Загрязнение атмосферного воздуха естественными и антропогенными выбросами. Вещества, загрязняющие атмосферу

Вывоз, переработка и утилизация отходов с 1 по 5 класс опасности

Работаем со всеми регионами России. Действующая лицензия. Полный комплект закрывающих документов. Индивидуальный подход к клиенту и гибкая ценовая политика.

С помощью данной формы вы можете оставить заявку на оказание услуг, запросить коммерческое предложение или получить бесплатную консультацию наших специалистов.

Существуют различные источники загрязнения воздуха, и некоторые из них оказывают значительное и крайне неблагоприятное воздействие на окружающую среду. Стоит рассмотреть основные загрязняющие факторы, чтобы предотвратить серьёзные последствия и сохранить экологию.

Классификация источников

Все источники загрязнения делятся на две обширные группы.

1. Естественные или природные, которые охватывают факторы, обусловленные активностью самой планеты и никоим образом не зависящие от человечества.
2. Искусственные или антропогенные загрязнители, связанные с активной деятельностью человека.

Если за основу классификации источников брать степень воздействия загрязнителя, то можно выделить мощные, средние и мелкие. К последним относятся небольшие котельные установки, локальные котлы. В категорию мощных источников загрязнения входят крупные промышленные предприятия, ежедневно выбрасывающие в воздушную среду тонны вредных соединений.

По месту образования

По особенностям выхода смесей загрязнители делятся на нестационарные и стационарные. Последние постоянно находятся на одном месте и осуществляют выбросы в определённой зоне. Нестационарные источники загрязнения атмосферного воздуха могут перемещаться и, таким образом, распространять опасные соединения по воздуху. Прежде всего, это автомобильные транспортные средства.

Также за основу классификации могут браться пространственные характеристики выбросов. Выделяют высокие (трубы), низкие (стоки и вентиляционные отверстия), площадные (большие скопления труб) и линейные (автотрассы) загрязнители.

По уровню контроля

По уровню контроля источники загрязнения делятся на организованные и неорганизованные. Воздействие первых регламентируется и подвергается периодическому мониторингу. Вторые же осуществляют выбросы в ненадлежащих местах и без соответствующего оборудования, то есть незаконно.

Ещё один вариант разделения источников загрязнения воздушного бассейна – по масштабам распространения загрязняющих веществ. Загрязнители могут быть местными, влияющими только на определённые не обширные участки. Также выделяют региональные источники, действие которых распространяется на целые регионы и большие зоны. Но наиболее опасны глобальные источники, которые влияют на всю атмосферу.

По характеру загрязнения

Если в качестве основного критерия классификации использовать характер негативного загрязняющего влияния, то можно выделить такие категории:

• Физические загрязнители включают шумы, вибрации, электромагнитные и тепловые излучения, радиацию, механические воздействия.
• Биологические загрязнители могут иметь вирусную, микробную или грибковую природу. К данным загрязнителям относятся как сами витающие в воздухе патогенные микроорганизмы, так и выделяемые ими продукты жизнедеятельности и токсины.
• Источники химического загрязнения воздуха жилой среды охватывают газообразные смеси и аэрозоли, например, тяжёлые металлы, диоксиды и оксиды различных элементов, альдегиды, аммиак. Такие соединения, как правило, выбрасываются промышленными предприятиями.

Антропогенные загрязнители имеют собственные классификации. Первая предполагает характер источников и включает:

• Транспортные.
• Бытовые — возникающие в процессах переработки отходов или сгорания топлива.
• Производственные, охватывающие вещества, образующиеся во время технических процессов.

По составу все загрязняющие компоненты подразделяются на химические (аэрозольные, пылевидные, газообразные химикаты и вещества), механические (пыль, сажа и другие твёрдые частицы) и радиоактивные (изотопы и радиация).

Природные источники

Рассмотрим основные источники загрязнения атмосферного воздуха, имеющие природное происхождение:

• Активность вулканов. Из недр земной коры при извержениях поднимаются тонны кипящей лавы, при сгорании которой образуются клубы дыма, содержащие частицы горных пород и слоёв грунта, сажа и копоть. Также процесс сжигания может порождать и прочие опасные соединения, например, оксиды серы, сероводород, сульфаты. И все эти вещества под давлением выбрасываются из кратера и сразу устремляются в воздушную среду, способствуя её значительному загрязнению.
• Пожары, возникающие на торфяных болотах, в степях и лесах. Ежегодно они уничтожают тонны природного топлива, в процессе горения которого выделяются вредные вещества, засоряющие воздушный бассейн. В большинстве случаев возгорания обусловлены халатностью людей, а остановить стихию огня бывает крайне сложно.
• Растения и животные тоже неосознанно загрязняют воздух. Представители флоры могут выделять газы и распространять пыльцу, и всё это способствует засорению воздушного бассейна. Животные в процессе жизнедеятельности также выделяют газообразные соединения и прочие вещества, а после их смерти губительное влияние на среду оказывают процессы разложения.
• Пылевые бури. Во время таких явлений в атмосферу поднимаются тонны частиц грунта и прочих твёрдых элементов, которые неизбежно и значительно загрязняют окружающую среду.

Антропогенные источники

Антропогенные источники загрязнения – это глобальная проблема современного человечества, обусловленная стремительными темпами развития цивилизации и всех сфер жизни людей. Такие загрязнители созданы человеком, и хотя изначально они внедрялись во благо и для повышения качества и комфорта жизни, сегодня являются основополагающим фактором глобального загрязнения атмосферы.

