2.2.3 Загрязнение атмосферного воздуха тундровой зоны
Атмосферный воздух является самой важной жизнеобеспечивающей природной средой и представляет собой смесь газов и аэрозолей приземного слоя атмосферы, сложившуюся в ходе эволюции Земли, деятельности человека и находящуюся за пределами жилых, производственных и иных помещений. Результаты экологических исследований, как в России, так и за рубежом, однозначно свидетельствуют о том, что загрязнение приземной атмосферы - самый мощный, постоянно действующий фактор воздействия на человека, пищевую цепь и окружающую среду.
Атмосфера оказывает интенсивное воздействие не только на человека, растительный и животный мир, но и на гидросферу, геологическую среду, почвенно-растительный покров, здания, сооружения и другие техногенные объекты. Поэтому охрана атмосферного воздуха и озонового слоя является наиболее важной проблемой экологии и ей должно уделяется пристальное внимание во всём мире. Основные агенты воздействия атмосферы на гидросферу - атмосферные осадки в виде дождя и снега, в меньшей степени тумана и смога. Поверхностные и подземные воды суши имеют главным образом атмосферное питание и вследствие этого их химический состав зависит в основном от состояния атмосферы. Отрицательное влияние загрязненной атмосферы на почвенно-растительный покров связано как с выпадением кислотных атмосферных осадков, вымывающих кальций, гумус и микроэлементы из почв, так и с нарушением процессов фотосинтеза, приводящих к замедлению роста и гибели растений.
Процессы и источники загрязнения приземной атмосферы многочисленны и разнообразны. По происхождению они подразделяются на природные и антропогенные. Среди антропогенных, к наиболее опасным процессам относятся: ядерные реакции при получении атомной энергии, сгорание топлива и мусора, испытаниях ядерного оружия. (Новая земля, там еще недавно проводились подземные и атмосферные ядерные взрывы последнее ядерное испытание проводилось здесь в 1980г.), различные химические производства, в том числе переработка нефти, газа и угля, металлургия и горячая металлообработка [13].
При процессах сгорания топлива наиболее интенсивное загрязнение приземного слоя атмосферы происходит в мегаполисах и крупных городах, промышленных центрах ввиду широкого распространения в них автотранспортных средств, ТЭЦ (Воркута, Ямбург, Норильск, Певек, Анадырь), котельных и других энергетических установок, работающих на угле, дизельном топливе, мазуте, природном газе и бензине [24].
Самым загрязнённым промышленным городом России в 2010 году признан северный город Норильск. Выбросы в атмосферу загрязняющих веществ промышленными предприятиями Норильска составили 1 миллион 924 тысячи тонн. Это абсолютный рекорд среди других промышленных городов России.
Наиболее вредными загрязняющими веществами атмосферного воздуха являются бенз(а)пирен и формальдегид. Основная причина высокого загрязнения воздуха указанными примесями состоит в значительных выбросах этих веществ крупными предприятиями электроэнергетики и автотранспортом. Средние за год концентрации бенз(а)пирена по всем городам, где проводились наблюдения (Сыктывкар, Воркута, Ухта), превысили норму и составили 1,4–1,8 ПДК. Максимальные его концентрации зафиксированы следующие: 5,5 ПДК – в Сыктывкаре, 2,8 ПДК – в Воркуте, 2,4 ПДК – в Ухте. В атмосферном воздухе Сыктывкара и Воркуты постоянно обнаруживается формальдегид, средняя за год концентрация формальдегида превышает ПДК в 4,3 и 1,3 раз соответственно [15].
Аэротехногенные выбросы (т.е. выбросы газов и пыли из металлургических цехов комбината в воздух) являются, наряду с технологическими сбросами (например, промышленных сточных вод), основным источником загрязнения природной среды продуктами металлургического производства.
