Воздействие на атмосферу

Атмосфера является наименьшим по массе компонентом Земли: она составляет 10^-3 от массы гидросферы и 10^-5 от массы литосферы. Состояние атмосферы определяет тепловой режим земной поверхности, ее озоновый слой защищает живые организмы от жесткого ультрафиолетового излучения. Ограниченные размеры атмосферы делают ее весьма чувствительной к локальному, региональному и глобальному загрязнениям.

Выбросы в приземный слой атмосферы

В городах и регионах атмосферный воздух загрязняется прежде всего выбросами автомобильного транспорта, промышленных предприятий, ТЭС и мусоросжигательных заводов (МСЗ).

В крупных городах доля загрязнений воздуха автомобильным транспортом достигает 90 % и более. Значительно загрязнение атмосферного воздуха тяжелыми металлами (кадмием, ртутью, свинцом). Уровень загрязнения воздуха тяжелыми металлами обычно характеризуют показателем поступления (выпадения) этих веществ в почву. Загрязнение атмосферы в ряде случаев может сопровождаться негативными явлениями на региональном уровне — возникновением в городах фотохимического смога, выпадением кислотных осадков на значительных техносферных и природных территориях, парниковым эффектом и разрушением озонового слоя.

Фотохимический смог

Смог весьма токсичен, так как его составляющие обычно находятся в пределах: озон - 60...75 %; перекись водорода, альдегиды и др. - 25...40 %. Для образования смога в атмосфере в солнечную погоду необходимо наличие оксидов азота и углеводородов (их выбрасывают в атмосферу автотранспорт, промышленные предприятия).

Кислотные осадки

Кислотные дожди известны более 100 лет, однако проблема этих дождей возникла около 35 лет назад. Источниками кислотных дождей служат газы, содержащие серу и азот. Наиболее важные из них: S0₂, NO_x, H₂S. Кислотные дожди возникают вследствие неравномерного распределения этих газов в атмосфере. Источниками поступления соединений серы в атмосферу являются: естественные (вулканическая деятельность, действия микроорганизмов и др.) - 31...41 %, антропогенные (ТЭС, промышленность и др.) – 59-69 %; всего - 91...112 млн. т в год.

Из соединений азота основную долю кислотных дождей дают NO и N0₂. Источниками соединений азота являются: естественные (почвенная эмиссия, грозовые разряды, горение биомассы и др.) - 63 %, антропогенные (ТЭС, автотранспорт, промышленность) - 37 %; всего - 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 и8... 10 сут. За это время они могут вместе с атмосферным воздухом пройти расстояния 1000...2000 км и лишь после этого выпадают с осадками на земную поверхность.

Парниковый эффект

Возникновение проблемы парникового эффекта также связано с поступлением в атмосферу различных газовых примесей. Суть парникового эффекта заключается в том, что Земля поглощает солнечное излучение (преимущественно в видимом диапазоне) и испускает теплоту в инфракрасном диапазоне. Главными поглотителями теплового излучения от земной поверхности служат диоксид углерода, метан и некоторые другие атмосферные примеси. Эти атмосферные примеси действуют подобно прозрачной крыше парника, пропуская к Земле коротковолновую часть спектра и задерживая у Земли длинноволновое тепловое излучение. Отсюда и их название - парниковые газы. Чем выше их концентрация в атмосфере, тем выше парниковый эффект.

Рост содержания СО₂ в атмосфере обусловлен потреблением углеводородных топлив - газа, нефти, угля. Другой источник СО₂ связан с изменениями растительного и почвенного покрова континентов. Вырубка лесов, а также распашка целинных земель и общая интенсификация земледелия приводят к более быстрому извлечению углерода из гумуса почв. За последние сто лет сжигание топлива дало выброс в среднем около 168 Гт∙⁰С, а эмиссия вследствие изменения растительности континентов и необратимого нарушения почвенного покрова за это же время оценивается средней величиной 68 Гт∙⁰С.

Основным каналом стока избыточного углерода из атмосферы является океаносфера. Около 60 % углерода поглощается океанами, а остальное количество - биотой континентов. Современная человеческая деятельность вносит значительные изменения в функционирование морских экосистем. Через несколько десятилетий Мировой океан из-за загрязнения будет поглощать избыточный углерод менее эффективно, и доля остающегося в атмосфере СО₂ станет выше.

Метан поступает в атмосферу из природных (донные отложения водоемов и болот) и техногенных источников (сельскохозяйственное производство, свалки бытовых отходов).

Техногенные источники закиси азота N₂О связаны в основном с высокотемпературным окислением молекулярного азота в процессе горения различных топлив. В естественных условиях N₂О поступает в атмосферу из почв, лесов и при грозовых разрядах.