Рассмотрим основные искусственные загрязнители:

• Автомобили – это бич современного человечества. Сегодня они имеются у многих и из роскоши превратились в необходимые средства передвижения, но, к сожалению, немногие задумываются о том, насколько вредно для атмосферы использование автотранспорта. При сжигании топлива и во время работы двигателя из выхлопной трубы постоянным потоком выбрасываются , в состав которых входят угарный и углекислый газы, бензапирен, углеводороды, альдегиды, оксиды азота. Но стоит отметить, что пагубно влияют на окружающую среду и воздух и прочие виды транспорта, включая железнодорожный, воздушный, водный.
• Деятельность промышленных предприятий. Они могут заниматься переработкой металлов, химической промышленностью и любыми другими видами деятельности, но практически все крупные заводы постоянно выбрасывают в воздушный бассейн тонны химикатов, твёрдых частиц, продуктов сгорания. А если учесть, что лишь единицы предприятий используют очистные сооружения, то масштаб негативного влияния постоянно развивающейся промышленности на окружающую среду просто огромен.
• Использование котельных установок, атомных и тепловых электростанций. Сгорание топлива – это вредный и опасный с точки зрения загрязнения атмосферы процесс, в ходе которого выделяется масса различных веществ, в том числе токсичных.
• Ещё один фактор загрязнения планеты и её атмосферы – это повсеместное и активное использование разных видов топлива, таких как газ, нефть, уголь, дрова. При их сжигании и под воздействием кислорода образуются многочисленные соединения, устремляющиеся вверх и поднимающиеся в воздух.

Можно ли предупредить загрязнение

К сожалению, в сложившихся современных условиях жизни большинства людей полностью исключить загрязнение атмосферы крайне сложно, но всё же можно попытаться остановить или минимизировать некоторые направления оказываемого на неё губительного влияния очень непросто. И помогут в этом только комплексные и принимаемые повсеместно и сообща меры. К ним можно отнести:

1. Применение современных и высококачественных очистных сооружений на крупных промышленных предприятиях, деятельность которых связана с выбросами.
2. Рациональное использование транспортных средств: переход на качественное топливо, применение снижающих концентрации выхлопов средств, стабильная работа машины и устранение неполадок. А лучше по возможности отказываться от автомобилей в пользу трамваев и троллейбусов.
3. Внедрение законодательных мер на государственном уровне. Некоторые законы уже действуют, но нужны новые, имеющие более значительную силу.
4. Внедрение повсеместных пунктов контроля уровня загрязнений, которые особенно необходимы в рамках крупных предприятий.
5. Переход на альтернативные и менее опасные для окружающей среды источники энергии. Так, следует активнее использовать ветряные мельницы, гидроэлектростанции, солнечные батареи, электричество.
6. Своевременная и грамотная переработка отходов позволит избежать выделяемых ими выбросов.
7. Эффективной мерой станет озеленение планеты, так как многие растения выделяют кислород и тем самым очищают атмосферу.

Основные источники загрязнения воздушной среды рассмотрены, и такая информация поможет вникнуть в суть проблемы ухудшения экологии, а также остановить влияние и сохранить природу.

Загрязнение атмосферы Земли – изменение природной концентрации газов и примесей в воздушной оболочке планеты, а также привнесение в среду чужеродных для неё веществ.

Впервые об на международном уровне заговорили сорок лет назад. В 1979 году в Женеве появилась Конвенция о трансграничном на большие расстояния. Первым международным соглашением о сокращении выбросов стал Киотский протокол 1997 года.

Эти меры хоть и приносят свои результаты, но загрязнение атмосферы остаётся серьёзной проблемой общества.

Вещества, загрязняющие атмосферу

Основные составляющие атмосферного воздуха – азот (78%) и кислород (21%). Доля инертного газа аргона – чуть меньше процента. Концентрация диоксида углерода составляет 0,03%. В малых количествах в атмосфере также присутствуют:

• озон,
• неон,
• метан,
• ксенон,
• криптон,
• закись азота,
• двуокись серы,
• гелий и водород.

В чистых воздушных массах окись углерода и аммиак присутствуют в виде следов. Помимо газов, в атмосфере есть водяные пары, кристаллы соли, пыль.

Основные загрязнители воздушной среды:

• Диоксид углерода – парниковый газ, влияющий на теплообмен Земли с окружающим пространством, а значит, и на климат.
• Оксид углерода или угарный газ, попадая в организм человека или животного, вызывает отравление (вплоть до летального исхода).
• Углеводороды – токсичные химические вещества, раздражающие глаза и слизистые оболочки.
• Производные серы способствуют образованию и усыханию растений, провоцируют болезни дыхательных путей и аллергию.
• Производные азота приводят к воспалениям лёгких, крупам, бронхитам, частым простудам, усугубляют течение сердечнососудистых заболеваний.
• , накапливаясь в организме, становятся причиной рака, генных изменений, бесплодия, преждевременной смерти.

Особую опасность для здоровья человека представляет воздух с тяжёлыми металлами. Такие загрязнители, как кадмий, свинец, мышьяк, приводят к возникновению онкологии. Вдыхаемые ртутные пары не действуют молниеносно, но, откладываясь в виде солей, разрушают нервную систему. В значительной концентрации вредны и летучие органические вещества: терпеноиды, альдегиды, кетоны, спирты. Многие из этих загрязнителей воздуха являются мутагенными и канцерогенными соединениями.

Источники и классификация атмосферного загрязнения

Исходя из природы явления, различают следующие виды загрязнений воздуха: химическое, физическое и биологическое.

• В первом случае в атмосфере наблюдается повышенная концентрация углеводородов, тяжёлых металлов, диоксида серы, аммиака, альдегидов, окислов азота и углерода.
• При биологическом загрязнении в воздухе присутствуют продукты жизнедеятельности различных организмов, токсины, вирусы, споры грибов и бактерий.
• Большое количество пыли или радионуклидов в атмосфере свидетельствует о физическом загрязнении. К этому же виду относят последствия тепловых, шумовых и электромагнитных выбросов.

На состав воздушной среды влияет как человек, так и природа. Естественные источники загрязнения атмосферы: вулканы в период активности, лесные пожары, почвенная эрозия, пыльные бури, разложение живых организмов. Мизерная доля влияния приходится и на космическую пыль, образующуюся в результате сгорания метеоритов.

Антропогенные источники загрязнения атмосферного воздуха:

• предприятия химической, топливной, металлургической, машиностроительной промышленности;
• сельскохозяйственная деятельность (распыление пестицидов с помощью авиации, отходы животноводства);
• теплоэнергетические установки, отопление жилых помещений углём и дровами;
• транспорт (самые «грязные» виды – самолёты и автомобили).

Как определяют степень загрязненности воздуха?

При мониторинге качества атмосферного воздуха в городе учитывают не только концентрацию вредных для здоровья человека веществ, но и временной промежуток их воздействия. Загрязнение атмосферы в Российской Федерации оценивают по следующим критериям:

• Стандартный индекс (СИ) – показатель, полученный в результате деления наибольшей измеренной разовой концентрации загрязняющего материала на предельно допустимую концентрацию примеси.
• Индекс загрязнения нашей атмосферы (ИЗА) является комплексной величиной, при расчёте которой берут во внимание коэффициент вредности вещества-загрязнителя, а также его концентрацию – среднегодовую и предельно допустимую среднесуточную.
• Наибольшая повторяемость (НП) – выраженная в процентах частота превышения предельно допустимой концентрации (максимально разовой) в течение месяца или года.

Уровень загрязнения воздушной среды считается низким, когда СИ меньше 1, ИЗА варьирует в пределах 0–4, а НП не превышает 10%. Среди крупных российских городов, согласно материалам Росстата, самыми экологически чистыми являются Таганрог, Сочи, Грозный и Кострома.

При повышенном уровне выбросов в атмосферу СИ составляет 1–5, ИЗА – 5–6, НП – 10–20%. Высокой степенью загрязнения воздуха отличаются регионы с показателями: СИ – 5–10, ИЗА – 7–13, НП – 20–50%. Очень высокий уровень атмосферной загрязненности наблюдается в Чите, Улан-Удэ, Магнитогорске и Белоярском.

Города и страны мира с самым грязным воздухом

В мае 2016 года Всемирная организация здравоохранения опубликовала ежегодный рейтинг городов с самым грязным воздухом. Лидером списка стал иранский Заболь – город на юго-востоке страны, регулярно страдающий от песчаных бурь. Длится это атмосферное явление около четырёх месяцев, повторяется каждый год. На второй и третьей позиции оказались индийские города-миллионники Гвалияр и Праяг. Следующее место ВОЗ отдала столице Саудовской Аравии – Эр-Рияду.

Замыкает пятёрку городов с самой грязной атмосферой Эль-Джубайль – сравнительно небольшое по численности населения местечко на берегу Персидского залива и в то же время крупный промышленный нефтедобывающий и нефтеперерабатывающий центр. На шестой и седьмой ступеньках вновь оказались индийские города – Патна и Райпур. Основные источники загрязнения атмосферы там – промышленные предприятия и транспорт.

В большинстве случаев загрязнение атмосферы – актуальная проблема для развивающихся стран. Впрочем, ухудшение состояния окружающей среды вызывает не только стремительно растущая индустрия и транспортная инфраструктура, но и техногенные катастрофы. Яркий тому пример – Япония, пережившая радиационную аварию в 2011 году.

Топ-7 государств, где состояние воздуха признано удручающим, выглядит следующим образом:

1. Китай. В некоторых регионах страны уровень загрязнения воздуха превышает норму в 56 раз.
2. Индия. Крупнейшее государство Индостана лидирует по количеству городов с худшей экологией.
3. ЮАР. В экономике страны преобладает тяжёлая промышленность, она же является главным источником загрязнения.
4. Мексика. Экологическая ситуация в столице государства, Мехико, за последние двадцать лет заметно улучшилась, но смог в городе по-прежнему не редкость.
5. Индонезия страдает не только от промышленных выбросов, но и от лесных пожаров.
6. Япония. Страна, несмотря на повсеместное озеленение и использование научно-технических достижений в природоохранной сфере, регулярно сталкивается с проблемой кислотных дождей, смога.
7. Ливия. Главный источник экологических бед североафриканского государства – нефтяная промышленность.

Последствия

Загрязнение атмосферы – одна из основных причин роста числа респираторных заболеваний, как острых, так и хронических. Вредные примеси, содержащиеся в воздухе, способствуют развитию рака лёгких, сердечных болезней, инсульта. По оценкам ВОЗ, из-за загрязнения воздушной среды в мире преждевременно умирает 3,7 млн человек в год. Больше всего таких случаев фиксируют в странах Юго-Восточной Азии и Западного региона Тихого океана.

В крупных промышленных центрах часто наблюдается такое неприятное явление, как смог. Скопление частиц пыли, воды и дыма в воздухе снижает видимость на дорогах, из-за чего учащается количество ДТП. Агрессивные вещества усиливают коррозию металлических конструкций, отрицательно влияют на состояние растительного и животного мира. Наибольшую опасность смог представляет для астматиков, лиц, болеющих эмфиземой, бронхитом, стенокардией, гипертонией, ВСД. Даже у здоровых людей, надышавшихся аэрозолей, может сильно болеть голова, наблюдаться слезотечение и першение в горле.

Насыщение воздуха оксидами серы и азота приводит к образованию кислотных дождей. После осадков с низким уровнем pH в водоёмах гибнет рыба, а выжившие особи не могут дать потомства. Как результат – сокращается видовой и числовой состав популяций. Кислые осадки выщелачивают питательные вещества, тем самым обедняя почву. Они оставляют химические ожоги на листьях, ослабляют растения. Для среды обитания людей такие дожди и туманы также представляют угрозу: кислая вода разъедает трубы, машины, фасады зданий, памятники.

Повышенное количество парниковых газов (углекислого, озона, метана, водяного пара) в воздушной среде приводит к росту температуры нижних слоёв атмосферы Земли. Прямым следствием является потепление климата, наблюдающееся последние шестьдесят лет.

На погодные условия заметно влияют и , образующиеся под воздействием брома, хлора, атомов кислорода и водорода. Помимо простых веществ, молекулы озона могут разрушать также органические и неорганические соединения: производные фреонов, метан, хлороводород. Чем опасно ослабление щита для окружающей среды и человека? Вследствие истончения слоя растёт солнечная активность, что, в свою очередь, ведёт к увеличению смертности среди представителей морской флоры и фауну, росту числа онкологических заболеваний.

Как сделать воздух чище?

Уменьшить загрязнение атмосферы позволяет внедрение на производстве технологий, снижающих объём выбросов. В сфере теплоэнергетики следует делать ставку на альтернативные энергоисточники: строить солнечные, ветряные, геотермальные, приливные и волновые электростанции. На состоянии воздушной среды позитивно сказывается переход к комбинированной выработке энергии и тепла.

В борьбе за чистый воздух важным элементом стратегии является комплексная программа по утилизации отходов. Она должна быть направлена на уменьшение количества мусора, а также его сортировку, переработку или повторное использование. Городское планирование, нацеленное на улучшение среды, в том числе и воздушной, предполагает совершенствование энергоэффективности зданий, строительство велосипедной инфраструктуры, развитие скоростного городского транспорта.

Введение

Атмосфера представляет собой среду, в которой происходит распространение атмосферных загрязнителей от их источника; при этом влияние каждого данного источника определяется продолжительностью времени, частотой выпуска загрязнений и той концентрацией, воздействию.которой подвергается какой-либо объект. С другой стороны, метеорологические условия играют лишь незначительную роль в уменьшении или устранении загрязнения воздуха, поскольку, во-первых, они не изменяют абсолютную массу выброса, во-вторых, в настоящее время мы еще не умеем воздействовать на основные протекающие в атмосфере процессы, определяющие степень рассеивания загрязняющих веществ. Проблема атмосферных загрязнений может решаться по трем направлениям: а) путем устранения образования отходов; б) путем установки оборудования для улавливания отходов на месте их образования; в) путем улучшения рассеивания выбросов в атмосфере.

Если допустить, что наилучшим способом устранения атмосферных загрязнений является контроль источников их образования, то практическая задача сводится к тому, чтобы привести расходы по снижению степени загрязнения в соответствие с объемом работ, уменьшающих до приемлемого уровня количество отходов. Величина требуемого для этого уменьшения абсолютной массы выброса загрязнений данным источником, зависит непосредственно от метеорологических условий и их изменения во времени и пространстве над данным районом.

Основные параметры, определяющие распространение и рассеивание загрязняющих веществ в атмосфере, могут быть описаны качественно и полуколичественно. Такие данные позволяют сопоставить различные географические пункты или определить возможную частоту условий, при которых будет происходить быстрая или замедленная диффузия в атмосфере. Наиболее характерным свойством атмосферы является ее непрерывная изменчивость: температура, ветер и осадки широко варьируют в зависимости от широты местности, времени года и топографических условий. Эти условия хорошо изучены и довольно подробно представлены в литературе.

В меньшей мере изучены и описаны в литературе другие важные метеорологические параметры, влияющие на концентрацию атмосферных загрязнений, а именно турбулентная структура ветра, низкие уровни температуры воздуха и градиенты ветра. Эти параметры широко изменяются во времени и пространстве и представляют собой на деле почти единственные метеорологические факторы, которые человек может изменить существенным образом и то лишь локально.

Загрязнение атмосферного воздуха населенных мест рассматривают обычно как результат индустриализации, однако оно включает не только вещества, выделяющиеся в процессе промышленного производства, но и естественные загрязнения, возникающие в результате вулканических извержений (Wexler, 1951), пылевых бурь (Warn, 1953), океанских прибоев (Holzworth, 1957), лесных пожаров (Wexler, 1950), спорообразования растений (Hewson, 1953) и т. д. Оценка физиологического воздействия природных загрязнений атмосферы часто может быть более легкой, чем оценка влияния сложного загрязнения промышленными отходами. Характер природных загрязнений, а часто и их источники, как правило, лучше изучены.

Для того чтобы оценить роль атмосферы в качестве рассеивающей среды, необходимо рассмотреть физические процессы, способствующие рассеиванию различных веществ в атмосфере, а также значение таких неметеорологических факторов, как топография и география местности.

Воздушные течения

Основным параметром, определяющим распространение атмосферных загрязнителей, является ветер, его скорость и направление, которые в свою очередь взаимосвязаны с вертикальным и горизонтальным градиентами температуры воздуха в больших и малых масштабах. Основная закономерность заключается в том что чем больше скорость ветра, тем больше турбулентность и тем быстрее и полнее происходит рассеивание загрязнений с атмосфере. Taк как вертикальный и горизонтальный градиенты температуры зимой увеличиваются, то и скорость, ветра обычно возрастает. Это особенно характерно для умеренных и полярных широт и менее отчетливо проявляется в тропиках, где сезонные колебания невелики. Однако иногда и в зимнее время, особенно в глубине крупных континентов, могут возникать продолжительные периоды слабого движения воздуха или полного штиля. Изучение частоты длительных периодов слабого движения воздуха на североамериканском континенте к востоку от Скалистых гор показало, что такие ситуации возникают наиболее часто поздней весной и ранней осенью. На значительной части европейского континента слабые ветры наблюдаются поздней осенью и ранней зимой (Jalu, 1965). Кроме сезонных колебаний, на многих территориях отмечаются дневные изменения в движении воздуха, которые могут быть даже более заметными. На большинстве континентальных территорий в ночные часы обычно наблюдается устойчивое слабое движение воздуха. В результате ухудшения условий для вертикального распространения атмосферных загрязнений последние рассеиваются медленно и могут концентрироваться в относительно малых объемах воздуха. Содействующий этому слабый, изменчивый ветер может привести даже к обратному распространению загрязнений по направлению к их источнику. В противоположность этому в дневное время ветры характеризуются большей турбулентностью и скоростью; вертикальные токи усиливаются, поэтому в ясный солнечный день происходит максимальное рассеивание загрязняющих веществ.

Местные ветры могут заметно отличаться от общего потока воздуха, характерного для данной области. Разница температур суши и воды вдоль побережья континентов или крупных озер является достаточной для возникновения местных движений воздуха с моря на сушу днем и с суши на море ночью (Pierson, I960); Schmidt, 1957). В умеренных широтах такие закономерности движения морского бриза хорошо заметны лишь летом, в другие времена года они маскируются общими ветрами. Однако в тропических и субтропических районах они могут являться характерными чертами погоды и наблюдаться почти с часовой регулярностью изо дня в день.

