169226 (Типы экологических кризисов. Критерии выхода из экологических кризисов), страница 3

Аэрозоли. Количество аэрозольных частиц, поступающих в атмосферу из естественных источников, оценивается в 700—-2200 миллионов тонн в год, из искусственных источников пока что впятеро меньше — 185—415 миллионов тонн в год.

Процессы образования аэрозолей весьма разнообразны. Это, прежде всего раздробление, размельчение и распыление твердых веществ. В природе такое происхождение имеет минеральная пыль, поднимаемая с поверхности пустынь во время пыльных бурь. В северной части тропической Атлантики, куда выносится сахарская пыль пассатными ветрами, атмосфера бывает настолько замутненной, что солнце при восходе или закате оказывается невидимым довольно высоко над горизонтом. Этот источник атмосферных аэрозолей имеет глобальное значение, так как пустыни занимают около трети поверхности суши, да еще имеется тенденция к увеличению их доли из-за неразумной деятельности человека. Минеральная пыль с поверхности пустынь переносится ветром на многие тысячи километров. Так, например, отмечалось выпадение больших количеств сахарской пыли в Англии, а также и на противоположной стороне Атлантического океана — на острове Барбадос.

Аналогично проявляется вулканический пепел, попадающий в атмосферу во время извержений вулканов. Хотя крупные извержения происходят сравнительно редко и нерегулярно, вследствие чего этот источник аэрозоля по массе значительно уступает пыльным бурям, его значение весьма велико, так как этот аэрозоль забрасывается в верхние слои атмосферы — в стратосферу. Оставаясь там, в течение нескольких лет, он отражает или поглощает часть солнечной энергии, которая могла бы в его отсутствие достичь поверхности Земли.

Источниками аэрозолей являются также технологические процессы хозяйственной деятельности людей. Мощный источник минеральной пыли — промышленность строительных материалов. Добыча и дробление пород в карьерах, их транспортировка, производство цемента, само строительство — все это загрязняет атмосферу минеральными частицами. Например, для получения тонны цемента требуется тонко размолоть около 3 тонн исходной породы, а ведь в мире производится не менее полумиллиарда тонн цемента! В 1983 году только социалистические страны и 6 главных капиталистических стран произвели 460 миллионов тонн цемента. Одна только цементная промышленность производит ежегодно около 7 миллионов тонн аэрозолей. Мощный источник твердых аэрозолей — горнодобывающая промышленность, в особенности при добыче угля и руд в открытых карьерах. В них на больших площадях снимается верхний почвенный слой вместе с растительностью, и обнажившиеся породы становятся беззащитными перед термическим и ветровым разрушением. Сама добыча, которая состоит, собственно, в погрузке угля или руды экскаваторами на железнодорожные платформы, является источником огромных количеств пыли, загрязняющей воздух и местность на многие километры вокруг. Этот способ добычи угля или руды кажется наиболее дешевым, но при оценке его рентабельности не учитывается деградация окружающей среды. Но и добыча в шахтах и рудниках — также источник аэрозолей, поскольку около них образуются горы пустой породы (терриконы), разрушаемые ветром и водой. Много аэрозолей вносят в атмосферу черная металлургия с ее огромными объемами руды и кокса, цветная металлургия с обогатительными фабриками, производство и применение минеральных удобрений и пестицидов и так далее.

Аэрозоли попадают в атмосферу при разбрызгивании растворов. Естественный источник таких аэрозолей — океан, поставляющий хлоридные и сульфатные аэрозоли, образующиеся в результате испарения морских брызг, в количестве около миллиарда тонн в год, то есть около 40 процентов всего аэрозоля, поступающего в атмосферу. Впрочем, вклад от человеческой деятельности здесь невелик.

Еще один мощный механизм образования аэрозолей — это кон­денсация веществ во время горения или неполное сгорание из-за недостатка кислорода или низкой температуры горения. Так, например, образуются частицы сажи при сжигании угля и других топлив. В природе главный источник таких аэрозолей — это лесные пожары, люди же добавляют аэрозоли при сжигании угля, нефти, древесины, отходов; аэрозоли поставляют дым металлургических заводов и т.п. В сумме это дает 2—3 процента от общего поступления аэрозолей в атмосферу. При горении образуются также газы — сернистый, окислы азота, выброс которых, как говорилось выше, приводит к возникновению сульфатных и нитратных аэрозолей. Этот вторичный источник аэрозолей вместе с аэрозолями, образующимися из терпенов, углеводородов и т.п., дает около 8 процентов общего поступления в атмосферу.

Аэрозоли удаляются из атмосферы тремя путями: сухим осаждением под действием тяжести (главный путь для крупных частиц), осаждением на препятствиях и вымыванием осадками.

Все сказанное выше приводит к тому, что размеры, состав, химические и физические свойства аэрозолей весьма разнообразны. Например, их размеры (радиусы) варьируют в основном в миллион раз — от тысячных долей до тысяч микрон (т. е. миллионных долей метра).

Аэрозольное загрязнение. Аэрозоли, во-первых, воздействуют на погоду и климат: оптически активные частицы с радиусами от 10^-1 до 10¹ микронов вносят основной вклад в замутненность атмосферы; частицы с радиусами от 10^-2 до 102 микронов служат ядрами конденсации влаги и способствуют образованию облаков и туманов, дождя и снега. портят здоровье людей. В течение суток через легкие человека проходит 12—14 кубометров воздуха. Концентрация аэрозоля в чистом воздухе составляет 10—12 микрограммов на кубометр, в промышленных городах вдесятеро, а иногда и в несколько десятков раз больше. Даже если учесть, что крупные частицы задерживаются в носовой полости, а очень мелкие возвращаются с выдыхаемым воздухом, то и тогда в легких жителя промышленного центра ежесуточно может оседать 1 миллиграмм аэрозолей. Химически неактивные аэрозоли накапливаются в легких и ведут к их повреждениям. Обычный кварцевый песок и другие силикаты — слюды, глины, асбест, тальк и др., накапливаясь в легких, могут приводить к таким заболеваниям, как силикоз и даже рак легких. Частыми оказываются хронические бронхиты, эмфизема легких, астма и другие аллергические заболевания. Химически активные аэрозоли, а среди них немало ядовитых, наносят вред не только легким, но и проникают в кровь, приводя к заболеванию сердечнососудистой системы и печени.

Выше уже говорилось о действии кислых туманов, раздражающем слизистые оболочки, глаза и кожу. В некоторых случаях аэрозоль может оказывать на человека и психологическое действие: неприятные ощущения вызывают некоторые запахи, ухудшение видимости, загрязнение одежды смолистыми или сажистыми аэрозолями. Устра­нение ущерба, наносимого аэрозолями, иногда требует значительных затрат.

Тяжелые металлы. Промышленные дымы содержат не только сажу, но и множество других вредных веществ. Производство черных металлов сопровождается не только выбросами сернистого газа и окиси железа, но и таких ядовитых веществ, как сурьма, свинец, мышьяк, пары ртути. В еще больших количествах ядовитые тяжелые металлы поступают в атмосферу из предприятий цветной металлургии. Они составляют половину источников поступления в атмосферу меди и цинка. Сжигание топлива дает 85 процентов выбросов в атмосферу ванадия, 98 — кобальта, 80 — сурьмы, 77 — никеля, 50 процентов селена. С выхлопами автомобилей выбрасывается 250—300 тысяч тонн свинца, который с 1924 года используется в примеси к бензину (в виде тетраэтилсвинца) как антидетонатор. Уже в 1940 году его содержание в образцах материкового льда Гренландии превысило допустимую норму в 175 раз, а в 1966 году норма была превышена в 500 раз!

Больше всего это отношение у свинца: 17,5: его выбрасывается в атмосферу много больше Других металлов и в абсолютном выражении — около трети миллиона тонн в год. Затем идут четыре элемента, которые поступают в атмосферу из-за человеческой деятельности вдвое больше, чем от естественных источников: это кадмий, цинк, мышьяк и никель.

Радиоактивность. Что бы ни говорилось об якобы обеспеченной экологической чистоте ядерной энергетики, возможность загрязнения окружающей среды существует практически на всех этапах производства как ядерной энергии, так и ядерного оружия, причем, сейчас мы говорим о контролируемых технологических процессах, хотя наибольший ущерб могут причинить аварии на предприятиях атомной промышленности. Правда, вероятность таких аварий, по расчетам специалистов, мала. Вероятность крупной аварии с повреждением противоаварийной оболочки реактора в 1975 году была оценена специалистами США как один раз за миллион лет. Однако последствия таких аварий могут быть настолько ужасными, что даже эта малая вероятность не может успокоить общественность всех стран. И это доказала самая большая за историю атомной энергетики катастрофа на Чернобыльской АЭС.

Естественная радиоактивность, интенсивность которой в специфических, выработанных физиками единицах, оценивается в 10—20 микрорентген в час, создается в атмосфере двумя источниками. Во-первых, это выделение радиоактивных газов из минералов земной коры. Таково происхождение газа радон-222, который имеет период полураспада в 3,8 суток, и совсем уже короткоживущего торона, он же радон-220: период его полураспада 54 секунды. Во-вторых, это воздействие космических лучей на атмосферные газы, приводящее к образованию радиоактивных изотопов — трития (водород-З), углерода-14, бериллия-7 и некоторых других.

Рентген (Р) — это количество рентгеновского, или гамма-излучения, которое путем ионизации соз­дает в воздухе некоторый определенный электрический заряд (2,58-10^-4 кулонов на килограмм). Употребляется также единица рад — это доза радиации, равная энергии 10 мДж, поглощенной килограммом облученного вещества. Используется и биологический эквивалент рентгена (бэр); он равен дозе ионизирующего излучения, дающей такой же биологический эффект, что и рентгеновское излучение в один рентген. Отношение между бэром и радом для рентгеновского и гамма-излучения и электронов равно единице, для медленных нейтронов — трем, для альфа-частиц, быстрых нейтронов и протонов — десяти, для осколков деления урана — двадцати. Это отношение характеризует относительную биологическую эффективность соответствующего вида излучения.

Уже при добыче сырья на урановых или ториевых шахтах, как и при добыче обычной руды, образуется много пыли, но эта пыль радиоактивна. Она и выделяющиеся радиоактивные газы могут оказаться в атмосфере при вентилировании шахт. На обогатительных фабриках урановая руда дробится и распыляется, и в воздух может попадать не только радиоактивная пыль, но и ядовитые вещества: ванадий, мышьяк, селен и др. Далее концентрат урановой руды растворяют, при этом в атмосферу могут выделяться радиоактивные пары, или обрабатывают фтором с образованием и возгонкой шестифтористого урана. В дальнейшем это радиоактивное и крайне ядовитое вещество прогоняется по длинным трубам с фильтрами (метод газовой диффузии) или центрифугируется для отделения ядерного топлива — урана-235. Естественно, что вероятность просачивания ядовитого и радиоактивного шестифтористого урана через многочисленные соединения труб при всем этом довольно велика. Изготовление топливных элементов для атомных электростанций, включающее механическую и тепловую обработку ядерного топлива, осуществляется в герметических помещениях с помощью дистанционно управляемых манипуляторов. Тем не менее, вероятность попадания радиоактивности в окружающую среду имеется и здесь.

Вероятность радиоактивного загрязнения окружающей среды при нормальной работе атомных электростанций невелика, но аварии, как упоминалось выше, могут иметь катастрофические последствия. По данным международной организации (МАГАТЭ), за 15 лет с 1971 по 1985 год произошла 151 авария в 14 странах, то есть ежегодно происходило не менее 10 аварий. Крупных аварий за 30 лет насчитывается три. В 1957 году на АЭС в Уиндскейле (Великобритания) в результате ошибки обслуживающего персонала произошел выброс воздуха, содержащего радиоактивные изотопы йода, цезия и стронция. Активность выброшенных веществ составила около 21 000 Кюри. Произошло загрязнение местности. На территории в 500 квадратных километров в течение 3—6 недель была запрещена продажа молока, поскольку оно оказалось зараженным радиоактивным йодом. (Суммарная активность радиоактивного вещества измеряется числом распадов атомов в секунду. Единицей является беккерель (Бк), равный одному распаду в секунду. Применяется также старая единица — Кюри (Ки) (37 миллиардов Бк).

Самая крупная авария (активность выброса 50 миллионов Кюри) на Чернобыльской АЭС в 1986 году привела к гибели и потере здоровья многих людей, полностью выключила из хозяйственной деятельности, можно сказать, из жизни, огромную территорию, нанесла большой материальный урон. Дополнительные последствия, которые могут проявиться в будущем, сейчас еще невозможно оценить.

Использованное на атомных электростанциях топливо, в котором содержится большое количество различных радиоактивных веществ, может быть использовано повторно, если отделить от этих веществ оставшийся уран. Это делается на специальных заводах, где отработанное топливо подвергается механической и химической переработке. При этом в атмосферу могут выбрасываться радио­активные газы: криптон-85 (период полураспада 10,6 года), йод-131 (8,1 суток), рутений-103 (40 суток) и рутений-106 (один год).

Нельзя сбрасывать со счетов радиоактивное загрязнение воздуха на заводах ядерного оружия, которые все еще продолжают производить свою смертоносную продукцию, а также при транспортировании сырья, готовых изделий или отходов и при подземных испытаниях ядерного оружия. Недавно стало известно о взрыве хранилища радиоактивных отходов на заводе под Челябинском, произошедшем в 1957 году. При аварии произошел выброс отходов с активностью около 2 миллионов Кюри, и хотя 90 процентов ее осталось в пределах завода, загрязненной (в основном изотопом стронций-90) оказалась территория размерами примерно 300х10 километров.

Естественная радиоактивность дает каждому человеку в течение жизни дозу в 5—10 бэр. Это облучение наряду с другими факторами ответственно за современный «нормальный» уровень мутаций и раковых заболеваний. Логично думать, что любое дополнительное облучение увеличит вероятность этих мутаций и заболеваний. Поэтому некоторые ученые справедливо считают, что (с точки зрения, прежде всего генетических последствий) безопасного уровня радиации вообще не существует.

Загрязнение воздуха внутри помещений. Говоря о загрязнении атмосферы, нельзя не коснуться качества воздуха в жилых и иных помещениях. Исследования показывают, что и здесь есть основания для тревоги. Имеются данные, что в современных помещениях воздух может быть в 100 раз токсичнее, чем наружный воздух даже в насыщенных промышленными предприятиями городах. А ведь люди до 90 процентов своего времени, как правило, проводят в помещениях.

В воздухе замкнутых помещений может находиться, по существу, весь известный спектр загрязнителей, кроме, быть может, озона. Прежде всего, следует сказать о радоне, выделяющемся из земных недр. На открытом воздухе он обычно не представляет какой-либо опасности. Однако при нали­чии самых незначительных трещин в фундаменте зданий в условиях плохой вентиляции его концентрация в воздухе помещений может достигать опасного уровня. Так, проведенное в США обследование показало, что примерно в 8 миллионах домов концентрация радона превышает безопасный уровень. В ряде случаев была зафиксирована концентрация, при которой рабочие урановых предприятий должны пользоваться респираторами. Источниками токсичных веществ в воздухе помещений могут быть некоторые строительные и отделочные материалы. Например, асбоцементные листы или выделяющие формальдегид декоративные панели), тепло- и электроизоляционные материалы (тот же асбест, поливинилхлорид, полихлорбифенилы и другие органические соединения), различные синтетические клеи и т. д. Другие источники — это всевозможные препараты, применяемые в быту (например, краски и растворители, пестициды, освежители воздуха). Наконец, нельзя не сказать о наружных загрязнителях, таких, как пыль, выхлопные газы, которые так или иначе проникают и задерживаются внутри помещений.