Загрязнение атмосферы

Техногенные выбросы в воздушную среду насчитывают десятки тысяч различных веществ. Самые распространённые из них и многотоннажные: твёрдые частицы (пыль, дым, сажа) оксид углерода (CO), углекислый газ (CO₂), диоксид серы (SO₂), оксиды азота (NO и NO₂), углеводороды, соединения фосфора, сероводород (H₂S), аммиак (NH₃), хлор и фтористый водород (HF). Общая масса выбрасываемых в воздушную среду мира загрязнений, которые можно измерить, составляет около 800 млн т/год, в том числе в России 48 млн т/год [2]. В пересчёте на одного жителя Свердловской области ежегодно выбрасывается в атмосферу 434 кг загрязняющих веществ [14]. Сюда не входит та часть вредных веществ, которая улавливается с помощью различных средств очистки отходящих газов. Наибольшая загрязнённость приурочена к индустриальным регионам. Около 90 % выбросов приходится на 10 % территории суши и сосредоточены в основном в Северной Америке, Европе и Восточной Азии.

Основной вклад в загрязнение воздушного бассейна России вносят такие отрасли промышленности, как электроэнергетика (ТЭС), цветная и чёрная металлургия. В загрязнение городов существенный вклад до 60–80 % вносит автотранспорт (например, Москва – 88 %, Санкт-Петербург – 71 %). Несоответствие транспортных средств экологическим требованиям при продолжающемся увеличении транспортных потоков приводит к постоянному возрастанию загрязнения атмосферного воздуха. Автотранспортные загрязнения связаны со сжиганием топлива. Число двигателей внутреннего сгорания в мире в 2000 году приблизилось к 1 млрд. Из них 85 % – двигатели автомобилей, остальное количество относится к другим видам транспорта, с/х машинам, военной технике. Из общего числа легковых автомашин примерно 40 % сосредоточено в США, 10 % – в Японии и 20 % – в четырёх европейских странах: ФРГ, Франция, Италия и Великобритания [15].

Автомобиль с карбюраторным двигателем при сжигании 1 кг бензина потребляет 13,5 кг воздуха и выбрасывает 14,5 кг отработанных веществ (табл. 2). Выбросы дизельного двигателя меньше.

Таблица 2

Состав отработавших газов автомобиля,

% по объёму (карбюраторные двигатели) [2]

N2	72,0 – 75,0
O2	0,3 – 0,8
H2O	3,0 – 8,0
CO2	10,0 – 14,5
CO	0,5 – 1,3
NOх	0,1 – 0,8
CхHy	0,2 – 0,3
Альдегиды	0 – 0,2
Частицы, г/м^3	0,1 – 0,4
Бенз(а)пирен, мкг/м^3	10,0 – 20,0

В выхлопе автомобиля регистрируется до 200 различных веществ. При сгорании различных видов топлива в окружающую среду выбрасываются и тяжёлые металлы.

Соединения свинца в отработавших газах появляются в случаях применения тетраэтилсвинца – антидетонационной присадки к низкооктановым бензинам. В 1 л бензина до 1 г тетраэтилсвинца, который выбрасывается с выхлопными газами. На 1 км близ дороги при интенсивном движении накапливается до 500–700 г свинца. По пищевым цепям свинец попадает в организмы животных и человека.

Намного токсичнее свинца тяжёлый металл – кадмий [16]. В Балтийское море ежегодно поступает около 200 т кадмия, из них 45 % из воздуха. Кадмий начал находить большое техническое применение лишь 3–4 последних десятилетия. Он содержится в мазуте, дизельном топливе и освобождается при его сжигании; используется в качестве присадки к сплавам при нанесении гальванических покрытий; в качестве стабилизатора при производстве пластмасс.

Влияние газообразных загрязнений и тяжёлых металлов на здоровье человека будет рассматрено в разделе токсикологии. Очень большой вред здоровью человека наносит смог – явление, характерное для Лондона, Парижа, Лос-Анжелеса, Нью-Йорка и других городов Европы и Америки.

Смог (фотохимический туман) – многокомпонентная смесь газов и аэрозольных частиц. В состав смога входят озон (O₃), оксиды азота и серы, органические соединения перекисной природы. Их в совокупности называют фотооксидантами. Возникает смог в атмосфере при определённых условиях: наличие высокой концентрации углеводородов и оксидов азота, интенсивной солнечной радиации и безветрия или очень слабого обмена воздуха в приземном слое. Безветренная погода необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ. Такие условия чаще всего создаются летом. Солнечная радиация вызывает расщепление диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода:

NO₂ + hν → NO + O^*

O^* + O₂ → O₃

Казалось бы, O₃ + NO → NO₂ + O₂, но эта реакция не идёт. Оксид азота вступает в реакции углеводородами выхлопных газов, которые расщепляются и дают осколки молекул и избыток O₃. Возникает циклическая реакция и в атмосфере постепенно накапливается озон. В ночное время этот процесс прекращается. Озон вступает в реакции с углеводородами, образуются различные перекиси, которые и дают характерные для фотохимического тумана оксиданты. Фотооксиданты – источник свободных радикалов, отличающихся особой реакционной способностью. Смоги являются часто причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем.

Загрязнение атмосферы приводит к трём глобальным последствиям:

• изменению климата Земли;

• кислотным осадкам;

• изменению концентрации озона в стратосфере и образованию озоновых дыр.