160 . ХАРАКТЕРИСТИКА АТМОСФЕРЫ

возможно после определенных метеоусловий, связанных с перемещением холодных воздушных масс. Особую важ­ность приобретает рельеф местности, когда холодный воз­дух с возвышенности спускается в более низменную мест­ность. При этом диоксид азота, поглощая УФИ Солнца, дис­социирует на оксид азота NO и атомарный кислород О, который, соединяясь с молекулой О₂, образует тропосфер­ный озон — один из сильнейших окислителей. Наиболее благоприятное время для развития смога — с 10.00 до 16.00 ч в силу того, что в эти часы наиболее интенсивно УФИ (рис. 8.17).

Помимо этого, при одновременном присутствии в возду­хе органических соединений типа углеводородов запускает­ся цепь сложных химических реакций, в результате которых образуются альдегиды, кетоны, свободные радикалы, перок-сиды (например, пероксиацетилнитрат, являющийся силь­ным лакриматором). Вновь образованные вещества или фо­тохимические окислители по токсичности превосходят исходные продукты.

Озон (О₃) — газ с высокой токсичностью. В нижних сло­ях тропосферы его концентрация может находиться между 0,004 и 0,2 мг/м³. Период полураспада озона в тропосфере весьма короток (7 мин).

14 л

6 4. Тропосфера 161

Из-за высокой реактивности озона точка его приложе­ния — повреждение ткани легких. В клетках озон может явиться причиной разнообразных нарушений: в липидных структурах мембран индуцируется перекисное окисление, белки (ферменты, структурные и рецептурные белки), а так­же гиалуроновая кислота подвергаются окислению, что сопровождается изменением функциональной активности клеток.

Токсическое воздействие озона происходит при инга­ляции в течение 1—2 ч воздуха с концентрацией озона 2— 10 мг/м³. Оно сопровождается раздражением слизистых глаз и дыхательного тракта. Следствие этого — слезотече­ние, цианоз и нарушение дыхательной функции легких (диспноэ, токсический отек легких, уменьшение жизнен­ной емкости легких). Вдыхание озона даже 0,2 мг/м³ в тече­ние 1-2 ч может привести к рези в глазах, раздражению но­соглотки. Дети более чувствительны к озону, чем взрослые.

Хроническое поступление 0,5—1 мг/м³ озона может при­вести к эмфизематозным и фибротическим изменениям ткани легких, гиперплазии альвеолярных клеток. Из-за тор­можения образования в активированных макрофагах весь­ма токсичных для бактерий супероксидных радикалов и снижения цилиарной функции клеток эпителия увеличива­ется опасность возникновения последующих инфекцион­ных заболеваний.

На рис. 8.18 показана структура нормальной газообмен­ной области легких. Видны очень тонкие стенки нормаль­ных альвеол. Лишь два слоя клеток и тонкая прослойка интерстициального матрикса отделяют альвеолы от жидкой фазы кровеносных сосудов.

Клетки, которые выстилают ._Ж;.-р альвеолы, называются пнев- моцитами. Это обеспечивает очень большую поверхность, поперек которой газы могут эффективно транспортиро­ ваться В ПРОТИВОПОЛОЖНЫХ _Рис._{8МСтруктура} альвеолярной направлениях. области в норме (по Kleinman B.T.

На рис. 8.19, а показан эф- The health effects of air pollution фект воздействия озона в кон- on children, http: // www.aqmd.gov)

162

. ХАРАКТЕРИСТИКА АТМОСФЕРЫ

центрации 0,2 ррт в течение 4 ч. В некоторых крупных го­родах уровни загрязнения озоном в летние дни могут приближаться к 0,2 ррт. Оче­видно присутствие дополни­тельных клеток, называемых макрофагами, и некоторого материала, который пред­ставляет собой фрагменты поврежденных озоном альвео­лярных пристеночных клеток. Более обширные повреж­дения происходят после воз­действия озона в концентра­ции 0,6 ррт (рис. 8.19, б). Альвеолярные стенки более толстые, и имеются доказа­тельства пенетрации в них клеток. В альвеолярном про­странстве присутствует боль­шее количество макрофагов. Происходит замена обычных клеток на кубические клет­ки, которые являются более стойкими к ядовитым эф-

фектам озона. Все эти изменения происходят в пределах 48 ч после его воздействия.

Американское управление по охране окружающей среды (ЕРА US) рекомендовало, чтобы уровень озона в городах не превышал концентрации в 0,08 ррт, усредненной в течение 8-часового периода. При превышении этого уровня реко­мендуется ограничивать пребывание на открытом воздухе детей и взрослых, чья деятельность или образ жизни харак­теризуются повышенной физической активностью, людей, имеющих патологию органов дыхания (бронхиальную аст­му), и других индивидуумов с повышенной чувствитель­ностью к озону.

В табл. 8.5 приведена шкала степени загрязнения возду­ха городских экосистем, принятая в ряде стран мира, и не­обходимые мероприятия для различных групп населения.

Тропосфера

163

Таблица 8.5

Шкала концентраций озона

		8-часовая	Индекс
Качество	Меры воздействия	усредненная	качества
воздуха		концентрация	воздуха
		озона, ррт
Хорошее	Отсутствие воздействия	0-0,064	0-50
Изменен-	Людям с повышенной чув-	0,065-0,084	51-100
ное	ствительностью необходи-
	мо ограничить пребывание
	на открытом воздухе
Частично	Играющим детям, спортсме-	0,085-0,104	101-150
плохое	нам, людям с хроническими
	респираторными заболева-
	ниями необходимо ограни-
	^чить пребывание на откры-
	том воздухе
Плохое	Играющим детям, спорт-	0,105-0,124	151-200
	сменам, людям с хрониче-
	скими респираторными за-
	болеваниями (астма) необ-
	ходимо избегать длительно-
	го пребывания на открытом
	воздухе
Очень пло-	Всем категориям населения	Свыше 0,125	201-300
хое	необходимо избегать нахож-
	дения на открытом воздухе

Другие компоненты фотохимического смога также обла­дают раздражающим эффектом на слизистую глаз, верхних дыхательных путей, способствуют развитию аллергического конъюнктивита, вызывают сухость слизистых, аллергиче­ский ринит, обострение хронического синусита, насморк (рис. 8.20, а, б). Со стороны легких может отмечаться затруд­нение дыхания, кашель, одышка, отделение мокроты. Воз­можно появление астатических приступов, развитие гипер­чувствительной пневмонии, бронхита, пневмоний, вы-

164

. ХАРАКТЕРИСТИКА АТМОСФЕРЫ

званных Legionella, Aspergillus и др. Со стороны кожи наблюдаются сухость, раздражение, высыпания. Общие при­знаки включают ухудшение общего са­мочувствия, повышенную усталость, не­определенные жалобы пациента, тош­ноту, обострение респираторных забо­леваний. Рентгенологически регистри­руется ограничение дыхательной актив­ности легких.

Компоненты смога — сильные фито-токсины для растений. Озон легко про­никает в хвою или листья в процессе дыхания растений, нарушая процесс фотосинтеза.

Для предотвращения загрязнения ат­мосферы соединениями азота был при­нят межгосударственный «Протокол об ограничении выбросов оксидов азота или их трансграничных потоков к Кон­венции 1979 г. о трансграничном загряз­нении воздуха на большие расстояния». В 1988 г. в Софии был подписан «Протокол об ограничении выбросов окислов азота». Свинец. Ежегодно в атмосферный воздух выбрасывается около 300 тыс. т свинца. Свинец вводится в автомобильный бензин в виде антидетонатора — тетраэтилсвинца - соедине-ния, снижающего скорость сгорания бензиновоздушной смеси.

В Европе свинец содержится в средней концентрации воздухе около 1 мкг/м³ (максимальное значение — 100 мкг/м³ воздуха). Свинецсодержащие аэрозольные час­тицы резорбируются преимущественно в легких (70%). Осе­дая на почве, свинец смывается осадками (дождь, снег), пе­реходит в воду, в том числе и в питьевую. Механизм действия свинца на организм человека описан в гл 9.

Наиболее оптимальным выходом из создавшегося поло­жения по загрязнению биосферы свинцом является замена тетраэтилсвинца в автомобильном топливе на другой анти­детонатор. В настоящее время в качестве такого вещества стали применять органические соединения марганца.

. Тропосфера

165

Кадмий. Источником кадмия являются продукты износа автомобильных шин. В их состав входят оксид цинка (до 2%), кадмий, медь и свинец. Кроме того, даже в продуктах сгорания неэтилированного бензина присутствует кадмий. Как и свинцу, кадмию присущ водный путь распростране­ния. Механизм действия кадмия также описан в гл. 9.

Снижение воздействия на человека продуктов выбросов ав­тотранспорта. К основным способам относятся:

• повышение экономичности двигателей, т.е. уменьше­ ние количества потребляемого топлива;

• улучшение конструктивных особенностей автомобилей (уменьшение коэффициента лобового сопротивления встречному потоку воздуха);

• оптимизация работы автомобильных двигателей (про­ верки на содержание СО, оборудование машин катализато­ рами). По существующим нормам допускается содержание СО в выхлопных газах легкового автомобиля до 1,5%. Функ­ ция катализаторов состоит в реакциях конвертирования продуктов неполного сгорания автомобильного топлива:

2 СО + 2 NO -> N₂ + 2 СО₂; 2 Н₂ + 2 NO -> N₂ + 2 Н₂О; 2 СО + О₂ -> 2 С0₂; 2 SO₂ + О₂ -> 2 S0₃;

Таблица 8.6

Сравнительная характеристика карбюраторного (бензинового) и дизельного