Джерела та екологічні наслідки забруднення атмосфери

Атмосферне повітря — це природна суміш газів приземного шару атмосфери, що склалася в ході еволюції Землі.

Товщина повітряної оболонки, яка оточує земну кулю, не мен­ше тисячі кілометрів, це майже чверть земного радіуса. Маса цієї оболонки приблизно складає 5×1015 (п’ять квадрильйонів) тонн. Хоча це еквівалентне менш ніж одній мільйонній частці маси Землі, без атмосфери життя на планеті було б неможливе. Вдихаючи щохвилини від 5—100 л повітря, людина за добу споживає 12—15 кг, а це значно перевершує середньодобову потребу в їжі і воді.

Атмосфера, крім того, надійно оберігає людину від численних небезпек, що загрожують їй з космосу: затримує метеорити, захищає землю від перегріву, відміряє сонячну енергію в необхідній кількості, нівелює перепад добових температур.

Газова оболонка охороняє Землю від надмірного охолодження і нагрівання. Завдяки їй на Землі не буває різких перепадів від морозів до спеки і навпаки. Якби Земля не була оточена повітряною оболонкою, то протягом тільки однієї доби амплітуда коливань температури досягала б 200оС: удень стояла б сильна жара (більше 100оС), а вночі мороз (-100оС). Ще більша різниця була б між зимовими і літніми температурами. Саме завдяки атмосфері середня температура на Землі складає близько 15оС.

Газова оболонка рятує все живе на Землі від згубних ультрафіолетових, рентгенівських і космічних променів. Верхні шари атмосфери частково поглинають, частково розсіюють ці промені.

Велике значення атмосфери й у розподілі світла. Повітря атмосфери розбиває сонячні промені на мільйон дрібних променів, розсіює їх і створює те рівномірне освітлення, до якого ми звикли.

Атмосфера є середовищем, у якому поширюються звуки. Без повітря на Землі панувала б тиша, неможлива була б людська мова.

Атмосферне повітря — невичерпний ресурс. Але в окремих регіонах земної кулі він потрапляє під такий сильний антропогенний вплив, що виникає проблема якісного складу атмосфери, особливо у великих промислових центрах.

Атмосферне повітря забруднюється шляхом привнесення в нього або утворення в ньому забруднювальних речовин у кон­центраціях, що перевищують нормативи якості або рівня природного вмісту.

Забруднювальні речовини — домішки в атмосферному повітрі, які чинять при певних концентраціях несприятливий вплив на здоров’я людини, рослинний і тваринний світ та інші компоненти навколишнього природного середовища або спричиняють збитки матеріальним цінностям.

Основні антропогенні джерела забруднення атмосфери:

теплове та енергетичне устаткування, промислові підпри-
ємства;

сільське господарство, транспорт.

До атмосфери надходять газоподібні речовини. Під час перебування в атмосфері їхні температура, властивості й стан можуть істотно змінюватися. Ці зміни проявляються у вигляді випадання в осад важких фракцій, розпаду на компоненти, хімічних і фотохімічних реакцій. Внаслідок цього в атмосфері можуть утворюватися компоненти, властивості й поведінка яких не завжди відповідатиме вихідним даним.

Україна відзначається значним забрудненням атмосфери, особ­ливо в промислово розвинутих областях. У 2001 році на душу населення припадало 83,3 кг шкідливих речовин, викинутих в атмосферу, тоді як у 1990 році — 299,7 кг. Істотне зменшення викидів в атмосферу України, що спостерігається останнього десятиріччя (табл. 4.1), зумовлене припиненням або істотним зниженням обсягів роботи багатьох промислових підприємств.

Територіальні відміни в забрудненні атмосферного повітря зображено на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Забрудненість атмосферного повітря

Чорна металургія. Процеси виплавки чавуну і переробки його на сталь супроводжуються викидом в атмосферу різних газів. Викид пилюки в розрахунку на 1 т придатного чавуну складає 4,5 кг, сірчистого газу — 2,7 кг, марганцю — 0,1—0,6 кг. Разом із доменним газом в атмосферу в невеликих кількостях викидається також з’єднання миш’яку, фосфору, сурми, свинцю, ртуті і рідких металів, ціанистий водень і смолисті речовини.

Більшість сучасних заводів чорної металургії мають цехи коксування вугілля і відділення переробки коксового газу. Коксохімічні виробництва забруднюють атмосферне повітря пилом і сумішшю летких сполучень. У деяких випадках, наприклад, коли порушується режим роботи, в атмосферу викидається значна кількість неочищеного коксового газу.

