2. Шляхи і джерела забруднення атмосфери

Забруднення атмосфери відбувається двома основними шляхами, а саме: природним та штучним (антропогенним).

Штучне (антропогенне) забруднення атмосфери відбувається внаслідок зміни її складу та властивостей під впливом діяльності людини. За будовою та характером впливу на атмосферу штучні джерела забруднення умовно поділяють: на технічні – пил цементних заводів (до 28 %), дим і сажа від згорання вугілля і нафти (до 17 %); хімічні – пило- або газоподібні речовини (до 15 %), нафтохімічні (до 11 %) й інші.

До наслідків антропогенного впливу на атмосферу належать – підвищення концентрації СО і СО₂; надходження до атмосфери сполук сірки; надходження малих газових сполук (фреонів, сполук азоту).

Джерелами антропогенного забруднення атмосфери домішками є:

• теплоенергетика;

Основними джерелами штучного аерозольного забруднення повітря є ТЕЦ (ГРЕС), що споживають вугілля, нафтопродукти, а також збагачувальні фабрики, металургійні, магнезитові і сажеві заводи. Аерозольні частки від цих джерел відрізняються великою різноманітністю хімічного складу. Найчастіше в їх складі виявляються з’єднання сіліцію, кальцію і вугілля, рідше – оксиди металів: заліза, магнію, мангану, цинку, нікелю, свинцю, сурми, вісмуту, селену, миш’яку, хрому, молібдену та азбесту. Джерелом пилу служить виробництво цементу й інших будівельних матеріалів, які також є джерелом забруднення атмосфери. Аналіз отриманих результатів показує, що технологічні процеси такого виробництва – це подрібнення і хімічна обробка напівфабрикатів і одержуваних продуктів у потоках гарячих газів, що завжди супроводжується викидами цементного пилу та інших шкідливих речовин в атмосферу. Це дуже впливає на здоров’я людини: у першу чергу, діє на дихальні шляхи, сприяє розвитку раку печінки і легенів.

• промисловість;

• нафто- і газопереробка;

• транспорт;

Окремо слід акцентувати увагу на екологічній ролі транспорту й особливостях транспортних забруднень в Україні. Мережа транспортних шляхів в Україні досить густа, кількість і активність руху автотранспорту в містах висока, і шкоди довкіллю він завдає дуже значної. Основними причинами є застарілі конструкції двигунів, характер пального, нафтопродукти та інші менш токсичні речовини. Також погана

організація руху, особливо в містах на перехрестях вулиць і мостопереходах. У відпрацьованих газах, що викидаються автомобілями, виявлено до 280 різних шкідливих речовин: оксиди нітрогену, свинець, ртуть, альдегіди, оксиди карбону і сірки, сажа.

• сільське господарство;

• випробовування ядерної зброї.

За оцінками міжнародних організацій з колективної безпеки, забруднення атмосфери не однакове по регіонах. В індустріально розвинених районах воно може бути в сотні разів більшим за середньо планетарні значення. Аналіз кліматичних умов показав, що в світі щорічно спалюють понад 10 млрд. т органічного палива, перероблюють близько 2 млрд. т рудних і нерудних матеріалів. Лише при спалюванні вугілля в атмосферу щороку потрапляє близько 120 млн. т попелу, а разом з іншими видами пилу – до 300 млн. т. За приблизними підрахунками, в атмосферу останні 100 років надійшло 1,5 млн. т арсену, 1 млн. т нікелю, близько 9 млн. м³чадного газу, 600 тис. т міді тощо.

Парниковий ефект.

Під “парниковим ефектом” прийнято називати поступове потепління клімату Землі внаслідок збільшення в атмосфері концентрації парникових газів (С0₂, СН₄ тощо), які, пропускаючи сонячне випромінювання до земної поверхні, перешкоджають пропусканню довгохвильового випромінювання з поверхні Землі в космос. Як правило, проблему парникового ефекту співвідносять з антропогенною діяльністю, хоча це твердження є неоднозначним.