Помимо закономерностей движения морского бриза в приморских районах, очень важными факторами являются также топография местности, расположение на ней источников загрязнений или объектов их воздействия. Следует отметить, однако, что замкнутость пространства не является необходимым условием для создания чрезвычайного уровня атмосферных загрязнении, если в этом пространстве имеется достаточно интенсивный источник загрязнения. Лучшим доказательством этого являются эпизодически наблюдающиеся токсические туманы (smog) в Лондоне, где топографические условия не играют почти, или совершенно никакой роли. Однако, за исключением Лондона, все крупные воздушные катастрофы, вызванные загрязнением атмосферы, о которых мы знаем, возникали там, где движение воздуха значительно ограничивалось рельефом местности, так что движение воздуха происходило лишь в одном направлении или в пределах относительно малой территории (Firket, 1936; US Public Health Service, 1949), движение.воздуха в узких долинах характеризуется тем, что днем нагретые солнцем воздушные потоки направляются по склонам долины вверх, тогда как непосредственно перед или после захода солнца воздушные потоки опрокидываются и стекают по склонам долины.вниз (Defant, 1951). Поэтому в условиях долины атмосферные загрязнения могут подвергаться длительному застою на небольшом пространстве (Hewson a. Gill, 1944). Кроме того, поскольку склоны долин защищают их от влияния общей циркуляции воздуха, ветер здесь отличается меньшей скоростью по сравнению с равнинными территориями. B некоторых районах такие местные восходящие и нисходящие потоки воздуха в долинах могут происходить почти ежедневно, в других они наблюдаются лишь как исключительное явление. Существование местных воздушных течений и их изменения во времени являются одной из основных причин, обусловливающих необходимость детального исследования местности для исчерпывающей характеристики закономерностей загрязнения атмосферы (Holland, 1953). Обычная сеть метеорологических станций не в состоянии обнаружить эти небольшие воздушные течения.

Кроме изменений движения воздуха во времени и по горизонтали, обычно наблюдаются значительные различия в его движении и.по вертикали. Неровности земной поверхности, как естественные, так и созданные человеком, образуют препятствия, обусловливающие механические завихрения, уменьшающиеся с увеличением высоты. Кроме того, в результате нагревания земли солнцем образуются термические завихрения, максимальные у земной поверхности и убывающие с высотой, что приводит к уменьшению порывистости ветра по вертикали и последовательному снижению скорости рассеивания загрязнений с увеличением высоты (Magi 11, Holder) a. Ackley, 1956),

Турбулентность, или вихревое движение, представляет собой механизм, обеспечивающий эффективную диффузию в атмосфере. Поэтому изучение спектра распространения энергии в вихрях, проводящееся значительно более интенсивно в настоящее время (Panofsky a. McCormick, 1954; Van Dcr Hovcn, 1957), теснейшим образом связано с проблемой рассеивания атмосферных загрязнений. Общая турбулентность состоит в основном из двух компонентов - механической и термической турбулентности. Механическая турбулентность возникает при движении ветра над аэродинамически шероховатой поверхностью земли и пропорциональна степени этой шероховатости и скорости ветра. Термическая турбулентность возникает в результате нагревания земли солнцем и зависит от широты местности, величины излучающей поверхности, и стабильности атмосферы. Она достигает максимума в ясные летние дни и снижается до минимума в течение длинных зимних ночей. Обычно влияние солнечной радиации на тепловую турбулентность измеряется не непосредственно, а путем измерения вертикального градиента температуры. Если вертикальный градиент температуры нижних слоев атмосферы превышает адиабатическую скорость падения температуры, то возрастает вертикальное движение воздуха более заметным становится рассеивание загрязнений, особенно по вертикали. С другой стороны, в стабильных атмосферных условиях, когда различные слои атмосферы имеют одинаковую температуру или когда температурный градиент с увеличением высоты становится положительным, необходимо затратить значительную энергию для увеличения вертикального движения. Даже при эквивалентных скоростях ветра стабильные атмосферные условия обычно приводят к концентрации загрязнений в относительно ограниченных слоях воздуха.

Типичный дневной цикл изменения температурного градиента над открытой местностью в безоблачный день начинается с образования неустойчивой скорости падения температуры, усиливающейся днем благодаря интенсивному тепловому излучению солнца, что приводит к возникновению сильной турбулентности. Непосредственно перед или вскоре после захода солнца приземный слой воздуха быстро охлаждается и возникает устойчивая скорость падения температуры (повышение температуры c высотой). В течение ночи интенсивность и глубина этой инверсии возрастают, достигая максимума между полуночью и тем временем суток, когда земная поверхность имеет минимальную температуру. В течение этого периода атмосферные загрязнения эффективно задерживаются внутри слоя инверсии или ниже его благодаря слабому или полном отсутствию рассеивания загрязнений по вертикали. Следует отметить, что в условиях застоя загрязнители, сбрасываемые у поверхности земли, не распространяются в верхние слои воздуха и, наоборот, выбросы из высоких труб в этих условиях большей частью не проникают е ближайшие к земле слои воздуха (Church, 1949). С наступлением дня земля начинает нагреваться и инверсия постепенно ликвидируется. Это может привести к "фумигации" (Hewson a. Gill. 1944) благодаря тому, что загрязнения, попавшие в течение ночи в верхние слои воздуха, начинают быстро перемешиваться и устремляются вниз, поэтому в ранние предполуденные часы, предшествующие полному развитию турбулентности, заканчивающей дневной цикл и обеспечивающей мощное перемешивание, часто возникают высокие концентрации атмосферных загрязнений. Этот цикл может быть нарушен или изменен при наличии облаков или осадков, препятствующих интенсивной конвекции в дневные часы, но могущих также препятствовать и возникновению сильной инверсии в ночное время.

Установлено, что в городских районах, где чаще всего наблюдается загрязнение атмосферного воздуха, типичный для открытых территорий режим падения температуры подвергается изменениям, особенно в ночное время (Duckworth a. Sandberg, 1954). Промышленные процессы, повышенное выделение тепла в городских районах и неровности поверхности, создаваемые зданиями, способствуют термической и механической турбулентности, усиливающей перемешивание воздушных масс и препятствующей образованию поверхностной инверсии. Благодаря этому основание инверсии, которое в условиях открытой местности располагалось бы на уровне земли, находится здесь над слоем интенсивного перемешивания обычно толщиной около 30-150 м. Эти условия могут свести на нет преимущества выброса загрязнений через высокие трубы, поскольку выпускаемые отходы будут концентрироваться в относительно ограниченном пространстве.

При анализе воздушных течений в большинстве случаев для удобства допускается, что ветер сохраняет постоянное направление и скорость на обширной территории в течение значительного периода. В действительности это не так, и при детальном анализе движения воздуха необходимо учитывать эти отклонения. Там где движение ветра вследствие различия градиента атмосферного давления или топографии местности меняется от места к месту или со временем, крайне важно производить анализы метеорологических траекторий при изучении влияния выпускаемых загрязнений или установлении возможного источника их (Nciburgcr, 1956). Вычисление детальных траекторий требует множества точных измерений ветра, однако и вычисление приблизительных траекторий, для чего часто бывает достаточно лишь немногих наблюдений над движением ветра, также может принести пользу.

При краткосрочных исследованиях атмосферных загрязнений, локализованных на небольших территориях, обычные метеорологические данные являются недостаточными. В значительной мере это объясняется затруднениями, возникающими вследствие использования приборов, обладающих различными характеристиками, неодинакового местоположения приборов, различных способов отбора проб и различных периодов наблюдения.

Диффузионные процессы в атмосфере

Мы не будем пытаться перечислять здесь разнообразные теоретические предпосылки к проблеме диффузии в атмосфере или рабочие формулы, которые разработаны в этой области. Исчерпывающие данные по этим вопросам приводятся в литературе (Bat-chelor a. Davies, 3956; iMagill, Bolden a. Ackley, 3956; Sutton, 1053; US Atomic Energy Commision a. US Wacther Bureau, 1955). Кроме того, специальная группа Всемирной метеорологической организации периодически представляет обзоры этой проблемы. Поскольку проблема "Понимается лишь в общих чертах и формулировки имеют приблизительную точность, математические сложности, возникающие при изучении изменений ветра и тепловой структуры нижних слоев атмосферы, еще далеко не преодолены для всего разнообразия метеорологических условий. Точно так же в настоящее время мы располагаем лишь отрывочными сведениями относительно турбулентности, распределения ее энергии в трех измерениях, изменений во времени и пространстве. Несмотря на недостаточное понимание турбулентных процессов, рабочие формулы позволяют вычислить концентрации выбросов из отдельных источников, которые удовлетворительно согласуются с данными инструментальных замеров, если не считать высотных труб в условиях инверсии. Соответствующее применение этих формул дало возможность сделать полезные практические выводы об уровне загрязнений атмосферного воздуха из единичного источника. Очень немногие попытки (Frenkel, 1956; Lettau, 1931) сводились к использованию аналитических методов для расчета концентрации атмосферных загрязнений, выбрасываемых из множественных источников, как это имеет место в крупных городах. Такой подход обладает значительными преимуществами, но он требует выполнения очень сложных расчетов, а также разработки эмпирических приемов для учета топографических и зональных параметров. Несмотря на эти затруднения, точность методов аналитического расчета, по-видимому, в настоящее время соответствует точности наших знаний о распределении источников загрязнений, их мощности и колебаний во времени. Поэтому для получения полезных практических выводов эта точность достаточна. Периодическое выполнение аналитических расчетов этого типа позволило бы определять возможность повторения периодов высоких концентраций атмосферных загрязнений, определять их "хронический" уровень, оценивать роль (различных источников при разных метеорологических условиях и подвести математическую базу под различные меры снижения загрязнения воздуха (зонирование, размещение промышленных предприятий, ограничение выбросов и др.).

Уровень приземной концентрации вредных веществ в атмосфере от стационарных и подвижных объектов промышленности и транс-порта при одном и том же массовом выбросе может существенно меняться в атмосфере в зависимости от техногенных и природ-но-климатических факторов.

К техногенным факторам относятся:

· интенсивность и объем выброса вредных веществ;

· высота расположения устья источника выбросов от по-верхности земли;

· размер территории, на которой осуществляются загрязнения;

· уровень техногенного освоения региона.

К природно-климатическим факторам относятся:

· характеристика циркуляци-онного режима;

· термическая устойчивость атмосферы;

· атмосферное давление, влажность воздуха, температурный режим;

· температур-ные инверсии, их повторяемость и продолжительность;

· скорость ветра, повторяемость застоев воздуха и слабых ветров (0 – 1 м/с);

· продолжительность туманов, рельеф местности, геологическое строение и гидрогеология района;

· почвенно-растительные условия (тип почв, водопроницаемость, пористость, гранулометрический со-став почв, эродированность почвенного покрова, состояние расти-тельности, состав пород, возраст, бонитет);

· фоновые значения пока­зателей загрязнения природных компонентов атмосферы, в том числе существующих уровней шума;

· состояние животного мира, в том числе ихтиофауны.

В природной среде непрерывно меняются температура воздуха, скорость, сила и направление ветра, поэтому распространение энер­гетических и ингредиентных загрязнений происходит в постоянно новых условиях. Неблагоприятна следующая синоптическая ситуация – антициклон с безградиентным полем изобар в межгор­ных замкнутых котловинах. Процессы разложения токсических ве­ществ в высоких широтах при малых значениях солнечной радиации замедляются. Осадки и высокие температуры, наоборот, способст­вуют интенсивному разложению токсичных веществ.

В Москве, например, неблаго­приятные по условиям загрязнения воздуха метеорологические условия, связанные с застоями воздуха и ин­версиями, создаются летом, преиму­щественно в ночные часы при слабых северных и восточных ветрах.

