Антропогенное воздействие на атмосферу

Проблема воздействия человека на атмосферу находится в центре внимания специалистов и экологов всего мира. И это не случайно, так как крупнейшие глобальные экологические проблемы современности — «парниковый эффект», нарушение озонового слоя, выпадение кислотных дождей — связаны именно с антропогенным загрязнением атмосферы.

Охрана и защита атмосферного воздуха — одна из основных проблем восстановления окружающей природной среды. Несмотря на то что атмосфера имеет определенные возможности к самоочищению и самовосстановлению, она все же недостаточно устойчива для антропогенного воздействия на нее.

Загрязнение атмосферного воздуха влияет на организм человека и окружающую среду различными способами — от прямой угрозы смерти до постепенного прекращения функций отдельных частей организма. В некоторых случаях этот процесс разрушения заходит так далеко, что регуляторные процессы не в состоянии вернуть их в первоначальное состояние. Масштабы загрязнения атмосферы показаны в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Масштабы загрязнения атмосферы.

Воздействие главных загрязнителей на организм человека может вызвать очень серьезные последствия. Так, диоксид серы, соединяясь с влагой, образует серную кислоту, разрушающую ткани организма человека. Особенно опасен диоксид серы, когда он осаждается в частицах пыли и в таком виде концентрируется в дыхательных путях организма.

Пыль, содержащая диоксид кремния, может вызвать тяжелое заболевание легких — силикоз. Оксиды азота раздражают, а в определенных случаях разъедают слизистые оболочки глаз, легких. Особенно они опасны, если содержатся в загрязненном воздухе вместе с диоксидом серы и другими вредными веществами. В таких случаях может возникнуть эффект синергизма, т. е. происходит усиление отрицательного воздействия токсичности всего состава вредных веществ.

Широко известно вредное действие угарного газа на организм человека. При отравлении им у человека появляется общая слабость, тошнота, потеря сознания, возможен даже летальный исход. Однако из-за низкой концентрации угарного газа в атмосфере он, как правило, не вызывает серьезных отравлений.

Неблагоприятные последствия на человека могут оказывать продолжительные выбросы даже незначительного количества таких веществ, как свинец, фосфор, кадмий и т. д. Они «убивают» кровеносную систему, вызывая различные онкологические заболевания и т. д. Пыль, содержащая соединения свинца и ртути, обладает мутагенными свойствами и вызывает изменения в клетках организма.

Вредные вещества, содержащиеся в выхлопах автотранспорта, имеют широкий диапазон воздействий на организм: от кашля до летального исхода. Особую опасность оказывает так называемый смог (ядовитая смесь из дыма, тумана и пыли). Различают два вида смога: зимний («лондонский тип») и летний {"лос-анджелесский").

«Лондонский тип» смога возникает в крупных промышленных городах зимой при неблагоприятных погодных метеоусловиях, таких как отсутствие ветра и инверсия температуры. Температурная инверсия это повышение температуры в слоях атмосферы. В результате циркуляция воздуха резко понижается, дым и загрязняющие вещества не рассеиваются, что усугубляет проблему смога. Высокая концентрация оксидов серы, оксидов углерода приводит к расстройству систем кровообращения и дыхания, а зачастую и к смерти.

«Лос-анджелесский» тип смога, или фотохимический смог, возникает летом при интенсивном воздействии солнечной радиации на воздух, насыщенный выхлопными газами автомобилей. Если циркуляция воздуха в атмосфере медленная, то в воздухе проходят сложные реакции с образованием высокотоксичных загрязнителей — фотооксидантов, которые раздражают слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта, легких и органов зрения.

Антропогенные выбросы загрязняющих веществ в больших концентрациях наносят большой вред не только организму человека, но и негативно влияют на животных, растения и экосистему в целом.

Нередко бывают случаи массового отравления диких животных, птиц, насекомых в результате выброса вредных веществ. Например, при оседании на медоносных растениях некоторых токсичных видов пыли наблюдается заметное повышение смертности пчел. Крупные животные подвержены отравляющему действию вредных веществ через легкие, а также при поступлении их в организм вместе со съеденными запыленными растениями.

В растения токсичные вещества могут поступать как непосредственно через зеленые их части, так и через корневую систему. Загрязняющие газообразные вещества по-разному действуют на растения. Одни лишь слабо повреждают листья, хвою, побеги (этилен, оксид углерода), другие действуют на растения губительно (диоксид серы, хлор, пары ртути, аммиак). Особенно опасен для растения диоксид серы, от которого в первую очередь гибнут хвойные породы — ели, сосны, кедры, пихты.

К важнейшим экологическим проблемам глобального загрязнения атмосферы относятся:

• • потепление климата («парниковый эффект»);
• • нарушение озонового слоя;
• • выпадение кислотных дождей.

Наблюдаемое в настоящее время изменение климата, выражающееся в постепенном повышении среднегодовой температуры по всему миру, большинство ученых связывают с накоплением в атмосфере так называемых парниковых газов — диоксида углерода, метана, хлорфторуглеродов, озона, оксида азота и др.

Парниковые газы, в первую очередь диоксид углерода, препятствуют прохождению отраженного земной поверхностью длинноволнового излучения. По мнению многих ученых, атмосфера, насыщенная парниковыми газами, действует как парник. Она пропускает тепловое излучение внутрь, но не выпускает наружу тепло, отраженное земной поверхностью. В связи с увеличением мирового потребления природного топлива: нефти, газа, угля и т. д. (ежегодно более 10 млрд т условного топлива) — концентрация углекислого газа в атмосфере постепенно растет. За счет выброса при промышленном производстве и в быту растет содержание фреонов в атмосфере. Концентрация метана увеличивается на 1 — 1,5% в год (выбросы из подземных горных выработок, сжигание биомассы и др.). Следствием увеличения концентрации этих газов является повышение средней глобальной температуры воздуха у земной поверхности. В докладе, подготовленном под эгидой ООН международной группой по проблемам климатических изменений, утверждается, что к 2100 г. температура на Земле повысится на 2—4°С, что может привести к катастрофическим последствиям. В первую очередь они связаны с повышением уровня Мирового океана за счет таяния полярных льдов. Это, в свою очередь, приведет к нарушению климатического равновесия, затоплению приморских равнин более чем в 30 странах, деградации многолетнемерзлых пород, заболачиванию обширных территорий и многому другому.

Многие эксперты считают, что наблюдаемое в последнее столетие потепление климата на 0,3—0,6°С могло быть обусловлено естественными причинами и природной изменчивостью. В связи с этими данными некоторые отечественные ученые считают, что нет никаких оснований для увлечения теорией парникового эффекта и выдвижения задачи по сокращению выброса парниковых газов как центральной в проблеме предотвращения нежелательных изменений глобального климата. По их мнению, важнейшим фактором антропогенного воздействия на глобальный климат является деградация биосферы, а следовательно, необходимо в первую очередь заботиться о сохранности биосферы. Очевидно, что ощутимый экологический эффект может быть получен только при сочетании мер по сокращению вредных выбросов с мерами по сохранению сообществ организмов и природных экосистем Земли.

Озоновый слой охватывает весь земной шар и располагается на высоте от 10 до 50 км. Насыщенность атмосферы озоном изменчива в любой части планеты, достигая максимума весной в приполярной области. Озон в атмосфере служит щитом для сильного ультрафиолетового излучения (УФ-излучение). Живые организмы весьма уязвимы для УФ-излучения, поскольку энергия его фотонов может разрушить химические связи в большинстве органических молекул. Впервые об истощении озонового слоя стало известно в 1985 г., когда над Антарктидой было обнаружено пространство с пониженным (до 50%) содержанием озона. Это явление получило название «озоновая дыра». С тех пор при помощи измерений подобные озоновые дыры обнаруживаются практически по всей планете. В районах с пониженным содержанием озона наблюдаются многочисленные солнечные ожоги, рост заболеваемости людей раком кожи и др. Растения под влиянием сильного УФ-излучения постепенно теряют способность к фотосинтезу, а нарушение жизнедеятельности планктона приводит к разрыву трофических цепей биоты водных экосистем и т. д. Специалисты еще окончательно не определили причины возникновения озоновых дыр. Наряду с естественными предполагается существование и антропогенных причин, которые связаны с широким использованием хлорфторуглеродов (фреонов) в промышленности и быту.

Распространяясь в атмосфере, фреоны разлагаются с выделением оксида хлора, который губительно действует на молекулы озона.

Одна из важнейших экологических проблем, с которой связывают окисление природной среды, — кислотные дожди. Они образуются при промышленных выбросах в атмосферу диоксида серы и оксидов азота, которые, соединяясь со влагой в атмосфере, образуют серную и азотную кислоты. В результате дождь и снег оказываются подкисленными (pH < 3,6). Суммарный выброс веществ, являющихся причиной кислотных дождей, составляет ежегодно более 25 млн т. На огромной территории природная среда закисляется, что негативно отражается на состоянии всех экосистем. Основная опасность, исходящая от кислотных дождей, заключается в процессах, протекающих под их влиянием. Из почвы выщелачиваются не только жизненно необходимые растениям питательные вещества, но и опасные для них тяжелые и легкие металлы — свинец, кадмий, алюминий и др. Далее они образуют токсичные соединения и усваиваются растениями и другими почвенными органами, что ведет к негативным последствиям. Еще одним ярким примером негативного воздействия кислотных осадков на природу является закисление водоемов. Это явление опасно не только для популяций различных видов рыб, но и влечет за собой гибель планктона, водорослей и других обитателей водоемов. В табл. 1.3 приведены последствия, к которым приводит поступление в атмосферу различных загрязнителей.

Таблица 13

Изменения в атмосфере под воздействием примесей антропогенного происхождения.

Примечание. В таблице знак «+» усиливает эффект, знак «-» его ослабляет.