В сороковых годах прошлого века, когда небольшие объемы производства и переработка местных руд, с невысоким содержанием серы, определяли сравнительно небольшую массу выбросов, загрязнение воздуха в городе и окрестностях города Норильска было незначительно и не вызывало тревоги. С ростом объемов проплава руды и производства металлов, в 50-ых годах начал гибнуть лес в ближайших окрестностях, и были отмечены случаи повышенных концентраций сернистого газа в городе. Все это вызвало необходимость улучшения технологии, разработки более совершенного оборудования, проведения исследований состояния среды и здоровья трудящихся комбината и населения города.
Соединения cеры - самая большая по объему часть промышленных выбросов медно-никелевых комбинатов. ОАО «Апатит» с рудником и обогатительными факторами. Комбинат «Североникель», включающий плавильный комплекс по получению меди, никеля, кобальта. Оленегорский горно-обогатительный комбинат; крупный металлургический комбинат «Печенганикель». Норильский металлургический комбинат Попадает в атмосферу в основном газообразная двуокись серы - сернистый ангидрид (сернистый газ) SO2 и частично серный ангидрид SO2 и аэрозоль серной кислоты H2SO4. В г. Норильск формирование очень высокого уровня загрязнения воздуха обусловлено значительными выбросами диоксида серы, составляющими более1,9 млн. т. в год по данным за 2013 год.
Никель и его соединения - второй, по значимости воздействия на живые организмы, компонент промышленных выбросов. Соединения никеля являются канцерогенами. Особо активная форма этих соединений - аэрозоли, мельчайшие частицы солей никеля в воздухе. Аэрозоли сульфата и хлорида никеля выбрасываются вентиляционными системами цехов электролиза никеля и, кроме того, образуются в атмосфере в результате реакции окислов и сульфидов содержащихся в пыли, с серной кислотой.
Замеры концентраций аэрозоля Ni в воздухе по факелу рассеивания, показали, что концентрация никеля в виде аэрозоля остается выше ПДК на расстоянии до четырех километров от цеха электролиза [23].
Второе место среди выбросов комбината после никеля занимает медь. Медь, как и кобальт, железо и марганец, обычно трактуются, как необходимые живым организмам элементы с потенциальной токсичностью. Каждый из этих четырех металлов имеет три уровня биологической активности - оптимальные для роста и развития следовые количества, гомеостатические уровни и токсические уровни. В больших количествах медь - приобретает общетоксические свойства и вызывает функциональные изменения печени, почек, нервной системы и желудочно-кишечного тракта. Для рыбохозяйственных водоемов установлена ПДК меди в воде 0,001 мг/л [7].
Кобальт, как и никель, относится к группе промышленных ядов второй группы опасности, но его рассматривают как необходимый для жизни металл с потенциальной токсичностью. В больших дозах кобальт вызывает угнетение тканевого дыхания.
Свинец, мышьяк и кадмий - одни из наиболее вредных элементов, но в металлургических пылях и шлаках они присутствуют в немобильном виде, поэтому при существующей технологии существенной проблемы не представляют. В то же время свинец и ртуть постоянно присутствуют в атмосфере городов, в которых расположены, металлургические комбинаты. Кроме того, в атмосферу тундровой зоны попадают: свинец - за счет выхлопов автотранспорта (добавки в бензин тетраэтилсвинца для повышения октанового числа), ртуть - за счет сотен тысяч разбиваемых ежегодно ртутных люминесцентных ламп.
Платина и металлы платиновой группы также имеют токсические свойства и только очень малое содержание этих металлов в основных продуктах производства исключает их вредное влияние. Наиболее токсичны тетраоксиды рутения и осмия (RuO4 и OsO4).
В пылях металлургических печей содержатся токсичные соединения селена. Токсичность селена проявляется, когда вводимые в организм количества превышают экскреторные возможности, появляется «чесночное дыхание» и чесночный запах от человека.