Забруднення повітря пилом при коксуванні вугілля проходить, коли підготовляється шихта та завантажується в коксові печі, вивантажується кокс у вагони для охолодження, а також при мокрому гашенні коксу. Останній процес супроводжується ще й викидом в атмосферу речовин, які входять до складу води, що використовується.

Промислові аварії в цій галузі приводять до загострення екологічної ситуації в регіоні. Будівництво об’єктів великої потужності при недостатньому вирішенні проблем аспірації, вентиляції, газоочистки призводить до постійних аварійних викидів в атмосферу значної кількості шкідливих речовин.

До наслідків антропогенного впливу на атмосферу належать:

підвищення концентрації СО та СО2;

надходження до атмосфери сполук сірки;

надходження фреонів, сполук азоту, хлору і фтору;

надходження додаткового тепла в атмосферу.

Зараз в атмосфері вміст СО2 порівняно невеликий — 0,033 % від загального її обсягу. Загальний обсяг СО2, що надходить в атмосферу, становить 5—1015 г вуглецю на рік. В атмосфері лишається лише половина цієї кількості, 30 % розчиняється у водах Світового океану, 20 % засвоюється біотою Землі. Систематичні спостереження за СО2 в атмосфері Землі за допомогою надійних приладів було розпочато наприкінці 50-х років ХХ ст.

Нині більше 10 станцій ведуть спостереження за концентрацією СО2. За останні 25 років його вміст зріс на 8,9 %, а за 100 років — на 20 %.

Збільшення СО2 в атмосфері зумовлено двома причинами:

вирубуванням лісів;

збільшенням викидів СО2 через згоряння палива.

Кольорова металургія. Шкідливі речовини утворюються при виробництві глинозему, алюмінію, міді, свинцю, олова, цинку, нікелю й інших металів у печах (для спікання, виплавки, опалювання, індукції й ін.), на устаткуванні для подрібнення та розмолу, у конвертерах, місцях навантаження, вивантаження і пересилки матеріалів, у сушильних агрегатах, на відкритих складах. В основному підприємства кольорової металургії забруднюють атмосферне повітря сірчастим ангідридом (75 % сумарного викиду в атмосферу), окисом вуглецю (10,5 %) і пилом (10,4 %).

Хімічна і нафтохімічна промисловість. Викиди в атмосферу в хімічній промисловості відбуваються при виробництві кислот, гумовотехнічних виробів, фосфору, пластичних мас, барвників і миючих засобів, штучного каучуку, мінеральних добрив, розчинників, крекінгу нафти.

Розмаїтістю вихідної сировини для виробництва визначається склад забруднювальних речовин. У викидах міститься аміак (3,7 %), бензин (3,3 %), сірковуглець (2,5 %), сірководень (0,6 %), толуол (1,2 %), ацетон (0,95 %), бензол (0,7 %), ксилол (0,3 %), дихлоретан (0,6 %), етилацетат (0,5 %), сірчана кислота (0,3 %).

Вирішення екологічної проблеми у галузі ускладнено експлуатацією морально і фізично застарілого обладнання. Слід зазначити, що в останні роки викиди в атмосферу забруднювальних речовин підприємствами галузі різко знизилися. Однак відбулося це не тому, що були проведені ефективні природоохоронні заходи, а через спад виробництва.

Підприємства нафтопереробної промисловості забруднюють атмосферу викидами вуглеводнів (23 % від сумарного викиду), сір­частого газу (16,6 %), оксиду вуглецю (7,3 %), оксидів азоту (2 %).

Особливу екологічну небезпеку становить розробка родовищ нафти і газу з підвищеним вмістом сірководню.

Промисловість будівельних матеріалів. Виробництво цемен­ту й інших в’язких, стінових матеріалів, азбестоцементних виробів, будівельного і технічного скла супроводжується викидами в атмосферу пилу і завислих речовин (57,1 % від сумарного викиду), оксиду вуглецю (21,4 %), сірчастого ангідриду (10,8 %) і оксидів азоту (9 %). Крім того, у викидах присутні сірководень (0,03 %), формальдегід (0,02 %), толуол (0,02 %), бензол (0,01 %), п’ятиокис ванадію (0,01 %), ксилол (0,01 %). Навколо заводів, що виробляють цемент, азбест і інші будівельні матеріали, утворилися зони з підвищеним утриманням в повітрі бензопірена, пилу, у тому числі цементного, та інших шкідливих речовин.

Деревообробна та целюлозно-паперова промисловість. Характерними забруднювальними речовинами, що виробляються цими підприємствами, є тверді речовини (29,8 % сумарного викиду в атмосферу), оксид вуглецю (28,2 %), сірчастий ангідрид (26,7 %), оксид азоту (7,9 %), толуол (1 %), сірководень (0,9 %), ацетон (0,5 %), ксилол (0,45 %), бутилацетат (0,4 %), етилацетат (0,4 %), метилмеркаптан (0,2 %), формальдегід (0,1 %).

В сільській місцевості джерелом забруднення атмосферного повітря є тваринницькі та птахівницькі господарства, м’ясопере­робні та молокопереробні підприємства. Над територіями, які при­микають до приміщень, де утримуються тварини та птиця, в атмо­сферному повітрі розповсюджуються на значні відстані аміак, сірководень та інші гази з неприємним запахом.

У рослинницьких господарствах атмосферне повітря забруднюється мінеральними добривами, пестицидами при протравлюванні полів та насіння на складах.

Смог (суміш диму та туману) — часте явище у великих містах. Сам по собі туман небезпечний для людського організму, згубним він стає, якщо надто забруднений токсичними домішками. Смог спостерігається лише в осінньо-зимовий період (з жовт­ня по лютий). Головну небезпеку становлять сірчастий газ, що міститься в ньому, у концентрації 5—10 г/м3 і вище.

5 грудня 1952 р. над всієї Англією виникла хвиля високого тис­ку і протягом декількох днів не відчувалося ні найменшого подуву вітру. Однак трагедія сталася тільки в Лондоні, де був високий ступінь забруднення атмосфери, — за три-чотири дні там загинуло понад 4000 чоловік. Англійські фахівці визначили, що смог 1952 р. містив декілька сот тонн диму і сірчастого ангідриду. При зіставленні забруднення атмосферного повітря в Лондоні в ці дні з рівнем смертності було відзначено, що смертність збільшується прямо пропорційно концентрації в повітрі диму і сірчастого газу. У 1963 р. від смогу, що опустився на Нью-Йорк, загинуло понад 400 чоловік. Вчені вважають, що щорічно тисячі смертей у містах усього світу пов’язані із забруд­ненням повітря.

У природі постійно відбувається обмін вуглекислим газом зав­дяки кругообігу вуглецю в системах:

атмосфера—гідросфера. Поглинання СО2 гідросферою дорів­нює його виділенню;

атмосфера і біота. СО2 поглинається зеленими рослинами через фотосинтез, який супроводжується виділенням кисню. З відмиранням рослин внаслідок окислення організмів і продуктів їхньої життєдіяльності вуглець знову повертається в атмосферу і гідросферу. Швидкість кругообігу становить 10 років. Цикл замкнений;

атмосфера—літосфера. Велика кількість СО2 безпосередньо виділяється в атмосферу через вулканічні виверження, з гарячими та мінеральними джерелами. Проте час кругообігу — тисячі років. Цикл незамкнений, що приводить до змін клімату на землі.

Викиди сполук сірки — SО2, SО3 і Н2S є найтоксичнішими. Дані про викиди окремих шкідливих речовин в атмосферу України наведено в таблиці 4.2.

Таблиця 4.2

ДИНАМІКА ВИКИДІВ ОКРЕМИХ ШКІДЛИВИХ
РЕЧОВИН В АТМОСФЕРУ УКРАЇНИ
ВІД СТАЦІОНАРНИХ ДЖЕРЕЛ ЗАБРУДНЕННЯ (тис. т)

* До сполук сірки включені речовини: сірчастий ангідрид, кислота сірчана, сірководень, сірковуглець.

**До сполук азоту включені: оксиди азоту, кислота азотна, аміак. У зв’язку з відсутністю обліку до сполук азоту в 1985 році не ввійшли азотна кислота і аміак.

Вплив сірчаного газу та його вихідних на людину та тварин проявляється перш за все в ураженні верхніх дихальних шляхів. Під впливом сірчаного газу та сірчаної кислоти відбувається руйнування хлорофілу в листках рослин, у зв’язку з чим погіршується фотосинтез та дихання, уповільнюється ріст, понижується якість насаджень деревини та урожайність сільськогосподарських культур, а при більш високих та довготривалих дозах впливу рослинність гине.

Підраховано, що загальна кількість викидів сірчаного газу в атмосферу нашої планети тепловими електростанціями, металургійними заводами, нафтопереробними підприємствами та іншими антропогенними джерелами з 1905 по 1965 р. виріс в 4 рази і тепер досягає 150 млн т. Із цієї кількості до 110 млн т (більше 70 % світових викидів сірчаного газу) припадає на країни Європи, Сполучені Штати Америки та Канаду. Враховуючи, що використання твердого палива, а саме бурого вугілля (що характеризується високим вмістом сірки), все збільшується, слід передбачати відповідне збільшення викидів сірчаного газу.

До малих сполук — забруднювачів атмосфери — відносять фреони, що їх використовують у холодильній промисловості та для приготування фарб, сполуки азоту, хлору і фтору. Сполуки азоту надходять також від транспорту, промислових об’єктів, через застосування мінеральних добрив, а сполуки хлору і фтору — від ядерних вибухів.

Наслідки забруднення атмосфери:

коливання прозорості атмосфери;

підвищення температури.

Забруднення атмосферного повітря містить в собі загрозу не тільки здоров’ю людей, але й завдає великого економічного збитку.

Пил, що міститься в повітрі, спричиняє погіршення клімату міст, зменшує прозорість атмосфери, збільшує кількість днів у місті з туманами.

Наявність у повітрі з’єднань сірки прискорює процеси корозії металів, руйнування будівель, споруд, пам’ятників культури, погіршує якість промислових виробів та матеріалів. Установлено, наприклад, що в промислових районах сталь іржавіє в 20 разів, а алюміній руйнується в 100 разів швидше, ніж у сільській місцевості.

Кислотні дощі спричиняють підвищення кислотності ґрунтів, зменшується їх продуктивність, міняється склад ґрунтових мікроорганізмів. Великої шкоди завдають кислотні дощі й лісам.

Накопичення вуглекислого газу в атмосфері — одна із основних причин парникового ефекту, зростаючого від розігріву Землі промінням Сонця.

Виробництво тепла людством становить у середньому 0,006% від загальної його кількості. Такий показник може стати причиною підвищення середньої температури лише на 0,01оС. У перспективі навіть зі збільшенням виробництва енергії у світі в 10—20 разів температура підвищиться на 0,2—0,3оС. Проте в містах надходження антропогенного тепла в декілька разів перевищує кількість енергії, яку вони дістають від Сонця. Навіть у невеликих містах це надходження становить від 10 до 100 %.

Стратосферний озоновий шар захищає людей та живу природу від жорсткого ультрафіолетового та м’якого рентгенівського випромінювання в ультрафіолетовій частині сонячного спектра. Товщина озонового шару за останні роки скоротилася в середньому на 2,5 %. Вміст озону в Північній півкулі над широтним поясом, що проходить через Дублін і Москву, в 1988 р. був на 8 % меншим, ніж 1969 р.

Шкідливі для людини та природи викиди можуть переміщатися в повітряних потоках на великі відстані. Наприклад, установлено, що викиди промислових виробництв Німеччини та Великобританії переносяться на відстань більше 1000 км і випадають на території скандинавських країн, а із північно-східних штатів США — на території Канади.

Самоочищення атмосфери. Повітряний океан володіє здатністю до самоочищення від забруднювальних речовин. Аерозолі вимиваються із атмосфери опадами, іони осідають під впливом електричного поля атмосфери, а також внаслідок гравітації.
Част­ка розміром 10 мкм проходить шлях від труби висотою 45 м до поверхні землі за 1,4 години. За цей час при швидкості вітру 2 м/с викид із труби буде віднесений на 10 км, частки меншого діаметра відносяться на ще більшу відстань. Осадженню сприяє сорбція їх на поверхні більших часток. За відсутності атмосферних опадів проходить випадання аерозолів в результаті зіткнення нижнього шару повітря із земною поверхнею та предметами, що знаходяться на ній. Так, повітряні потоки, що переносять забруднення, очищуються, зустрічаючи на своєму шляху ліс. На деревах осаджуються не тільки тверді частки, але й леткі речовини.

Внаслідок турбулентного перемішування приземний шар повітря весь час оновляється, тому на поверхню відкладається знач­на кількість аерозолів.

Процеси самоочищення атмосфери зв’язані не тільки з випаданням опадів та утворенням висхідних потоків, але й із іншими метеорологічними явищами.

Біосфері властиві самовідновлювальні якості. Ця здатність біосфери довгий час експлуатувалась людиною бездумно та по-хижацькому. Відходи виробництва викидались в повітря в розрахунку на те, що будуть знешкоджені та перероблені самою природою. Здавалось, що якою б не була велика загальна маса відходів, порівняно з відновлювальними властивостями біосфери вона незначна. Проте процес забруднення різко прогресує, і стає очевидним, що природні системи самоочищення рано чи пізно не зможуть витримати такого натиску.

Поиск по сайту: