Источники и основные группы загрязняющих веществ атмосферы России

Роль атмосферы в природных процессах биосферы огромна: она определяет общий тепловой режим поверхности нашей планеты, защищает ее от вредных воздействий космического и ультрафиолетового излучений. Циркуляция атмосферы оказывает влияние на местные климатические условия, а через них — на режим рек, почвенно-растительный покров, процессы рельефообразования.

Человек обитает в самом нижнем, прилегающем к Земле слое атмосферы, который называется тропосферой. В ходе эволюции (антропогенеза) организм человека адаптировался к определенному составу атмосферы, который принято называть средним или нормальным. Современный состав атмосферы, к которому адаптировано большинство организмов, — результат длительного исторического развития земного шара. В состав атмосферы входят кислород, азот, аргон, углекислый газ и инертные газы (табл. 3.1).

Таблица 3.1 Средний химический состав атмосферы

Элемент.	Объем, %.	Масса, %.
	78;08.	72.51.
	20,95.	23,15.
Ar.	0.93.	1,28.
	0.03.	0,046.
Ne.	1,8 х	1,25 х
He.	5,2 х	0,72 х
	2,2 х	1,2 х
Hr.	1 х	2.9 х
O.	1 х	1,5 х
	5 х	0,3 х
Xe.	8 х	3,6 x
	1 х	3,6 x

Основной потребитель воздуха в природе — флора и фауна Земли. Подсчитано, что весь воздушный океан проходит через земные живые организмы, включая человека, примерно за десять лет. Воздух необходим всему живому на Земле. Без пищи человек может прожить всего пять недель, без воды — пять дней, без воздуха — пять минут. Но нормальная жизнедеятельность людей требует не только наличия воздуха, но и определенной его чистоты. От качества воздуха зависят здоровье людей, состояние растительного и животного мира, прочность и долговечность любых конструкций зданий, сооружений. Загрязненный воздух губителен для суши, морей, почв.

Изменение состава атмосферы возникает под влиянием естественных источников и в результате антропогенного воздействия. Источники естественных загрязнений: извержения вулканов, космическая пыль, выдуваемый ветром верхний слой почвы, содержащий бактерии, грибки, простейшие организмы, органические остатки и т. д. Эти компоненты являются важной частью атмосферы, они определяют оптические свойства воздушной оболочки Земли, способствуют рассеиванию космических и жестких ультрафиолетовых лучей.

Антропогенное загрязнение атмосферы начали регистрировать со второй половины XIX в. в связи с изменением ее пылевого и газового состава. Загрязнение атмосферы пылью стало возможным в результате уничтожения лесных массивов, естественного травяного покрова в ходе распашки земель и связанного с ней выдувания почв. В немалой степени образованию загрязняющей пыли способствуют и лесные пожары. Количество пыли в атмосфере Земли в настоящее время в десятки раз превышает естественный уровень. Конечно, распределена эта пыль в атмосферном пространстве неравномерно, ее концентрация выше в местах расположения источников загрязнения. Однако с помощью ветра пыль может перемещаться на большие расстояния.

Поскольку большая доля пыли появляется в атмосфере в результате выдувания пахотных земель, предотвращают ее образование меры по борьбе с эрозией почвы. К ним относятся специальные щадящие способы вспашки земель, позволяющие сохранять естественную структуру почв.

Источниками повышенного содержания пыли в атмосфере следует также считать предприятия по производству цемента, металлургические заводы, дорожные покрытия: асфальт, бетон и др.

Наряду с пылевым существует газовое загрязнение, которое происходит в результате сжигания угля, нефти, газа, поскольку в ходе их горения выделяется большое количество сернистых соединений. При взаимодействии с водой, находящейся в воздухе, сернистый газ образует мелкие капельки серной кислоты, которые наносят огромный вред живой природе, о чем будет подробно рассказано в соответствующей главе. Источниками газового загрязнения являются автомобили, выбрасывающие в атмосферу сотни миллионов тонн окиси углерода, всевозможных соединений азота, углеводородов и др.

В целом все антропогенные источники загрязнения атмосферы можно разделить на точечные, линейные и площадные.

В свою очередь, точечные источники могут быть подвижными и стационарными.