При общей закономерности сни­жения уровня загрязнения по мере удаления от дороги снижение уров­ня шума происходит за счет рассеи­вания звуковой энергии в атмосфере и поглощения ее поверхностным по­кровом. Рассеивание отработавших газов зависит от направления и ско­рости ветра (рис. 5.1).

Более высокая температура у поверхности земли в дневное время заставляет воздух подниматься вверх, что приводит к дополнитель­ной турбулентности.

Способность земной поверхности поглощать или излучать теп­лоту влияет на вертикальное распределение температуры в призем­ном слое атмосферы и приводит к температурной инверсии (откло­нению от адиабатности). Повышение температуры воздуха с высотой приводит к тому, что вредные выбросы не могут подни­маться выше определенного потолка. В инверсионных условиях ос­лабляется турбулентный обмен, ухудшаются условия рассеивания вредных выбросов в приземном слое атмосферы. Для приземной ин­версии особое значение имеет повторяемость высот верхней границы, для приподнятой инверсии – повторяемость нижней границы.

Сочетание природных факторов, определяющих возможный уровень загрязнения атмосферы, характеризуется:

· метеорологиче­ским и климатическим потенциалом загрязнения атмосферы;

· высотой слоя перемешивания;

· повторяемостью приземных и приподнятых инверсий, их мощностью, интенсивностью;

· повторяе­мостью застоев воздуха, штилевых слоев до различных высот.

Падение концентраций вредных веществ в атмосфере происхо­дит не только вследствие разбавления выбросов воздухом, но и из-за постепенного самоочищения атмосферы. В процессе самоочище­ния атмосферы происхо­дит:

1) седиментация, т.е. выпадение выбросов с низкой реакционной способностью (твердых час­тиц, аэрозолей) под дей­ствием силы тяжести;

1) нейтрализация и связывание газообразных выбросов в открытой атмосфере под действием солнечной радиации или компонентами биоты.

Определенный потенциал самовосстановления свойств окружающей среды, в том числе и очищения атмосферы, связан с поглощением водными поверхностями до 50 % природных и техноген-ных выбросов СО 2 . В водоемах растворяются и другие газообраз-ные загрязнители воздуха. То же происходит на поверхности зеле-ных насаждений: 1 га городских зеленых насаждений поглощает в течение часа такое же количество СО 2 , которое выдыхают 200 чело-век.

Химические элементы и соединения, содержащиеся в атмосфере, поглощают часть соединений серы, азота, углерода. Гнилостные бактерии, содержащиеся в почве, разлагают органические остатки, возвращая CO 2 в атмосферу. На рис. 5.2 приведена схема загрязне-ния среды канцерогенными полициклическими ароматическими уг-леводородами (ПАУ), содержащимися в выбросах транспортных средств, объектов транспортной инфраструктуры, и ее очищения от этих веществ в компонентах окружающей среды.

3. Факторы загрязнения воздушной среды .

Техногенное и антропогенное загрязнение самое опасное для атмосферы. В воздушный бассейн Новосибирской области с выбросами промышленных предприятий и транспорта поступают тысячи тонн различных вредных веществ. Уровень загрязнения атмосферы зависит:

От количественного и качественного состава промышленных выбросов;

Их периодичности и высоты, на которой осуществляется выброс;

От климатических условий, определяющих их перенос, рассеивание;

От атмосферных осадков, вымывающих вредные вещества;

От интенсивности фотохимических реакций в атмосфере.

Суммарная масса выбросов загрязняющих веществ в атмосферу в 2003 году составила 206,4 тыс.т. (подсчитать количество вагонов). Основными источниками загрязнения воздуха являются предприятия черной и цветной металлургии, тепловой энергетики, химической и цементной промышленности, нефте- и газопереработки, транспорт. Все эти предприятия кроме нефте и газопереработки сконцентрированы в Новосибирске и близь прилегающих к нему территориям. Каждый промышленный источник выделяет свой специфический набор загрязнения веществ:

Теплоэнергетика – оксиды серы, углерода, металлов, азота, пыль;

Транспорт – оксиды углерода и азота, углеводороды, тяжелые металлы;

Производство цемента – оксиды углерода, пыль.

Проанализируем таблицу «Валового выброса загрязняющими веществами атмосферу Новосибирской области»

По данным 2002 г. и 2003 года можно увидеть, что увеличение выбросов происходит год от года. Наибольшее количество выбросов составляют оксиды углерода, диоксид серы и оксиды азота.

Для определения степени загрязнения воздушной среды вводится показатель – индекс загрязнение воздуха (ИЗВ). ИЗВ обозначает количество вредных веществ в определенном объеме воздуха (1м 3 ). Для отслеживания степени загрязнения воздуха используются лазерные спектроскопы, которые обнаруживают присутствие в воздухе загрязняющих веществ на расстоянии 2 км. Установлены показатели ИЗВ:

до 5 баллов – воздух чистый;

от 5 – 6 баллов – загрязнение повышенное;

от 7 до 13 баллов – ИЗВ высокое;

более 14 баллов – очень высокое.

По индексу загрязнения определяется показатель - предельно допустимая концентрация, которая определена нормативными актами (мг/м 3).

Таблица 1

Индекс загрязнения отдельными ингредиентами атмосферного воздуха в Новосибирской области.

Наиболее повышенное загрязнение воздуха наблюдается в промышленных зонах Новосибирской области (Новосибирск, Искитим, Бердск, Барабинск, Куйбышев). Но в результате подвижности воздуха и его рассеивания загрязнению подвергается вся воздушная среда области, только ПДК будет разная.

Снежный покров позволяет более определенно отследить преобладание загрязнителей на отдельной территории области. Снег лежит 5 месяцев или 168 дней. За этот период в снежном покрове накапливается огромное количество загрязняющих атмосферу веществ.

Проведем анализ таблицы 1.1.2.1.

Таблица 2

Из таблицы видно, что даже при отсутствии крупных промышленных предприятий на территории Татарского, Карасукского, Каргатского, Маслянинского районов, степень загрязнения снега повышенная, из-за рассеивания выбросов.