Разрушение озонового слоя

Озоновым слоем называют область атмосферы, расположенную на высотах от 18 км (в полярных областях от 10 км) до 45 км и характеризующуюся повышенным содержанием озона. Поглощение озоновым слоем большей части биологически активного ультрафиолетового излучения Солнца с длиной волны λ < 310 нм и перевод его в теплоту играет важнейшую роль в сохранении жизни на Земле. Во-первых, озон является единственным компонентом атмосферного воздуха, защищающим все живое на суше от губительных доз ультрафиолетового облучения в диапазоне длин волн 240...310 нм. Во-вторых, нагревая атмосферу, озоновый слой ограничивает глобальные циркуляции воздуха тропосферой, принимая тем самым непосредственное участие в формировании погоды и климата на Земле. Равновесие между процессами образования и разрушения озона нарушается при изменении солнечной активности, а также при появлении в озоновом слое веществ - катализаторов разложения озона.

При истощении озонового слоя возрастает доза облучения человека ультрафиолетовыми лучами, что ведет к росту заболеваний катарактой, кожных заболеваний (лишай, волчанка), ослаблению иммунной системы организма, повреждению молекул ДНК, передающих генетическую информацию. Наибольшую опасность представляет рост заболеваемости злокачественной меланомой (раком кожи). Согласно медицинским данным, истощение озонового слоя на 1 % сопровождается ростом заболеваемости меланомой на 6 %.

Увеличение ультрафиолетовой радиации представляет опасность для всех живых организмов на суше и в воде. Высокие дозы этого излучения за счет действия на ДНК могут вызвать мутации у микроорганизмов, привести к ухудшению качества семян, понижению сопротивляемости растений вредителям и болезням. Установлено, что ультрафиолетовые лучи вызывают повреждение клеток и тканей у растений. По расчетам, потеря 25 % озона вызовет такой рост радиации, что количество фитопланктона в океане сократится на 35 % с соответствующим уменьшением его продуктивности. Истощение озонового слоя оказывает негативное влияние и на климат Земли. Уменьшение концентрации озона ведет к снижению нагрева стратосферы с соответствующим изменением характера поведения температуры воздуха в этой области и нарушением циркуляции воздушных масс в тропосфере.

Воздействие на гидросферу

Гидросфера - водная среда Земли, образованная совокупностью океанов, морей, поверхностных вод суши, включая лед и снег высокогорных и полярных районов.

В структурезабора водыиз природных источников преобладает вид деятельности по производству и распределению электроэнергии, газа и воды. Его доля в 2006 и 2007 гг. составила 54 %, а в 2008 г. - 56 %. На сельское хозяйство, охоту и лесное хозяйство приходится около 23...24 %, на обрабатывающее производство - 7...8 % общего забора воды из природных источников в целом по России.

Поверхностные воды. Различают экстремально высокое загрязнение (ЭВЗ) и высокое загрязнение (ВЗ) поверхностных вод различными стоками. Экстремально высоким загрязнением поверхностных вод принято считать уровень, превышающий ПДК в 5 раз и более для веществ 1-го и 2-го классов опасности и в 50 раз и более для веществ 3-го и 4-го классов. Максимальную нагрузку от загрязнения испытывают реки Обь, Волга, Амур, Енисей и Сев. Двина. К наиболее опасным загрязнителям водных объектов относят соединения тяжелых металлов и органические вещества.

Ктяжелым металлам относят ртуть, свинец, кадмий, хром, марганец, никель, кобальт, ванадий, медь, железо, цинк, сурьму, а также металлоиды — мышьяк и селен. Особенно опасными считаются ртуть, кадмий и свинец.

Атомы тяжелых металлов поступают в поверхностные воды из почв и горных пород в результате химического и микробиологического выщелачивания со стоками, с паводковыми и дождевыми водами, а также при осаждении из атмосферы пылевых частиц, вовлеченных в воздушный перенос. Источниками соединений тяжелых металлов для водных объектов служат предприятия машиностроения, энергетики, горнодобывающего и перерабатывающего комплекса, химические комбинаты, а также сельскохозяйственные предприятия.

Органические загрязняющие вещества в основном поступают в воду с промышленными и коммунальными стоками, при сливе пестицидов с сельскохозяйственных угодий, а также за счет осаждения из атмосферы.

Подземные воды. Доля подземных вод в общем балансе хозяйственно-питьевого водоснабжения России составляет 45%. В сельской местности доля подземных вод достигает 80…85%

Загрязнение подземных вод весьма высоко. Оно связано с деятельностью промышленных предприятий, с сельскохозяйственной деятельностью, с коммунальным хозяйством. Основными веществами, загрязняющими подземные воды, являются соединения азота (нитраты, нитриты, аммиак или аммоний), сульфаты, хлориды, нефтепродукты, фенолы, соединения железа, тяжелые металлы (медь, цинк, свинец, кадмий, кобальт, никель, ртуть или сурьма).

В 63 % интенсивность загрязнения подземных вод составляет 1...10 ПДК, в 23 % изменяется в пределах 10... 100 ПДК, в 10 % превышает 100 ПДК и лишь в 4 % интенсивность загрязнения не превышает ПДК.

Техногенное воздействие на гидросферу приводит к следующим негативным последствиям:

- снижаются запасы питьевой воды (около 40 % контролируемых водоемов имеют загрязнения, превышающие 10 ПДК);

- изменяются состояние и развитие фауны и флоры водоемов;

- нарушается круговорот многих веществ в биосфере;

- 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 реку Белую фенолов и хлоридов образовались диоксины, содержание которых в 147 тыс. раз превысило допустимые значения.