Размер популяции, претерпевающей воздействие

Рис. 8.1. Пирамида воздействия загрязненного воздуха на здоровье человека

ния хронических заболеваний, утяжелении астмы. Недавнее исследование причин неонатальной смертности установило связь увеличенных концентраций аэрозолей со смертными случаями, включая синдром внезапной смерти младенца (СВСМ, 8Ю8). Согласно данным американской статистики от СВСМ ежегодно погибает около 7 тыс. детей в возрасте до 1 года, т.е. примерно каждый час один ребенок. Не име­ется сомнений относительно того, что высокие уровни воз­душного загрязнения ответственны за увеличенную заболе­ваемость и детскую смертность.

Зависимость между долей популяции, на которую оказыва­ет влияние загрязненный воздух, и степенью проявления пато­логических признаков описывается пирамидой (рис. 8.1).

8.2. Строение атмосферы

Атмосфера — это дисперсная оболочка Земли, состоя­щая из смеси газов (азот, кислород, диоксид углерода, инертные газы), взвешенных аэрозольных частиц, водяных паров. Она вращается вместе с нашей планетой.

Относительно антропогенного воздействия среди атмос­ферных газов различают:

• устойчивые к воздействию — азот, кислород, инертные газы;

• неустойчивые — углекислота (С0₂), метан (СН₃), за­кись азота (И₂0);

• изменяющиеся — оксиды азота (>Ю_Х), диоксид серы (80₂), сероводород (Н₂8)..

Относительное количество этих компонентов в единице объема представлено в табл. 8.1.

Таблица 8.1

Химический состав атмосферы

Устойчивые и неустойчивые газы		Изменяющиеся газы
Компонент	Концентрация, %	Компонент	Концентрация, %
Азот (1Ч2)	78,08	Пары воды (Н20)	0-4
Кислород (02)	20,95	Двуокись углерода (С02)	0,3403
Аргон (Аг)	0,93	Окись углерода (СО)	0-0,01
Неон (N6)	0,0018	Озон (03)	0,001
Гелий (Не)	0,00052	Диоксид серы (307)	0-0,0001
Метан (СН4)	0,00015	Оксид азота (N0)	0-0,00002
Криптон (Кг)	0,00011
Водород (Н2)	0,00005

Атмосфера имеет слоистое строение. Наиболее плотный слой воздуха, прилегающий к Земле, называется тропосфе­рой. Это пространство высотой 10—15 км от поверхности Земли, где сосредоточена основная масса воздуха и вся на­земная жизнь. Выше расположены стратосфера, мезосфе-ра, термосфера (ионосфера) и экзосфера. В упомянутых обо­лочках меняется количество воздуха и температура.

Наибольшую озабоченность вследствие антропогенной деятельности вызывает состояние стратосферы и тропо­сферы.

8.3. Стратосфера

8.3.1. Озоновый слой

Основная экологическая проблема связана с уменьшени­ем количества озона в стратосфере. Озон был открыт в 1840 г. швейцарским химиком С. Шенбайном, который отметил об­разование газа с острым запахом при электрических разря­дах и назвал его озоном. Долгое время считалось, что озон является компонентом воздуха, и только в 1880 г. англий­ский химик В. Хартли предположил, что этот газ присут­ствует в верхних слоях атмосферы и образуется под действи­ем солнечного ультрафиолета.

В 1920 г. англичанин Г. Добсон доказал существование в стратосфере слоя озона. В нем сосредоточено около 90% всего газа.

Озон — это одна из форм существования кислорода в ат­мосфере. В приземном слое кислород существует практи­чески только в форме молекул. В очень незначительном ко­личестве идет диссоциация (разрушение) молекул 0₂ до ато­мов, но быстро наступает реакция обратного соединения атомов в молекулу, поэтому концентрация атомов кислоро­да в тропосфере очень мала.

В 1930 г. английский физик С. Шепман детализировал фотохимическую теорию образования озона. В его форми­ровании ведущая роль принадлежит УФИ.

В стратосфере под действием космического и жесткого УФИ Солнца (в основном УФС) молекулы кислорода (0₂) диссоциируют на 2 атома кислорода:

0₂ + /гу -> О + О.

Атомарный кислород участвует в образовании страто­сферного озона (0₃):

0₂ + 0 ->0₃.

С высотой увеличивается мощность УФИ, поэтому растет и количество озона.

Интенсивность солнечного света достаточна для продук­ции примерно 350 ООО т озона в день.

На высоте около 40 км имеет место обратный процесс, и под действием солнечного УФИ (особенно УФВ) молекулы озона быстро разрушаются:

0₃ + Ну -> 0₃ + О; О + 0₃ -> 0₂ + 0₂.

Таким образом, в слое атмосферы толщиной 10—40 км устанавливается динамическое равновесие концентрации озона. При этом скорость разрушения озона на 14% превы­шает скорость его образования. Хотя молекулы озона в виде примеси к воздуху присутствуют на всех высотах от поверх­ности Земли, вплоть до высоты 100 км, максимальное коли-

600 500 400-

оГ 300 о.

² 200-

2

ш

Экзосфера Ионосфера

Мезосфера

Стратосфера

Тропосфера

10

-г^-15

-Г^-20

Концентрация озона, мг/м³

Рис. 8.2. Схема распределение озона в слоях атмосферы

чество молекул озона приходится на область 15—40 км, кото­рую образно называют озоновым слоем. Следовательно, озоновый слой — это в буквальном смысле не слой, а об­ласть, в которой сосредоточено максимальное количество молекул озона (рис. 8.2).

Поглощение ультрафиолетовой радиации в верхней час­ти стратосферы ведет к повышению температуры в этой об­ласти (разность температур составляет около 60 °С).

Максимальная концентрация озона в стратосфере чрез­вычайно мала и составляет всего 10 ррт. Если бы удалось собрать все молекулы озона из атмосферного воздуха в один слой, то толщина его составила бы всего 2—5 мм. Не­смотря на это, в силу приведенных выше химических реак­ций слой озона способен ослабить УФИ в 10⁴⁰ раз. Более то­го, из-за протекания упомянутых реакций УФС и частично УФВ поглощаются озоновым слоем. Начиная с длины вол­ны 280 нм, солнечное излучение, особенно УФА, уже дохо­дит до поверхности Земли.

Озоновый слой — верхняя граница биосферы. Отсюда весьма важным представляется необходимость поддержа­ния концентрации озона на постоянном уровне.

Измерения, проведенные в 60-х гг. прошлого столетия, показали, что концентрация озона с атмосфере значительно ниже, чем следует из теории С. Шепмана. Это указывает на то, что имеют место реакции, которые способны снижать концентрацию озона.

Существуют группы соединений, способных влиять на концентрацию озона в стратосфере. Сюда относятся соеди­нения хлора, фтора и др.