Органические канцерогены. К числу заметных и специфичных для токсичных органических веществ - канцерогенов (т.е. вызывающих рак) - относятся формальдегид и полиароматические углеводороды (ПАУ), особенно бенз(а)пирен. Постоянным источником загрязнения воздуха формальдегидом являются отработанные выхлопные газы автомашин, значительные количества формальдегида выбрасывались раньше в атмосферу цехами термоизоляционных материалов (шлаковаты), использовавшими в процессе производства фенол-формальдегидную смолу. Теперь мы знаем, что это было ошибкой, надо было применить экологически нейтральную связку.
Источниками атмосферного загрязнения так же являются выхлопные газы автомобилей и самолетов, дымовые газы ТЭЦ и металлургических электропечей, лесные пожары и сжигание бытового мусора. Военные самолеты в течение 30 лет взлетали на форсаже точно над городом Мончегорском и засевали его территорию бенз(а)пиреном, сейчас, после довольно долгого перерыва, полеты продолжаются - ведь расположение аэродрома относительно города не изменилось [14, 13].
Есть еще одна группа распространенных органических токсичных веществ, чрезвычайно опасных - это диоксины (полихлорированные дибензо-п-диоксины и дибензофураны), которые являются чужеродными для человека (ксенобиотиками), что, с учетом чрезвычайной токсичности для животных и человека, позволяет отнести их к категории супертоксикантов.
Острая токсичность диоксинов проявляется в чрезвычайно малых концентрациях - 10-9 - 10-15 мг/г. Диоксин оказывает выраженное отрицательное воздействие на человека, как тератоген - т.е. вызывает уродства потомства, канцероген - т.е. вызывает рак, отрицательно влияет на состояние эндокринной системы.
Ввиду растущего промышленного производства появляются новые химические соединения, в том числе сильно токсичные. Главными антропогенными загрязнителями атмосферного воздуха кроме крупнотоннажных оксидов азота, серы, углерода, пыли и сажи являются сложные органические, техногенные радионуклиды, хлорорганические и нитросоединения, вирусы и микробы.
Динамика выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от автомобильного транспорта и стационарных источников за 2010-2013 года по субъектам федерации приведена на (рис. 1–4).
Рис.1. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу по Дальневосточному региону [11]
Рис. 2. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу в Ненецком автономном округе [11]
Рис. 3. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу в Мурманской области [11]
Рис. 4. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу в Ямало-ненецком автономном округе [11]
Если проследить за динамикой выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от стационарных источников По Дальневосточному региону сокращение выбросов произошло не значительное. Подобная стабильность обусловливается такими факторами, как постепенным свертыванием деятельности ряда предприятий, а в ряде случаев – прекращением их деятельности.
В Ненецком автономном округе с 2010г. по 2012 г. произошло сокращение выбросов практически в 4 раза, это связано с тем что на предприятиях происходили природоохранные мероприятия со стороны главных источников загрязнения а так замена оборудования на более современное. В 2013 г. выбросы немного возросли, это связано с увеличением автотранспорта.
В Мурманской области с 2010г. по 2013г. постепенно происходит уменьшение выбросов в атмосферу от стационарных источников, это связано с сокращением промышленного производства, а также с тем, что проводятся природоохранные мероприятия со стороны главных источников загрязнения, например, таких как Кольская ГМК, однако возрастает количество выбросов от автотранспорта в связи увеличения его количества.
в Ямало-ненецком автономном округе с 2010г. по 2013г наблюдается снижения количества выбросов от стационарных источников, но возрастает количество выбросов то автотранспорта за счёт увеличения его количества.
Следует отметить, что антропогенные процессы загрязнения воздушного бассейна в большинстве случаев поддаются управлению. Однако борьба с трансграничными переносами загрязняющих веществ в атмосфере может успешно вестись лишь при условии тесного международного сотрудничества, что представляет определенные трудности по разным причинам. Очень сложно оценивать и прогнозировать состояние атмосферного воздуха, когда на него воздействуют и природные, и антропогенные процессы. Особенности такого взаимодействия пока еще изучены слабо [11].