Забруднення атмосфери Світового океану

В атмосфері в газоподібному та аерозольному станах постійно зна­ходяться забруднюючі речовини, які негативно впливають на всі живі ор­ганізми, спричиняючи різноманітні захворювання, зокрема онкологічні. Підвищений рівень забруднення атмосферного повітря, як результат тривалого або короткочасного впли­ву шкідливих речовин (особливо то­ксичних), може в певній мірі збіль­шувати захворюваність та смерт­ність населення, погіршувати процес лікування й одужання, викликати по­дразнення слизових оболонок ока й носоглотки, респіраторні захворю­вання, порушення функцій дихання та зниження працездатності.

Токсичні речовини, зокрема важкі метали (ртуть, свинець, кад­мій, цинк, мідь, миш'як), потрапля­ють у повітря разом з вихлопними газами, а потім з дощами до морсь­кої води. Під впливом морських те­чій забруднення швидко розповсю­джуються у водному середовищі. Поля таких забруднень інтенсивно формуються у прибережних водах промислових центрів, у районах нафтовидобутку та інтенсивного судноплавства. Для морських біоце­нозів найбільш небезпечні ртуть, свинець і кадмій, які містяться в про­дуктах згоряння палив, у відходах підприємств промисловості і морсь­кого транспорту та довго зберігають токсичність.

Потрапивши в морську воду, важкі метали концентруються голов­ним чином у поверхневій плівці, в придонних осадках та в біоті. Особ­ливе значення має поверхнева плів­ка товщиною 50...500 мкм, де про­ходять усі рівноважні процеси масо­обміну між водою та атмосферою.

У східній частині Саргасового моря (район розмноження вугрів) кількість шкідливих речовин нерід­ко в сотні разів перевищує гранич­нодопустимий рівень. Через за­бруднення важкими металами в нижніх шарах Балтійського моря зникає кисень, вміст аміаку за останні роки зріс у декілька разів, а концентрація олова в морській воді у два-три рази вища від нор­мальної.

Канцерогенні речовини - хімічно однорідні сполуки, які проявляють трансформуючу активність і здат­ність викликати онкологічні, тератогенні (порушення процесів ембріо­нального розвитку) або мутагенні зміни в організмах. У залежності від умов взаємодії вони можуть при­зводити до пригнічення росту, при­скорення старіння, порушення інди­відуального розвитку та змін гено­фонду живих організмів. До речо­вин, які потрапляють в атмосферу і мають канцерогенні властивості, відносять, у першу чергу, хлоровані аліфатичні вуглеводні, вінілхлорид та особливо поліциклічні аромати­чні вуглеводні (ПАВ).

Основні джерела забруднення атмосфери при роботі суднових енергетичних установок наступні: випускні гази (ВГ) теплових двигунів, котлів, інсинераторів, вентиля­ційні пари, витоки холодоагентів установок кондиціонування і рефрижерації, скидання пари в атмосферу при експлуатації котлів, витоки і випари газових робочих середовищ суднових систем та ін.

Морський транспорт є джерелом забруднення повітряного басейну вуглеводнями (насиченими, ненасиченими та ароматичними), оксидами карбону, нітрогену, сульфуру, фенолами, альдегі­дами, спиртами та іншими шкідли­вими речовинами, а також аерозолями і сажею. Загальна кількість забруднюючих речовин, які потрапляють до атмосферного повітря від підприємств морського транспорту, складає близько 1,3 %. Із суднових дизелів потрапляє до атмосфери близько 7% світових викидів оксиду нітрогену. Аерозолі надходять до атмосферу з відпрацьованими газами морських суден і промислових об'єктів.

"Дим", "туман", "пил" - це окремі види аерозольного забруднення різ­ного ступеня дисперсності. Серед аерозолів основними є сажа, завис­лі речовини, тумани сірчаної та азот­ної кислот. До джерел туманоутворення також відносять викиди пари технологічних установок і вологу відкритих водних поверхонь. Пер­винні місця виділення рідких і твер­дих аерозолів розміщуються прак­тично на всій території поблизу дже­рела забруднення.

Виділяють такі типи забруднен­ня атмосфери: фотохімічний лос-анджелеський смог, токсичний ту­ман (лондонський смог), аварійне забруднення в результаті масового викиду окремих речовин.

Смог (smoke - дим і fog - туман) виникає за наявності шкідливих ре­човин у малих концентраціях при безвітряній погоді та в періоди тем­пературної інверсії і призводить до накопичення забруднюючих речо­вин у приземних шарах атмосфери. У районі скупчення суден утворю­ється смуга сизого серпанку або імли зі специфічним запахом нафтопро­дуктів і газів, яка на певній відстані різко змінюється брудно-сірим тума­ном з низькою видимістю та харак­терним запахом.

Основну частку забруднень ат­мосфери енергетичною установкою судна чи об'єкта океанотехніки скла­дають випускні гази теплових дви­гунів і котлів (печей), які можуть мі­стити більше 280 компонентів з пе­ріодом існування від декількох хви­лин до п'яти років.

Хімічний склад викидів зале­жить від виду та якості палив, тех­нології виробництва, способу спа­лювання в двигунах та їх технічно­го стану.

При аналізі складу ВГ викор­истовуються два основні поняття: токсичність та димність.

Токсичні компоненти - це шкідливі речовини, які входять до складу відпрацьова­них газів.

Димність ВГ - властивість газу, обумовлена наявністю у його складі твердих і рідких аерозольних частинок або пари. Необхідно вра­хувати, що видимість плюмажу ви­хлопних газів може бути обумовле­на наявністю в них сажистих і золь­них частинок (чорний колір), NO₂ (жовто-сірий, бурий відті­нок) або конденсацією водяної пари (білий або відтінки сірого). Емісія ча­стинок суттєво змінюється в залеж­ності від складу палива, типу і дозу­вання масла у системах мащення. Близько 90 % частинок мають діа­метр менше 1,0 мкм. У газовому тракті їхні розміри можуть досягати 1,0 мм і більш. У загальній масі час­тинок переважає (понад 95...98 %) сажа. Як речовина, сажа нешкідли­ва, але вона може адсорбувати на своїй поверхні токсичні речовини типу бензопірену та ін. Крім того, сажа має неприємний запах. Нега­тивними наслідками відкладення ча­стинок у газовипускному тракті і на поверхнях утилізаційного котла є підвищення протитиску і потенційна загроза пожежі в котлі.

Для одночасного зниження і ток­сичності, і димності газів необхідні різні, іноді несумісні заходи, що іс­тотно ускладнює розв'язання про­блеми зниження шкідливих продук­тів у відпрацьованих газах. Склад і кількість токсичних компонентів ВГ дизелів визначаються хімічною природою і складом палива, співвід­ношенням кількості палива і повітря в циліндрах та особливостями орга­нізації робочого процесу двигуна. При використанні вуглеводневих па­лив нафтового походження та спалю­ванні в двигунах з надлишком кис­ню приблизно 80...95 % загальної маси токсичних домішок газів при­падає на частку п'яти основних ток­сичних компонентів: NO₂, СО, SО₂, альдегідів і вуглеводнів. Шляхом впливу на робочий процес енергетич­них установок з урахуванням зако­номірностей зміни концентрації окремих компонентів можна істотно знизити кількість шкідливих речо­вин, які викидаються до атмосфери. Проте всі існуючі технології знижен­ня шкідливих викидів до атмосфери пов'язані зі значним підвищенням вартості двигунів та зростанням екс­плуатаційних витрат.

Серйозну загрозу навколишньо­му середовищу являють суднові си­стеми кондиціонування і рефрижерації, а також системи газового по­жежогасіння, в яких використову­ються озоноруйнівні речовини (ОРР). До таких речовин відносять хлорофторовуглеці, гідрохлорофторовуглеці та галони - речовини, які складаються з метилброміду, чотирифтористого вуглецю, метилхлороформу. Зазначені речовини при випаровуванні проникають до стра­тосфери і розпадаються під дією ін­тенсивного ультрафіолетового опромінення. При цьому вивільню­ються атоми хлору або брому, що руйнують озоновий шар.

Вантаж, що перевозиться, або операції з ним при навантаженні й розвантаженні також є джерелам забруднення атмосфери Світового океану. При навантаженні сирої на­фти на танкерах ефект розбризкуван­ня нафти в сполученні з подачею інертного газу сприяє випаровуван­ню легких фракцій, зокрема етану, метану, пропану, бутану та інших ву­глеводнів. Утворюються леткі орга­нічні сполуки (ЛОС), які при скидан­ні до атмосфери містять цілий ряд ву­глеводнів та інертний газ. Така суміш є реальною загрозою навколи­шньому середовищу. Вміст інертних газів у ЛОС може складати до 80% витиснутого об'єму на початку на­вантаження і до 30 %, коли вантажні танки майже заповнені. Серйозну не­безпеку забруднення атмосфери мо­жуть становити вантажно-розванта­жувальні операції на суднах, що пе­ревозять сипучі вантажі.

Тривале забруднення різними отруйними речовинами надзвичай­но згубне для Світового океану, бо веде до стійких, а нерідко і необорот­них, наслідків. Природні можливо­сті нейтралізації отруйних забруд­нень в океані практично вичерпані, причому стан Світового океану ви­кликає більшу тривогу, ніж стан ат­мосфери. Це пояснюється тим, що ефект впливу атмосферних забруд­нень не перевищує 10% природних значень і коливань, тоді як в океані через антропогенний вплив біопродуктивність окремих угруповань на значних територіях може змен­шитися на 25...30%.

Останні дослідження показують, що подальше зростання концентрації вуглекислого газу в атмосфері від антропогенного фактору призведе до того, що близько 2100 року стан Світового океану буде загрожувати життю в морі такими способами, які важко спрогнозувати. Постійне зро­стання вмісту СО₂ в океані невпин­но веде до світової екологічної ка­тастрофи та зникнення багатьох морських видів, а потім за ланцюж­ком живлення - інших, і так далі, аж до того моменту, коли буде зачеплена вся природа Землі.

Можна прогнозувати рівень окиснення, ґрунтуючись на пробах води, геологічних "свідченнях та іс­торичних записах", моделях цирку­ляції води в океанах та її хімічних пе­ретворень, але важко передбачити точно, як закислені океани будуть змінювати екологічні фактори та клімат Землі.