Меры по охране воздушной среды.

Основными путями снижения и полной ликвидации загрязнений служат: разработка и внедрение очистных сооружений, безотходные технологии производства, борьба с выхлопными газами автомобилей, озеленение. Очистные сооружения являются основным средством борьбы с промышленными загрязнениями атмосферы. Очистка выбросов осуществляется путем пропускания их через различные фильтры (механические, электрические, магнитные, звуковые и др.), воду и химически активные жидкости. Все они предназначены для улавливания пыли, паров и газов.

Безотходная технология аналогична процессам, происходящим в биосфере, где в ее круговороте ненужных отходов не существует и где все они полностью используются различными звеньями экосистемы. Полностью исключаются выбросы в атмосферу, а используются для извлечения из промышленного воздуха ингредиентов, которые можно использовать в производстве (сера, азот, углерод, металлы).

Для защиты воздуха от выхлопных газов автомобилей используются фильтры и устройства, дожигающие топливо, чтобы снизить их выброс. В бензин добавляются вещества, заменяющие содержание бензина. Улучшается дорожное строительство в области, систематически ведется ремонт дорог, исключающие частую смену режима двигателей и уменьшение выбросов выхлопных газов.

Озеленение населенных пунктов и промышленных объектов, имеет важное значение в борьбе с загрязнением атмосферы. Зеленые растения в результате фотосинтеза освобождают воздух от диоксида углерода и обогащают ее кислородом. На деревьях и кустах оседает до 72% взвешенных в воздухе частиц пыли и до 60% диоксида серы. Особенно много пыли и загрязняющих веществ улавливают лиственные породы деревьев.

За качеством состояния воздушной среды ведутся наблюдения на метеостанциях. Наиболее системный мониторинг проводится в Новосибирске. Качественное состояние воздушной среды должно измеряться круглосуточно и население должно получать информацию о загрязнении воздуха.

5. Охрана воздушной среды в Новосибирской области.

Опасность загрязнения атмосферного воздуха несет тяжелые последствия. Воздух – подвижный объект природы, который постоянно перемещается и изменяет свои свойства и состав. В процессе циркуляции атмосферы воздух может оказаться загрязненным в местах, где нет «грязных» производств. Загрязняющие выбросы могут сохраняться в воздухе несколько суток и перемещаться с воздухом, выпадать с осадками в разных местах. Загрязнение воздуха – это мина замедленного действия, которая угрожает всему населению Земли.

Все усилия современного производства должны быть направлены на осуществление мер по снижению и полной ликвидации загрязнения атмосферы. Основным средством борьбы с промышленным загрязнением являются очистные фильтры. Очистные фильтры в зависимости от компонента загрязнения, который надо задерживать бывают механические, электрические, магнитные, звуковые и др. Промышленные выбросы в атмосферу пропускают через один или несколько фильтров, воду, химические активные жидкости и улавливают пыль, копоть, газы, пары. При грубой очистке промышленных выбросов устраняется от 70 до 84% загрязнителей. При средней очистке задерживается до 95 -98%, при тонкой - до 99% и выше.

Решить проблему охраны атмосферы только с помощью очистных фильтров невозможно. Необходимо внедрение в промышленную практику безотходных технологий.

Один из способов предохранения атмосферы от загрязнения – переход на альтернативные источники энергии. По запасам газа России опережает другие страны мира. Газификация хозяйства и экономики России составляет 45%, в нашей области.

Для уменьшения токсических веществ в выхлопных газах автомобилей предполагается замена бензина другими видами топлива – спирт, газ. Установка фильтров для очистки выхлопных газов автомобилей, использование добавок, не содержащих свинец, уменьшает загрязнение воздуха. Содержание дорог в хорошем состоянии, создание расширенного дорожного полотна и развязок на улицах городов исключает частую смену режимов работы двигателей, уменьшает количество выбросов.

Зеленые насаждения за счет фотосинтеза освобождают воздух от диоксида углерода и обогащают его кислородом. На листья деревьев и кустарников оседает до 72% пыли и взвешенных частиц, до 70% диоксида серы. Зеленые насаждения регулируют микроклимат населенных пунктов, гасят шум, приносящий вред здоровью людей.

Для поддержания чистоты большое значение имеет планировка города. Жилые кварталы лучше располагать на возвышенных участках и с подветренной стороны. Промышленные зоны размещать за пределами города.

Одним из направлений деятельности по снижению выбросов в атмосферу является «Закон об охране окружающей природной среды» Конституции РФ. В данном Законе определены меры охраны, утвержденные ГОСТами:

Нормы и методы измерений содержания оксида углерода и углеводородов в отработанных газах автомобилей с бензиновыми двигателями;

Нормы и методы измерения дымности отработанных газов дизелей;

Правила контроля качества воздуха населенных пунктов;

Правила установления допустимых выбросов вредных веществ промышленными предприятиями;

Инструкция о порядке рассмотрения, согласования и экспертизы воздухоохранных мероприятий и выдаче разрешений на выброс загрязняющих веществ в атмосферу.

Кроме общегосударственной нормативной базы, регулирующей глобальные вопросы охраны атмосферы и ее рационального использования в области, создана служба экологического контроля, которая следит за выполнением Федерального закона «Об охране окружающей природной среды».

Контрольные вопросы

Опишите факторы техногенного загрязнения воздушной среды в нашей области.

Ингредиенты, загрязняющие воздушную среду в Новосибирской области. Критерии измерения уровня загрязнения воздуха.

Уровень загрязнения воздуха в г. Татарске зимой и летом. Необходимые меры улучшения качества воздушной среды в нашем городе.

Воздействие загрязнения воздуха на здоровье людей, растения, животных.

Литература

Ушаков С.А., Кац Я.Г. Экологическое состояние территории России. М.: Академия, 2002 г.

Состояние окружающей среды Новосибирской области в 2003 году (Доклад МПР по Новосибирской области)

Константинов В.М. Экологические основы природопользования. М., АCADEMA. 2006