Вперше на проблему підвищення середньорічної температури звернув увагу французький математик Ж.Фур’є у, 1824 році. Саме в цей період почалось потепління європейського клімату. Англійський фізик Дж.Тиндаль у 1869 році своїми дослідженнями показав, що діоксид Карбону може екранувати інфрачервоне випромінювання Землі подібно водяній парі. Наприкінці XIX століття, шведський хімік С.Арреніус висунув ідею про можливість зміни клімату внаслідок збільшення кількості тепла, що надходить в атмосферу. Крім того, Арреніус звернув увагу на збільшення концентрації діоксиду Карбону в атмосфері внаслідок господарської діяльності людини. Ідея про те, що збільшення концентрації діоксиду Карбону в атмосфері може впливати на клімат в бік його потепління належить англійському геологу Р.Шерлоку.

За даними центру досліджень і прогнозу клімату в Великобританії, зміна середньорічної температури на землі носить коливальний характер, навіть протягом відносно невеликого проміжку часу (XX століття). Перший максимум потепління клімату Землі у XX столітті спостерігався в кінці 30-х і початку 40-х років, коли середньорічна температура піднялась на 0,6°С в порівнянні з XIX століттям. Далі до середини 60-х років відзначалось деяке похолодання клімату на 0,3°С, а потім почалось поступове зростання середньорічної температури, на Землі, яке продовжується і до сьогоднішнього часу. За даними Національного агентства США з аеронавтики і досліджень космічного простору (НАСА), за період XX століття середньорічна температура Землі зросла на 0,8°С, причому найбільш інтенсивний ріст температури спостерігається з початку 90-х років.

В той же час, підвищення середньорічної температури має свої особливості:

- по-перше, відчутним потепління стало, переважно, в помірних широтах, де воно значно вище, ніж в екваторіальній зоні;

- по-друге, у північній півкулі підвищення середньорічної температури є більш відчутним, ніж в південній півкулі. Різниця складає ~ 0,3°С;

- по-третє, над континентами підвищення температури складає ~ 1,6°С, а над Світовим океаном тільки 0,6°С.

Ряд вчених вбачають основну причину “парникового ефекту” в збільшенні концентрації в атмосфері діоксиду Карбону і це, перед усім, пов’язують з господарською діяльністю людини, зокрема, використанням органічних палив. Це стало причиною прийняття конвенції ООН з парникових газів (Протокол Кіото). Україною також підписаний цей протокол, що вступив в дію з 2005 року. В той же час, діоксид Карбону відносять до змінних компонентів атмосфери. Хоча сьогодні його середній вміст в атмосфері складає ~ 0,033 %, протягом року він змінюється: максимум припадає на весну, а мінімум- на осінь. За даними ряду вчених, протягом року вміст діоксиду Карбону в атмосфері коливався в межах 0,028-0,035 %. Якщо ж розглянути зміну вмісту діоксиду Карбону протягом існування планети Земля, то максимальний його вміст складав ~ 0,4 %, а середній вміст ~ 0,13 %, що в кілька разів вище сучасного.

Серед глобальних негативних наслідків “парникового ефекту”, в першу чергу, виділяють можливість підвищення рівня Світового океану в умовах потепління клімату нашої планети. Причинами цього явища є можливість танення материкових та морських льодовиків, а також теплове розширення океану. Моделювання наслідків підвищення рівня Світового океану показали, що при підвищенні середньорічної температури атмосфери на 1,5-2,0°С рівень Світового океану може піднятись на 1,0-2,0 м. Це загострить як соціальні, так і екологічні проблеми, які пов’язані з реальною можливість підтоплення близько ЗО країн світу (обмеження площі території країн, затоплення наземної рослинності та наслідки цього процесу тощо).

До негативних глобальних наслідків “парникового ефекту” відносять можливість зміщення кліматичних поясів, що теж являє певну небезпеку. По-перше, це може бути причиною поширення ряду інфекційних хвороб особливо тих, що поширюються комахами та гризунами. По-друге, зміна кліматичної зони є небажаною для рослин, адже певні види рослин пристосовані до певних умов довкілля. Скорочення ресурсів флори буде мати катастрофічні наслідки для біосфери.

В той же час, виділяють і ряд позитивних наслідків “парникового ефекту”. Це, по-перше, зростання вологості клімату, внаслідок збільшення випаровування з поверхні Світового океану в умовах потепління. По-друге, підвищення температури повітря і зростання в ньому концентрації діоксиду Карбону може збільшити продуктивність процесу фотосинтезу, тобто, сприяти зростанню біопродуктивності флори. Це, в свою чергу, підвищить ефективність ведення сільського господарства, адже очікується значне зростання врожайності у С₃-рослин (пшениця, картопля, соняшник, цукровий буряк тощо) та позитивні морфологічні зміни у С₄-рослин (кукурудза, просо тощо). Підвищення врожайності сільськогосподарських культур дозволить вирішити харчову проблему, яка є вкрай гострою в умовах демографічного вибуху. І нарешті, пом’якшення зим буде сприяти зменшенню витрат палива на опалення будівель, що буде в цілому мати позитивний вплив на екологічну ситуацію регіонів.

Явище смогу.

Смог (від англійського дим, туман) — атмосферне явище, що настає при збігу визначених метеорологічних умов і високого ступеня забруднення повітряного басейну. Розрізняють наступні види смогів: фотохімічний, лондонський і крижаний.

Фотохімічний смог утворюється в ясну сонячну погоду, при низької вологості, температурі вище +30° С, повній відсутності вітру і високого забруднення повітря. При фотохімічному смозі спостерігається поява блакитнуватого серпанка чи білуватого туману і зв'язане з цим погіршення видимості. Основними хімічними сполуками, що забезпечують перераховані вище властивості смогу, є озонид вуглецю і пероксіаціл-нітрати (ПАН), що утворюються в результаті хімічних реакцій вуглеводнів, що знаходяться в повітрі, з оксидами азоту і вуглецю під впливом сонячної радіації (фотохімічний ефект).

Смог викликає в людей роздратування органів почуттів, хімічно діє як окислювач (підсилює корозію металів, приводить до розтріскування гуми).

Фотохімічний смог характерний для таких міст, як Дніпропетровськ, Донецьк, Запоріжжя.

Лондонський смог формується при вологості повітря близько 100%, температурі 0°С, тривалій штильній погоді і високій концентрації продуктів згоряння твердого і рідкого палива (SО2, сажі, NО і СО). Спостерігається частіше в осінньо-зимовий період, характерний для помірних широт з вологим морським кліматом. Смог одержав свою назву після катастрофи у столиці Великобританії, у грудні 1952 р., зв'язаної з високим забрудненням повітря і тривалим штилем протягом двох тижнів. У цей період різко підвищилося число легеневих і серцево-судинних захворювань, смертність збільшилася більш, ніж у 10 разів. Подібні ситуації повторювалися в грудні 1956 і січні 1957 р. Завдяки вжитим заходам по обмеженню пилогазових викидів забруднення атмосферного повітря в Лондоні значно знизилося. Так, у період 1952—1970 р. викиди сажі при опаленні житлових будинків скоротилися з 130 тис. т у рік до 10 тис. т, а від промислових підприємств із 50 тис. т до 5,0 тис. т у рік. Сильний туман, що утворився в грудні 1972 р., що висів над містом протягом двох тижнів, цього разу не викликав серйозних наслідків для населення.

Смог типу лондонського характерний для Маріуполя, Одеси й інших приморських міст.

Крижаний смог характерний для міст, розташованих у високих (північних) широтах. Він утвориться при температурах нижче — 30° С, повному штилі, високій вологості повітря і наявності могутніх джерел забруднення атмосфери. При низькій температурі крапельки водяної пари перетворюються в кристалики льоду (розміром 5-10 мкм) і повисають у повітрі у виді густого білого тумана, видимість зменшується до 8-10 м. На кристаликах льоду адсорбуються часточки і молекули пилогазових викидів. Стаючи тяжчими, кристалики льоду опускаються до приземного шару. Подих у такому тумані стає неможливим.

Для України крижаний смог не характерний.

Ядерна ніч і ядерна зима.

Крім повільних змін клімату, людство може викликати його різкі катастрофічні зміни в результаті ядерної війни. Як свідчать результати моделювання на ЕОМ, смертельні для людства наслідки викличе вибух не всього колосального ядерного потенціалу, що накопичило людство, а локальний ядерний конфлікт з використанням 1000 Мт ядерної вибухівки. Такий локальний ядерний конфлікт, де б він не відбувався, неминуче спричинить катастрофу глобального масштабу, яка матиме такі наслідки:

1) ядерні, вибухи й колосальні пожежі призведуть до теплового нагрівання атмосфери, еквівалентного нагріванню всієї атмосфери Землі на 1°С, що викличе сильні руйнівні ефекти, зокрема ураганні вітри;

2) атмосфера буде забруднена радіоактивними речовинами. які за короткий час поширяться по всій земній кулі;

3) виділення СО₂, СО, метану, етану та пропану внаслідок пожеж і руйнування свердловин призведе до підвищення глобальної температури Землі на 4-6 °С у перші ж дні після конфлікту;

4) утворення під час вибухів з азоту повітря великої кількості окисів азоту та їх надходження в стратосферу зумовить руйнування від 40 до 60 % захисного озонового шару, що викличе різке збільшення ультрафіолетового опромінення поверхні Землі;

5) забруднення атмосфери величезною кількістю пилу й сажі внаслідок вибухів і пожеж.

Явище озонової діри в атмосфері.

Озоновий шар атмосфери захищає біосферу від дії короткохвильового ультрафіолетового випромінювання Сонця. Ці промені залежно від довжини хвилі можуть викликати фізіологічні зміни в організмах, призводити до розриву молекул білків, мутацій, переважно несприятливих.

Явище серйозного пошкодження озонового захисту біосфери Землі є типовим прикладом глобальної екологічної проблеми техногенного характеру. Історія "озонової діри" цікава не тільки сама по собі, а й як перший приклад порівняно оперативної і скоординованої дії вчених та урядів більшості країн світу.

Як відомо, терміном "озонова діра" офіційно названо зону стратосфери над Антарктидою з дуже зменшеною від нормального значення для цих висот концентрацією озону. Виникає під час антарктичної зими, досягаючи максимуму розвитку в самому її закінченні. Потім поступово заповнюється, а влітку антарктична стратосфера повертається до норми. В момент найбільшого розміру "озонова діра останніми роками подекуди навіть виходить за межі континенту Антарктиди, зумовлюючи помітне зменшення кількості озону над Південною Австралією і Новою Зеландією. Озоносферу над Антарктидою з 1957 р. вивчали вчені Великобританії. Перше невелике зменшення кількості озону відзначено у 1968 p., істотне - у 1977 р. Значне посилення цього явища датується 1982-1984 pp., після чого проблема набула світового розголосу, а до досліджень долучилися інші країни. Залучивши чималі фінанси і всю можливу техніку (висотні літаки, ракети і супутники), антарктичної зими 1987 року було зроблено якнайдетальніші вимірювання хімічного складу повітря на багатьох висотах. Так було отримано незаперечне свідчення того, що причиною зникнення озону були сполуки хлору і фтору: всюди, де їх було багато - озону мало, і навпаки.

Останнім часом спостереження метеорологів свідчать, що озоновий шар над Антарктидою почав зменшуватися. В ньому виникла пульсуюча діра у 29,5 млн. км², вміст озону в якій менший від звичайного на 40-50%. Ця діра з'являється антарктичною весною (з серпня по жовтень), а антарктичного літа зменшує свою площу. Встановлено підвищення УФ-фону в країнах, розташованих у Південній півкулі ближче, до Антарктиди. Руйнуванню озонового шару сприяють деякі хімічні речовини, які вступають у реакцію з озоном і розкладають його на кисень. Такі зв’язуючі озон речовини є в природі, проте в дедалі зростаючих кількостях вони викидаються в атмосферу за рахунок діяльності людей.

Кислотні дощі.

Окиси сірки й азоту, що потрапляють у атмосферу внаслідок роботи ТЕС і автомобільних двигунів, сполучаючись з атмосферною вологою, утворюють дрібні крапельки сірчаної та азотної кислот, які переносяться вітрами у вигляді кислотною туману і випадають на землю кислотними дощами. Ці дощі мають шкідливу дію на фактори навколишнього середовища, зокрема:

1) врожайність багатьох сільськогосподарських культур знижується на 3-8% внаслідок ушкодження листя кислотами.

2) кислі опади спричиняють вимивання з ґрунту кальцію, калію та магнію, що викликає деградацію флори та фауни;

3) деградують ґрунти та ліси, а зникнення лісів у гірських районах зумовлює збільшення кількості гірських зсувів і селів;

4) отруюється вода ставків і озер, у яких гине риба і численні види комах, а зникнення комах у водоймах призводить до щезання птахів і тварин, які ними живляться;

5) різко прискорюється руйнування пам’ятників архітектури, житлових будинків, особливо тих, що оздоблені мармуром, вапняком;

6) вдихання людьми повітря, забрудненого кислотним туманом, спричинює захворювання дихальних шляхів, подразнення очей, тощо.