169226 (Типы экологических кризисов. Критерии выхода из экологических кризисов), страница 2

В последнее время роль различных источников метана изменилась. В 1940-х годах на первом месте стояли болота и заболоченные местности, а в 1980-х годах этот источник ослабел, и переместился на четвертое место, уступив место затопляемым полям для возделывания риса («чекам»), животноводству и сжиганию биомассы налицо влияние деятельности человека.

Терпены, непрерывно выделяемые в атмосферу деревьями и другими растениями, поступают в атмосферу приблизительно в таком же количестве, что и метан, то есть около 400 миллионов тонн в год (хотя некоторые оценки достигают 1000 миллионов тонн). Эти вещества очень активны, особенно в присутствии озона. Считается, что именно они создают атмосферную дымку, часто наблюдаемую на суше вдалеке от промышленных источников загрязнения. Многие читатели наверняка наблюдали голубоватую дымку и ощущали запах озона в утреннем, освещенном солнцем сосновом бору.

Углеводороды, поступающие в атмосферу в результате деятельности человека, составляют небольшую долю от углеводородов естественного происхождения, но загрязнение ими имеет весьма важное значение в густонаселенных районах. В 1970 году в США было выброшено в атмосферу около 35 миллионов тонн углеводородов (в течение нескольких предшествующих лет роста почти не происходило), а глобальный выброс в тот же период оценивается в 90 миллионов тонн в год. Их поступление в атмосферу может происходить на любой стадии производства, обработки, хранения, перевозки и использования веществ и материалов, содержащих углеводороды. Так, уже при добыче нефти происходит утечка попутного нефтяного газа, испарение легких фракций нефти, неполное сгорание в газовых факелах. Более половины углеводородов, производимых человеком, поступает в воздух в результате неполного сгорания бензина и дизельного топлива при эксплуатации автомобилей и других средств транспорта. Виной тому не только конструктивные недостатки двигателей, но и экологическая безграмотность многих автомобилистов, не утруждающих себя регулировкой двигателей. Особенно неприятны выбросы плохо отрегулированных дизельных двигателей; в них имеется большое количество сложных циклических и ароматических углеводородов, являющихся канцерогенными веществами.

Такие опасные для человека и животных вещества образуются при сжигании угля, нефти, бытового мусора и даже при изготовлении на открытом огне шашлыков и при курении. Немало углеводородов поступает в атмосферу от химических заводов, при испарении различных растворителей в быту, изготовлении и использовании синтетических красок, при разливах бензина на бензоколонках. При определенных условиях высокая концентрация углеводородов может привести к образованию так называемого фотохимического смога с ядовитыми веществами, вызывающими раздражение и заболевания дыхательных путей и глаз у людей и губящими растительность.

Сернистый газ. Загрязнение атмосферы соединениями серы имеет важные экологические последствия. В атмосферу поступают главным образом сернистый газ и сероводород. В последнее время начинают привлекать внимание и другие соединения серы, образующиеся в результате микробиологических процессов. Главные естественные источники сернистого газа — вулканическая деятельность, а также процессы окисления сероводорода и других соединений серы. По некоторым расчетам, вследствие вулканической деятельности в атмосферу ежегодно попадает около 4 миллионов тонн сернистого газа. Но гораздо больше — около 200— 215 миллионов тонн сернистого газа — образуется из сероводорода, который поступает в атмосферу при разложении органического вещества.

Промышленные источники сернистого газа по интенсивности давно превзошли вулканы и сейчас сравнялись с суммарной интенсивностью всех естественных источников. В природе нет ископаемого топлива, которое состояло бы из одних углеводородов. Всегда имеется примесь других элементов, и один из них — сера. Даже природный газ содержит, по крайней мере, следы серы. В сырой нефти, в зависимости от месторождения, содержится от 0,1 до 5,5 процента серы, а уголь содержит от 0,2 до 7 процентов серы. Поэтому сжигание топлива дает 80—90 процентов всего антропогенного сернистого газа, причем больше всего (70 процентов и более) дает сжигание угля. Остальные 10—20 процентов приходятся на выплавку цветных металлов и производство серной кислоты. Сырьем для получения меди, свинца и цинка служат главным образом руды, содержащие большое количество серы (до 45 процентов). Те же самые руды и другие богатые серой минералы служат сырьем для получения серной кислоты.

Сернистый газ очень ядовит, он представляет угрозу здоровью и даже жизни человека и животных, наносит ущерб растительности. В СССР для сернистого газа в атмосфере предельно допустимые концентрации (ПДК) для разового воз­действия — 0,5 миллиграмма на кубометр, средняя за сутки — 0,05, что в перерасчете на объемные концентрации дает 0,17 и 0,017 чнм, соответственно,

Обычная концентрация сернистого газа в нижней части атмосферы равна 0,2 чнб. Однако его распределение по земному шару очень неравномерно. По измерениям на станциях наблюдения за фоном (мониторинга), расположенных в различных районах мира и находящихся в удалении от непосредственных антропогенных источников этого газа, концентрации различаются в десятки и сотни раз. Наибольшие концентрации наблюдаются в Северном полушарии, причем максимальных значений они достигают в восточных и центральных районах США, в Центральной Европе (10—14 микрограммов на кубометр, или 3,4—4,8 чнб). В районах, где крупных городов и промышленных центров меньше (запад США, Европейская территория СССР и др.), концентрация сернистого газа на порядок меньше (1—4 микрограмма на кубометр, или 0,34—1,37 чнб), а в некоторых более чистых районах, как Кавказ и озеро Байкал, меньше 0,1 микрограмма на кубометр, или 0,034 чнб. В Южном полушарии концентрация сернистого газа в 1,5—2 раза ниже, чем в Северном, над океаном существенно ниже, чем над континентом, причем над океаном концентрация увеличивается с высотой, тогда как над континентами она уменьшается,

При концентрации 8—12 чнм сернистый газ сильно раздражает дыхательные пути и вызывает кашель, при 20 чнм он раздражает глаза. В присутствии других загрязнителей, например при наличии аэрозольных частиц, для такого же воздействия достаточно гораздо более низких концентраций сернистого газа. Это объясняется тем, что совместный эффект двух загрязнителей превосходит сумму воздействий каждого из загрязнителей, действующих порознь. Именно это произошло во время печально знаменитого сернистого смога 5—9 декабря 1952 года в Лондоне, когда погибли 4 тысячи человек и были зарегистрированы десятки тысяч заболеваний легких и верхних дыхательных путей. Рост ежедневной смертности стал заметен, когда содержание сернистого газа достигло 0,20 чнм, а содержание аэрозольных частиц составило 750 микрограммов на кубометр. В дальнейшем эти показатели, а также и смертность продолжали расти, причем смертность увеличилась на 20 процентов, когда содержание сернистого газа достигло 0,52 чнм, а аэрозолей — 2000 микрограммов на кубометр.

Лондон был, по-видимому, первым из крупных городов мира, которые столкнулись с проблемой загрязнения атмосферы сернистым газом. Известно, что еще в середине XIII века стали раздаваться протесты против использования угля для отопления, но несмотря на королевский запрет, изданный Эдуардом 1 в 1276 году, его потребление в каминах для отопления домов продолжало расти. К этому вскоре прибавилось использование угля в промышленности, и уже в XVIII веке содержание сернистого газа в воздухе над Лондоном часто в несколько раз превосходило современную предельно допустимую концентрацию. Сохранились свидетельства современников о том, что путники, приближавшиеся к Лондону, уже за несколько миль до города чувствовали резкий запах сернистого газа.

Лондонская трагедия 1952 года и аналогичные случаи «смогов-убийц» в других крупных городах (Нью-Йорк, Роттердам и многие другие) сыграли свою роль и во многих промышленно развитых странах побудили принять решительные меры по сокращению выбросов сернистого газа (да и других загрязнителей). По-видимому, это отразилось и на статистике глобальных антропогенных выбросов сернистого газа в атмосферу. После быстрого роста выбросов в 1950-х годах (ежегодный рост составлял 4,6 процента по сравнению с 1,2 процента в предыдущее десятилетие, включавшее годы второй мировой войны). Последовало уменьшение темпов роста вдвое (до 2,3 процента в год) в 1960-х годах и дальнейшее умень­шение (до 2 процентов) в 1970— 1980 годах (но это все еще был рост!).

Принятые меры не замедлили сказаться. После издания закона об охране воздуха Большого Лондона, замены традиционных угольных каминов бутафорскими (представьте себе, что означал для англичан отказ от традиции!), введения парового отопления и расширения использования электричества смоги, да и обычные туманы в английской столице стали гораздо более редкими гостями. Их воздействие теперь никак нельзя сравнивать с убийственным воздействием смогов 1950—1960-х годов.

В СССР в 1950—1960-х годах проблема загрязнения атмосферы сернистым газом стояла не так остро, как а промышленно развитых капиталистических странах. Однако и в нашей стране в те годы можно было заметить тенденцию к ухудшению обстановки. В застойный период в отсутствии широкой гласности возобладал ведомственный диктат, результатом которого стало развитие ради развития и полнейшее игнорирование провозглашаемых гуманистических принципов, таких, например, как «все на благо человека». Сейчас, с приходом гласности, вдруг стало ясно, что у нас не только неблагополучно с экологической обстановкой, но, по мнению многих авторитетных экологов, мы находимся на пороге национальной экологической катастрофы. На Съезде народных депутатов СССР впервые было сказано о наличии в нашей стране неблагополучных с точки зрения экологии городов. В 1988 году в их список вошли 104 города из 236 городов с населением свыше 100 тысяч человек. В этих городах в течение года хотя бы один раз содержание того или иного из загрязнителей было превышено десятикратно, более сложный индекс загрязнения, учитывающий не только содержание загрязнителей, но и их динамику, позволяет выделить 68 особенно неблагополучных городов с сум­марным населением в 43 миллиона человек. В этих городах (например, в Нижнем Тагиле) так дальше жить уже невозможно.

В СССР выбрасывается в воздух ежегодно около 23 миллионов тонн сернистого газа, что составляет приблизительно десятую долю от глобального выброса этого газа и около четверти от всех выбросов вредных веществ в атмосферу в нашей стране.

Для растений сернистый газ ядовит при содержании 2—3 чнм (или 6—9 миллиграммов на кубометр), но хронические повреждения наступают уже при 0.03 чнм (0,09 миллиграмма на кубометр). При больших концентрациях сернистого газа происходит быстрое отмирание листьев и гибель всего растения. Хронические повреждения при длительном воздействии малых концентраций сернистого газа выражаются в накоплении вредных веществ в тканях растения, разрушении хлорофилла, снижении интенсивности фотосинтеза, нарушении роста, снижении урожая. Сернистый газ нарушает водный обмен у растений, вызывает опадание листьев, усыхание молодых побегов. Особенно чувствительны окисляется до серного ангидрида, который жадно соединяется с водой или слабыми водными растворами облачных или дождевых капель и образует сульфатные аэрозольные частицы. Их время пребывания в нижней атмосфере несколько больше, чем у сернистого газа.

Аммиак и окислы азота. Третий по массе и по значению вид газообразного загрязнения атмосферы образуют соединения азота — аммиак, закись азота, окись азота и двуокись, или перекись, азота. Два первых газа имеют в основном естественное происхождение, и мы не будем здесь на них останавливаться.

Главные азотсодержащие загрязнители атмосферы — окись и перекись азота. Оба газа ядовиты. Окись азота поступает в атмосферу в результате жизнедеятельности микроорганизмов и горения. Естественные источники дают около 450 миллионов тонн в год, антропогенные — вдесятеро меньше. Основным антропогенным источником является высокотемпературное сжигание ископаемого топлива, прежде всего в двигателях внутреннего сгорания и дизелях. В атмосфере окись азота довольно быстро окисляется в двуокись, которая также образуется при горении. Некоторая доля двуокиси образуется при вулканической деятельности и электрических разрядах в верхних слоях атмосферы.

Средняя концентрация окиси азота достигает 2 чнб (3 микрограмма на кубометр), двуокиси азота — 4 чнб (6 микрограммов на кубометр). В крупных промышленных центрах их концентрация увеличивается в 10—100 раз. Так, например, в пяти крупных городах США, расположенных в промышленном поясе северо-востока и Среднего Запада, средняя годовая концентрация двуокиси азота составляла 30—50 чнб (60—100 микрограммов на кубометр), а среднегодовое значение максимумов — 140—260 чнб (290—530 микрограммов на кубометр.

Окислы азота в атмосфере приводят к образованию коричнева­того смога, чему, как правило, способствует присутствие Других загрязнителей — сернистого газа, углеводородов, а также местные метеорологические и топографические условия. Такие смоги, наносят ущерб здоровью людей, в частности вызывают раздражение глаз и губят городскую растительность.

Окислы азота в облаках и туманах соединяются с водой, образуя капельки разбавленной азотной кислоты или ее солей. Часть из них превращается в твердые аэрозольные частицы, которые осаждаются на поверхности почвы и воды, другая вымывается из атмосферы дождями, так что кислые дожди бывают как сернокислыми, так и азотнокислыми.

Почти 90 процентов окислов азота, попадающих в атмосферу в результате деятельности человека, образуется в результате сгорания топлива в автомобильных двигателях (более 50 процентов) или в топках теплоцентралей и тепловых электростанций. Большой вклад вносит также сжигание твердых отходов — бытовых, промышленных и сельскохозяйственных, лесные пожары. Источником окислов азота служат также ряд отраслей промышленности, в их числе производство азотной кислоты, минеральных удобрений, искусственных волокон и т. д.