К точечным стационарным источникам загрязнения относятся: дымовые трубы теплоэлектростанций, отопительных, котельных, технологических установок, печей и сушилок, вытяжные шахты, дефлекторы, вентиляционные трубы предприятий и т. д.

Подвижными источниками загрязнения являются выхлопные трубы тепловозов, теплоходов, самолетов, автотранспорта и других движущихся устройств.

Линейные источники загрязнения атмосферы представляют собой дороги и улицы, по которым систематически движется транспорт.

К площадным источникам относятся вентиляционные фонари, окна, двери, щели оборудования зданий и другие отверстия, через которые примеси могут поступать в атмосферу.

За последние годы в результате антропогенного воздействия атмосфера претерпела значительные изменения. Вещества, выбрасываемые в атмосферу в результате хозяйственной деятельности, не просто изменяют ее состав, но оказывают существенное влияние на сложившиеся в результате длительной эволюции процессы, протекающие в ней.

Источниками загрязнения воздуха различными газами являются:

• — процесс выплавки чугуна и переработки его на сталь;
• — выбросы мартеновских и сталеплавильных цехов;
• — деятельность предприятий по выработке цветных металлов;
• — химическая и нефтехимическая промышленность;
• — производство цемента и других строительных материалов;
• — деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность.

В сельской местности источниками загрязнения атмосферного воздуха являются животноводческие и птицеводческие хозяйства, промышленные комплексы по производству мяса и др.

Всякое загрязнение вызывает у природы защитную реакцию, направленную на его нейтрализацию. Эта способность природы долгое время эксплуатировалась человеком безумно и хищнически. Отходы производства выбрасывались в объекты биосферы в расчете на то, что будут обезврежены и переработаны самой природой. Однако процесс загрязнения резко прогрессирует, и становится очевидным, что природные системы самоочищения рано или поздно не смогут выдержать такой натиск, так как способность атмосферы к самоочищению имеет определенные границы.

От загрязнения воздуха страдают животные и растения. Например, отходы медеплавильных заводов — хлор, мышьяк, сурьма — вызывают гибель домашних и диких животных, поедающих отравленную этими веществами пищу. Медь и цинк, попадающие с выбросами заводов в почву, могут полностью уничтожить травяной покров и тем самым еще значительнее уменьшить способность биосферы к самоочищению.

Загрязнение воздуха таит в себе угрозу здоровью людей. Например, в Москве предрасположенность к бронхиальной астме, бронхиту, тонзиллиту, хроническому отиту на 40—60% выше в районах с повышенным уровнем загрязнения атмосферного воздуха (Садовое кольцо, северо-западная и северо-восточная части столицы).

Комплексная оценка состояния здоровья детей на основе углубленного медицинского осмотра школьников 7—11 лет показала, что более трети учащихся в загрязненных районах имеют функциональные отклонения, 60% страдают различными хроническими заболеваниями, у 20% детей повышено артериальное давление, у 47% — развивается анемия.

Стратосферный озоновый слой защищает людей и живую природу от жесткого ультрафиолетового и космического излучения. Запуск мощных ракет, испытания ядерного и термоядерного оружия, ежегодное уничтожение природного озонатора — миллионов гектаров леса — пожарами и хищнической рубкой, массовое применение фреонов в технике, парфюмерной и химической продукции, в быту — главные факторы, разрушающие озоновый экран Земли.

В последние годы над Северным и Южным полюсами возникли «озоновые дыры» площадью свыше 10 млн км² каждая, появились «озоновые дыры» над многими странами Европы, над Россией. Прорыв через «озоновые дыры» солнечных, рентгеновских и ультрафиолетовых лучей в 50—100 раз увеличивает число мощных лесных пожаров. Яркий пример — лето 2010 г.

Почва и растения страдают от кислотных дождей. Огромный вред наносят кислотные дожди и лесам. Леса высыхают, хвойные деревья желтеют, у лиственных изменяется окраска листьев. Кислотные дожди наносят ущерб сельскохозяйственным культурам: изменяется обмен веществ в клетках растений, растения замедляют рост и развитие, падает урожайность.

По данным Российского статистического ежегодника, в последнем десятилетии XX в. ежегодно в окружающую среду выбрасывалось около 80 млн т отходов, из них в атмосферу стационарными источниками — 18,5 млн т отходов производства. Еще 12 млн т, по данным Государственного центра экологических программ, попало в воздух от автомобильных выхлопов. Иными словами, на каждого жителя России приходилось в среднем более 200 кг распыленной в атмосфере «грязи» — сажи, диоксида серы, аммиака, оксида углерода, бензанирена, формальдегида, диоксида азота, метилмеркаптана, сероводорода и других веществ.

И хотя в целом выбросы с начала 1990;х гг. ежегодно снижались, положение остается тревожно неблагополучным. Тем более, что в 33 регионах, в том числе в Кемеровской и Оренбургской областях, Красноярском, Приморском, Алтайском краях, загрязнение атмосферы существенно увеличилось. Наибольшая доля выбросов «принадлежит» предприятиям электроэнергетики, черной и цветной металлургии, химической и нефтехимической, а также топливной промышленности.

Среди городов по степени загрязнения атмосферы выделяется Норильск. Здесь ежегодно в воздух выбрасывается колоссальное количество диоксида серы — 2,1 млн т, 27 т свинца, 52 т сероуглерода, 37 т ксилола. На втором месте — Новокузнецк: на его счету почти полтысячи т атмосферных загрязнений. Третье и четвертое места занимают Липецк и Магнитогорск (соответственно 350 и 320 т). В этих городах расположены гиганты отечественной металлургии.

Расчеты показывают: в Норильске в расчете на каждого жителя вредные примеси составляют 8 т, в других названных городах — от 0,7 до 1 т. По результатам мониторинга специалисты определили 22 города с самым плохим воздухом. В них так называемый индекс загрязнения атмосферы больше 14 (уже при коэффициенте 7 уровень загазованности считается высоким).

Это города Балаково, Бийск, Братск, Екатеринбург, Иркутск, Кемерово, Краснодар, Красноярск, Липецк, Магадан, Магнитогорск, Москва (отдельные районы), Новокузнецк, Новороссийск, Омск, Ростов-на-Дону, Селенгинск, Тюмень, Улан-Удэ, Хабаровск, Чита, Южно-Сахалинск. Этот перечень не является исчерпывающим. Дело в том, что в ряде городов с высоким содержанием примесей в воздухе (например, Ангарске, Архангельске, Сызрани, Нижнем Тагиле) наблюдения проводятся нерегулярно.

Концентрация таких высокотоксичных веществ, как бензопирен, стабильно выше ПДК в 107 городах России, например в Кургане в 60 раз. Высокое и очень высокое загрязнение воздуха регистрировалось в 31 городе страны с суммарным населением 17,5 млн чел. Более чем десятикратное превышение ПДК обнаружили не в одном-двух, а в 266 замерах. В Омске, например, содержание ацетальдегида в атмосфере было выше предельно допустимого уровня в 72 раза, этилбензола — в 55, хлорида водорода — в 34 раза.

Экологически неблагополучная Мурманская область, по заключению медиков, относится к зоне чрезвычайно высокого риска в отношении здоровья. В последнее десятилетие XX в. у населения Кольского полуострова показатели заболеваемости (болезни эндокринной системы, органов пищеварения, кожи, врожденные аномалии) были самыми высокими в стране. Учеными-медиками установлена достоверная связь между содержанием сернистого ангидрида в атмосферном воздухе и распространением стенокардии, болезней кожи и верхних дыхательных путей у населения. С загрязнением окружающей среды железом связано распространение мочекаменной болезни, с медью — ожирение и болезни костно-мышечной системы. Высокое содержание марганца способствует развитию ишемической болезни сердца.

Но, может быть, самую большую опасность представляют вещества, способствующие развитию раковых заболеваний. Это формальдегид, бензопирен, никель, этиленоксид, хлороформ. В России огромное число населения постоянно подвергается воздействию канцерогенных веществ (это сотни и тысячи человек):

Республика Татарстан — 2 795 800;

Красноярский край — 2 173 000;

Архангельская область — 788 700;

Томская область — 481 100;

Ивановская область — 463 400;

Челябинская область — 426 800;

Кировская область — 93 600;

Новгородская область — 10 000;

Волгоградская область — 29 600 чел.

Таким образом, для семи с лишним миллионов россиян вероятность заболеть раком заметно повышена. Это подтверждает и медицинская статистика. Если в среднем по стране к началу XXI в. диагноз, связанный с новообразованиями, был впервые установлен в среднем у 82 граждан из каждых 10 000, то, например, в Новгородской области аналогичный показатель намного выше — 146, в Томской области — 117. В целом по стране смертность от рака неуклонно растет. Если в 1970 г. в России от новообразований умерли 192,1 тыс. чел., то в 2000 г. число умерших уже составило 297,9, а в 2008 г. — 289,3 тыс. чел. Учитывая стремительное старение основных фондов, а также оживление экономики, можно прогнозировать серьезное обострение экологической ситуации в ближайшей перспективе.

В настоящее время уже немало делается для стабилизации и улучшения сложившейся экологической ситуации. Ежегодные затраты на охрану атмосферного воздуха превышают десятки млрд руб. Это дает определенные результаты. Если в 1990 г. выбросы в атмосферу от стационарных источников и автотранспорта в сумме составляли 55,1 млн т, то уже в 2008 г. эта цифра составила 37,4 млн т.

Особую проблему представляет автомобильный парк России. Ежедневно автотранспорт выбрасывает в атмосферу в среднем 16,6 млн т загрязненных веществ. Автомобильными двигателями выделяются в воздух городов более 95% оксида углерода, около 65% углеводородов и 30% оксидов азота. Автомобиль загрязняет атмосферный воздух не только токсичными компонентами отработанных газов, парами топлива, но и продуктами износа шин, тормозных накладок. В городские водоемы и почву попадают топливо и масла, моющие средства и грязная вода после мойки, сажа. В атмосферный воздух постоянно поступают пары топлива из баков, наиболее заметные в летний период в местах массовых стоянок автомобилей. По оценкам медиков и экологов, автотранспорт заметно сокращает среднюю продолжительность жизни населения. Автомобиль можно сделать экологически более чистым, применяя электронные системы управления, оптимизирующие работу двигателя, тормозов и других агрегатов. Например, в Германии поставлена задача сократить средний расход автомобильного топлива с 9 до 5 л на 100 км пробега. Использование водорода в качестве основного вида топлива может коренным образом изменить всю будущую техническую цивилизацию. Важнейшая проблема современности — охрана атмосферы от загрязнения автотранспортом будет практически решена.

В настоящее время для предупреждения загрязнений воздушного бассейна в нашей стране в законодательном порядке установлены предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в атмосфере. Для каждого вещества, загрязняющего атмосферный воздух, установлены разовые и среднесуточные ПДК. Разовая ПДК устанавливается при кратковременном воздействии загрязнения (до 20 мин), а среднесуточная — при постоянном. ПДК обосновываются на основе высокочувствительных методов анализа, позволяющих определить физиологические пределы приспособления организма; коэффициент запаса при этом изменяется от 2 до 100 в зависимости от токсичности конкретного элемента.

Экологические стандарты являются важным элементом нормативной базы создаваемой в настоящее время системы сертификации автотранспорта. Действующие стандарты на токсичность и дымность отработанных газов предъявляют достаточно жесткие требования к экологическим параметрам автомобильной техники. К сожалению, из-за различия в методиках испытаний практически не представляется возможным сопоставить их со стандартами, действующими в других странах, в том числе с требованиями Правил № 15, 24, 49 ЕЭК ООН. В настоящее время практически решен вопрос о прямом применении в России международных экологических стандартов (соответствующих Правил ЕЭК ООН).

В системе эксплуатации автомобильного транспорта используются два стандарта. Первый устанавливает нормы предельно допустимого содержания окиси углерода (СО) и углеводородов (СН) в отработанных газах автомобилей с бензиновыми парами. Второй стандарт регламентирует требования к автомобилям с дизельными двигателями. Он предусматривает проверку как новых, так и находящихся в эксплуатации автомобилей на дымность. Проверка осуществляется на стоящем автомобиле при работе двигателя в двух режимах: при ускорении и максимальной частоте вращения на холостом ходу.