной. Определенная часть примесей поступает в озоновый слой и разрушает его. Разрушение озонового слоя опасно для биосферы, так как оно сопровождается значительным повышением доли ультрафио­летового излучения с длиной волны менее 290 нм, достигающего земной поверхности. Эти излучения губительны для растительности, особенно для зерновых культур, представляют собой источник канце­рогенной опасности для человека, стимулируют рост глазных заболе­ваний.

Основными веществами, разрушающими озоновый слой, являются соединения хлора, азота. По оценочным данным, одна молекула хлора может разрушить до 105 молекул озона, одна молекула оксидов азота - до 10 молекул.

Источниками поступления соединений хлора и азота в озоновый слой могут быть: вулканические газы; технологии с применением фреонов; атомные взрывы; самолеты («Конкорд», военные), в выхлоп­ных газах которых содержатся до 0,1 % общей массы газов соединения N0 и NО2; ракеты, содержащие в выхлопных газах соединения азота и хлора. Состав выхлопных газов космических систем (т) на высоте 0...50 км приведен ниже:

Соединения Оксиды Пары Оксиды Оксиды

хлора азота воды, углерода алюминия

водород

«Энергия» и «Буран», СССР….. 0 0 740 750 0

«Шатгл», США ......................... 187 7 378 512 177

Значительное влияние на озоновый слой оказывают фреоны, про­должительность жизни которых достигает 100 лет. Источниками по­ступления фреонов являются: холодильники при нарушении герметичности контура переноса теплоты; технологии с использовани­ем фреонов; бытовые баллончики для распыления различных веществ и т. п.

По оценочным данным, техногенное разрушение озонового слоя к 1973 г. достигло 0,4...1 %; в 2000 г. - 3 %, к 2050 г. - 10 %. Ядерная война может истощить озоновый слой на 20 - 70 %. Заметные негативные изменения в биосфере ожидаются при истощении озоно­вого слоя на 8...10 % общего запаса озона в атмосфере, составляющего около 3 млрд. т. Заметим, что один запуск космической системы «Шаттл» сопровождается разрушением около 0,3 % озона, что состав­ляет около 107 т озона.

Выводы: в результате антропогенного воздействия на атмосферу возможны следующие негативные последствия:

1 Превышение ПДК многих токсичных веществ в городах и населенных пунктах.

2. Образование смога.

3. Выпадение кислотных дождей.

4. Появление парникового эффекта, что способствует повышению средней температуры Земли.

5. Разрушение озонового слоя при поступлении, что создает опасность УФ-облучения.

Потребление воды в РФ в 1996 г. достигло 73,2 км3, в том числе на нужды,

в %:

- производственные - 53,1;

- хозяйственно-питьевые - 19,1;

- орошение - 14,3;

- сельскохозяйственное водоснабжение - 4,3;

- прочие - 9.

При использовании воду, как правило, загрязняют, а затем сбра­сывают в водоемы. Внутренние водоемы загрязняются сточными во­дами различных отраслей промышленности (металлургической, нефтеперерабатывающей, химической и др.), сельского и жилищно-коммунального хозяйства, а также поверхностными стоками.

Основ­ными источниками загрязнений являются промышленность и сельское хозяйство.

Загрязнители делятся на:

1. Биологические (органические микроорга­низмы), вызывающие брожение воды.

2. Химические, изменяющие хи­мический состав воды.

3. Физические, изменяющие ее прозрачность (мутность), температуру и другие показатели.

1. Биологические загрязнения попадают в водоемы с бытовыми и промышленными стоками, в основном предприятий пищевой, меди­ко-биологической, целлюлозно-бумажной промышленности. Напри­мер, целлюлозно-бумажный комбинат загрязняет воду так же, как город с населением 0,5 млн. чел.

Биологические загрязнения оценивают биохимическим потребле­нием кислорода - БПК. БПК5 - это количество кислорода, потреб­ляемое за 5 суток микроорганизмами - деструкторами для полной минерализации органических веществ, содержащихся в 1 л воды. Нормативное значение БПК5 = 5 мг/л. Реальные загрязнения сточных вод таковы, что требуют значений БПК на порядок больше.

2. Химические загрязнения поступают в водоемы с промышленными, поверхностными и бытовыми стоками. К ним относятся: нефтепро­дукты, тяжелые металлы и их соединения, минеральные удобрения, пестициды, моющие средства. Наиболее опасны свинец, ртуть, кадмий. Поступление тяжелых металлов (т/год) в Мировой океан следующее:

Сток с суши Атмосферный перенос

Свинец ......... (1—20)х105 (2—20)х105

Ртуть .......... .. (5—8) х103 (2—3) х 103

Кадмий ......... (1—20)х103 (5—40)х102

3. Физические загрязнения поступают в водоемы с промышленными стоками, при сбросах из выработок шахт, карьеров, при смывах с территорий промышленных зон, городов, транспортных магистралей, за счет осаждения атмосферной пыли. Всего в 1996 г. в водоемы страны сброшено 58,9 км3 сточных вод, из них 22,4 км3 загрязненных.

Содержание некоторых загрязняющих веществ (тыс. т) в сточных водах показано ниже:

1992г. 1996г.

Соединения меди .......... 0,9 0,2

Соединения железа ....... 51,2 19,7

Соединения цинка ........ 1,6 0,8

Нефтепродукты .............. 34,9 9,3

Взвешенные вещества ....1090 618,6

Соединения фосфора ...... 60 32,4

Фенолы .......................... 0,22 0,08

В результате антропогенной деятельности многие водоемы мира и нашей страны крайне загрязнены. Уровень загрязненности воды по отдельным ингредиентам превышает 30 ПДК. Наиболее высокий уро­вень загрязненности воды наблюдается в бассейнах рек: Днестр, Пе­чора, Обь, Енисей, Амур, Северная Двина, Волга, Урал.

Выводы: антропогенное воздействие на гидросферу приводит к следующим негативным послед­ствиям:

1. Снижаются запасы питьевой воды (около 40 % контролируемых водоемов имеют загрязнения, превышающие 10 ПДК).

2. Изменяется состояние и развитие фауны и флоры водоемов.

3. Нарушается круговорот многих веществ в биосфере.

4. Снижается биомасса планеты и как следствие воспроизводство кислорода.

Опасны не только первичные загрязнения поверхностных вод, но и вторичные, образовавшиеся в результате химических реакций веществ в водной среде. Так, при одновременном попадании весной 1990 г. в р. Белая фенолов и хлоридов образовались диоксины, содержание которых в 147 тыс. раз превысило допустимые значения.

Большую опасность загрязненные сточные воды представляют в тех случаях, когда структура грунта не исключает их попадание в зону залегания грунтовых вод. В раде случаев до 30...40 % тяжелых металлов из почвы поступает в грунтовые воды.






Сейчас читают про: