kursovik (741255), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Ко второму типу реакций относятся реакции между кислородом воздуха и азотом, содержащимся в воздухе; при этом также образуются оксиды азота. Поэтому, даже если в исследуемом топливе вообще не содержится азот, все равно при его горении образуются оксиды азота. Оксиды азота образуются при сгорании любых видов топлива – природного газа, угля, бензина или мазута. Приблизительно 95% годового выброса оксидов азота в атмосферу – это результат сжигания ископаемого топлива. Около 40% общего объема выбросов приходится на автомобили и другие виды моторного транспорта. Примерно 30% приходится на сжигание природного газа, нефти и угля в топках электростанций. Сжигание ископаемого топлива для осуществления различных производственных процессов в промышленности добавляет еще 20%. Производство взрывчатых веществ и азотной кислоты – еще два источника выбросов оксидов азота в атмосферу, правда, не связанные со сжиганием топлива. Приведенные данные можно представить в виде следующей диаграммы:
Диаграмма 2.Источники выбросов в атмосферу оксидов азота, %
При использовании трех основных видов ископаемого топлива сжигание природного газа (во всех видах применения) дает примерно 20% общего объема выбросов оксидов азота, сжигание угля – 25%, а нефти – 47%.
Примерно 90% оксидов азота образуется в форме окиси азота (NO). Оставшиеся 10% приходится на двуокись азота (NO2).
Большая часть данных о влиянии оксидов азота на здоровье человека относится к двуокиси азота. Исходно двуокись азота составляет лишь 10% выбросов всех оксидов азота в атмосферу; однако в ходе сложной последовательности химических реакций в воздухе значительная часть окиси азота превращается в двуокись азота – гораздо более опасное соединение.
Помимо прямого воздействия на организм человека, оксиды азота способны вступать в фотохимические реакции, в результате которых образуются новые загрязнители воздуха, в том числе озон, альдегиды, а также необычные органические соединения. Двуокись азота также способна реагировать с водой с образованием азотной кислоты. В результате выпадают кислотные осадки.
Загрязнение воздуха частицами. Частицы, взвешенные в воздухе, – еще одно серьезное загрязнение атмосферы. В отличие от других загрязнений частицы очень разнородны по своему химическому составу. В воздухе находятся в виде взвеси многие твердые и жидкие компоненты, весьма различные по происхождению. Движение транспорта, сжигание топлива, промышленные процессы и выбросы твердых отходов – все эти источники дают вклад в загрязнение атмосферы твердыми частицами.
При сгорании угля образуются твердые частицы, диспергированные в воздухе, причем не только частицы золы (силиката кальция) и частицы углерода (сажа), но также частицы оксидов металлов, таких, как оксиды кальция и железа.
Количество частиц, поступающих в атмосферу при сгорании угля, чудовищно велико. Однако большая часть этих частиц удаляется вместе с отходящими дымовыми газами. При сжигании нефти в качестве топлива образуется лишь незначительное количество частиц.
При сгорании бензина и дизельного топлива в воздух попадают капли жидкого горючего. Жидкие углеводороды (соединения углерода с водородом) и жидкие производные углеводородов попадают в атмосферу из-за неполного сгорания в двигателях бензина и дизельного топлива. Еще один тип загрязнений появляется в результате происходящих в воздухе фотохимических реакций между окисью азота и углеводородами. Продукты этих фотохимических реакций представляют собой жидкие органические соединения, которые рассеиваются в воздухе в виде мельчайших капелек. Огромные скопления в воздухе твердых частиц и мельчайших капелек называют смогом.
Открытые разработки угля и других полезных ископаемых загрязняют воздух огромными количествами частиц. Обогащение и обработка руд и выплавка металлов – дополнительные примеры промышленных процессов, при которых в воздух выделяется большое количество частиц. Различные процессы обработки материалов (дробление, размалывание, резание, сверление и т.п.) также служат источниками загрязняющих воздух частиц. Все эти производственные процессы, вместе взятые, могут привести к большим выбросам частиц в атмосферу, чем сжигание угля.
В недавнем прошлом при строительстве зданий в воздух попало много частиц асбеста, который широко применялся для изоляции швов и обычно наносился путем распыления. Асбест и сейчас продолжает загрязнять атмосферу, когда сносятся старые постройки.
Наконец, сжигание мусора и отходов в некоторых городах оказывается серьезным источником частиц, особенно в том случае, если установки для сжигания сосредоточены в одном месте.
К особому типу частиц следует отнести соединения тяжелых металлов, особенно свинца. Свинец особо опасен для здоровья человека, так как является кумулятивным ядом (постепенно накапливается в организме). При этом для свинцового отравления необходимо очень небольшое количество свинца. Более подробно воздействие свинца и других частиц на здоровье человека и состояние окружающей среды будет рассмотрено в следующей главе.
Радиоактивное загрязнение. Главными источниками радиоактивного загрязнения окружающей среды являются испытания ядерного оружия, аварии на атомных электростанциях и на предприятиях, а также радиоактивные отходы. Естественная радиоактивность, включая радон, также вносит вклад в уровень радиоактивного загрязнения.
Ядерные взрывы по общепринятой классификации подразделяют на наземные (на поверхности Земли или небольшой высоте), воздушные, высотные, космические, подводные и подземные. Наиболее опасными в настоящее время стали наземные взрывы большой мощности, поскольку радиоактивные продукты выбрасываются в тропосферу в значительных количествах и оседают на поверхности Земли. В результате огромные территории суши и океана подверглись антропогенному радиоактивному загрязнению, уровень которого в ряде районов значительно превышает природный фоновый уровень.
По некоторым данным СССР произвел 715 ядерных взрывов, а США – 1032. Помимо СССР и США ядерные взрывы производили Великобритания (совместно с США), Китай, Франция, Индия и Пакистан.
Новым явлением, атрибутом XX века, стали аварии на атомных электростанциях (АЭС). Первые и на АЭС и на атомных предприятиях произошли в 1957 г.: в Уиндскейле (Великобритания) и на Южном Урале (предприятие «Маяк», СССР). В 1967 г. снова случилась авария на предприятии «Маяк», а в 1983 г. авария на атомной станции в Три-Майл-Айленде (США). Крупнейшей аварией XX столетия считают Чернобыльскую (1986 г.). Она не только привела к радиоактивному загрязнению огромных территорий, облучению многих миллионов людей, но и нанесла огромный моральный вред обществу, которое потеряло веру в надежность атомной энергетики в целом.
Немалую роль в радиоактивном загрязнении играет естественный радиоактивный фон. Он воздействует на каждого человека, даже на того, который не соприкасается в работе с АЭС или ядерным оружием. Все мы за свою жизнь получаем определенную дозу радиации, 73% которой приходится на излучения природных тел (например, гранита в памятниках, облицовке домов и пр.), 13% – на медицинские процедуры (в первую очередь от посещения рентгеновского кабинета) и 14% – на космические лучи.
Загрязнение воздуха фреонами. Когда фреон был впервые синтезирован (в конце 20-х гг.), его применение казалось особо перспективным: безвредный, нетоксичный, инертный, дешевый газ. Однако уже во второй половине 70-х гг. была высказана идея о том, что фреоны представляют огромную опасность для озонового слоя земли. Через некоторое время эта предположение было полностью подтверждено.
Фреоны (хлорфторметаны) широко применяются в химии и быту: холодильниках, кондиционерах, аэрозольных упаковках. Сами по себе они не токсичны, но весьма стойки и рано или поздно за счет турбулентных движений воздуха попадают в стратосферу. Там, на высоте 20 – 25 км, где содержание озона максимальное, фреоны распадаются под действием солнечного ультрафиолета с образованием свободного хлора. Последний усиливает процесс естественного разрушения озона. Часто говорят, что одной молекулы хлора достаточно, чтобы уничтожить до 10 тыс. молекул озона (по другим оценкам – до 100 тыс.). Тем более что фреоны, попавшие в атмосферу, могут существовать в ней очень длительное время.
Кроме уничтожения озона фреоны оказывают влияние на развитие парникового эффекта. Так каждая молекула фреона (состоящая из атомов хлора, фтора и углерода), по данным американских ученых, в 20 тыс. раз более эффективна в удержании тепла, чем двуокись углерода.
§3. Последствия загрязнения атмосферы. Влияние загрязнителей на окружающую среду и здоровье человека.
В предыдущей главе были рассмотрены основные загрязнители атмосферы. Теперь рассмотрим последствия, которыми угрожает нам загрязнение атмосферы.
Все последствия загрязнения атмосферы можно условно разделить на две группы: первичные и вторичные. Первичные последствия – это воздействия непосредственно загрязнителей в их исходном виде, не претерпевших никаких изменений. Вторичные последствия – результат последовательности химических реакций, приводящих к образованию новых, зачастую еще более опасных веществ, или же разрушению других веществ, в последствие ведущему к негативным результатам (как в случае с озоновыми дырами).
Рассмотрим вначале первичные последствия.
Считают, что высокое содержание оксидов серы в воздухе непосредственно влияет на увеличение заболеваемости людей, а по некоторым оценкам и рост смертности. Во всех случаях катастрофического загрязнения атмосферы, например, в Нью-Йорке, Осаке и Лондоне исследователи неизменно отмечали увеличение смертности вслед за периодами высоких концентраций оксидов серы в воздухе. Воздействие на здоровье людей оксидов серы и пылевых частиц трудно отделить друг от друга, поскольку оба эти типа загрязнений обычно действуют совместно.
Отмечено, что заболевания дыхательных путей, например, бронхиты, учащаются при повышении уровня оксидов серы в воздухе. В одном из исследований было обнаружено, что даже в районе, где средняя годовая концентрация оксидов серы составляла всего 100 мкг • м–3, количество заболеваний заметно возросло. Оксиды серы вызывают затруднение дыхания из-за возрастающего сопротивления проходу воздуха по дыхательным путям. Уже одно это может служить достаточным основанием для борьбы с выбросами оксидов серы в атмосферу. Однако двуокись серы дает и дополнительный эффект. В экспериментах на крысах было показано, что этот газ оказывается канцерогеном. В присутствии бенз(а)пирена двуокись серы увеличивает частоту появления раковых опухолей.
Неблагоприятные воздействия на растения приписывают, в основном, производным двуокиси серы (например, серной кислоте), однако доказана и возможность непосредственного воздействия оксидов. Особо чувствительны к повреждениям от оксидов серы фруктовые деревья, а также лесные, такие как сосна и лиственница. Весьма чувствительны к оксидам серы хлопчатник, люцерна и ячмень.
Влияние окиси углерода на здоровье людей. Более 10 лет ученые подозревали, что концентрации окиси углерода, обнаруженные в городах являются опасными для здоровья. Но только за последние несколько лет были получены необходимые данные для надежных выводов. Теперь мы знаем, что окись углерода, содержащаяся в воздухе, представляет реальную опасность для здоровья.
В атмосфере с большим содержанием окиси углерода наступает смерть от удушья. Это другой способ доказать, что ткани тела умирают от кислородного голодания. При меньших концентрациях окиси углерода отмечаются другие, более тонкие эффекты.
Чтобы осознать опасность малых концентраций окиси углерода, необходимо ознакомиться с процессом переноса кислорода к тканям тела. Кислород поступает в легкие при каждом вдохе. В альвеолах кислород переходит в кровяное русло. В крови кислород присоединяется к гемоглобину, сложным белковым молекулам, содержащимся в красных кровяных тельцах (эритроцитах). Эритроциты разносят связанный с гемоглобином кислород через сеть артерий и капилляров по всему телу. В капиллярах кислород через их стенки попадает в клетки тканей тела.
Эта нормальная картина переноса нарушается, когда во вдыхаемом воздухе присутствует окись углерода. Даже очень малые количества окиси углерода обрывают перенос кислорода, поскольку ее молекулы присоединяются к гемоглобину в 200 раз легче, чем кислород. Окись углерода, прочно связанная с гемоглобином, оттесняет кислород от его переносчика к клеткам тканей. Чем больше окиси углерода содержится в воздухе, тем больше гемоглобина прочно связывается с ней и становится неспособным переносить кислород. Гемоглобин, соединившийся с окисью углерода, называется карбоксигемоглобином. Даже очень малые количества газообразной окиси углерода в воздухе приводят к образованию большого количества карбоксигемоглобина в крови.
Данные о воздействии на здоровье людей низких концентраций окиси углерода были получены в экспериментах, а не в результате фактических наблюдений. Использование экспериментальных данных оказалось необходимым, поскольку при высоких концентрациях окиси углерода в уличном воздухе концентрации других загрязнений обычно также высоки, и их эффекты невозможно разделить.
У людей с повышенным содержанием карбоксигемоглобина наблюдаются два важных симптома. Один из них – снижение способности воспринимать сигналы, поступающие из внешней среды. Такое снижение измеряли с помощью ряда тестов. Например, испытуемых просили сообщить о звуковых сигналах. При уровнях карбоксигемоглобина в пределах 3 – 5% от общего гемоглобина сигналы часто не воспринимались. Способность определять, какой из двух тонов является более продолжительным, уменьшается, когда содержание карбоксигемоглобина составляет 2,5 – 4%. Нарушаются также процессы мышления. Простые тесты, такие, например, как сложение столбца чисел, требуют больше времени для завершения по мере увеличения уровня карбоксигемоглобина в крови. Ослабевает способность различать повышение яркости света. В тесте на восприятие яркости дается меньше правильных ответов даже тогда, когда уровни карбоксигемоглобина невысоки и не превышают 3%.
В экспериментальных ситуациях с повышением уровня карбоксигемоглобина до 10% навыки, необходимые для управления автомобилем, оказывались нарушенными; реакции на появление стоп-сигнала и на скорость едущего впереди автомобиля ослабевали. Возможное влияние такого состояния на безопасность движения очевидно. На скоростных автострадах уровень окиси углерода может подниматься до значений, при которых серьезно нарушаются навыки вождения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
