Атмосферный воздух и проблемы, связанные с его загрязнением

Введение

Проблемы экологии, связанные с хозяйственной деятельностью человека, не теряют своей актуальности в наши дни.

Происходит неумолимое ухудшение состояния окружающей среды в глобальном масштабе. В атмосфере нарастает концентрация двуокиси углерода, разрушается озоновый слой Земли, выпадают кислотные дожди, наносящие вред всему живому, потеря видов живых существ все ускоряется, рыбная ловля чахнет, снижение плодородия земли подрывает усилия, направленные на то, чтобы накормить голодных, вода – отравлена, а лесной покров Земли становится все меньше.

Рассмотрению этих основных проблем экологии в современном мире будет посвящена эта работа.

1. Атмосферный воздух и проблемы, связанные с его загрязнением

Атмосферный воздух – это природная смесь газов приземного слоя атмосферы за пределами жилых, производственных и иных помещений, сложившаяся в ходе эволюции Земли.

Атмосфера надежно оберегает человечество от многочисленных опасностей, угрожающих ему из космоса: не пропускает метеориты, защищает землю от перегрева, отмеряя солнечную энергию в необходимом количестве, нивелирует перепад суточных температур, который мог бы составить примерно 200 К, что неприемлемо для выживания всех земных существ. На верхнюю границу атмосферы ежесекундно обрушивается лавина космических излучений. Если бы они достигли земной поверхности, мгновенно исчезло бы все живущее на Земле.

Газовая оболочка спасает все живущее на Земле от губительных ультрафиолетовых, рентгеновских и космических лучей. Велико значение атмосферы и в распределении света. Воздух атмосферы разбивает солнечные лучи на миллион мелких лучей, рассеивает их и создает то равномерное освещение, к которому мы привыкли. Кроме того, атмосфера является средой, где распространяются звуки. Без воздуха на Земле царила бы тишина, невозможна была бы человеческая речь.

Однако в атмосферу выбрасывается значительное количество газообразных отходов производства.

Загрязняющее вещество – примесь в атмосферном воздухе, оказывающая при определенных концентрациях неблагоприятное воздействие на здоровье человека, объекты растительного и животного мира и другие компоненты окружающей природной среды или наносящая ущерб материальным ценностям.

Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются промышленность и автотранспорт. При этом в нашей стране на тепловые электростанции приходится 27% загрязнений, на предприятия черной и цветной металлургии – 24 и 10%, нефтехимии – 16%, строительных материалов – 8,1%. Причем на долю энергетики приходится более 40% общих выбросов пыли, 70% окислов серы и более 50% окислов азота. Из общего объема загрязняющих веществ, попадающих в воздух, на долю автотранспорта приходится 13,3%, однако в крупных городах России эта цифра достигает 60-80%.[1]

Количество выбросов на душу городского населения на 1993 год (пыль, NOx, CnHm, SOx) составило в России 324 кг/год×чел., причем на Европейской части России – 195 кг/год×чел, в Уральском регионе – 550 кг/год×чел., Дальневосточном регионе и Сибири – 560 кг/год×чел.[2]

В последние годы содержание в атмосферном воздухе российских городов и промышленных центров таких вредных примесей, как взвешенные вещества, диоксид серы. Существенно уменьшилось, так как со значительным спадом производства сократилось и число промышленных выбросов, а концентрации оксида углерода и диоксида азота выросли в связи с ростом парка автомобилей.

От загрязнения воздуха страдают животные и растения.

Воздействие сернистого газа и его производных на человека и животных проявляется прежде всего в поражении верхних дыхательных путей, под влиянием сернистого газа и серной кислоты происходит разрушение хлорофилла в листьях растений, в связи с чем ухудшается фотосинтез и дыхание, замедляется рост, снижается качество древесных насаждений и урожайность сельскохозяйственных культур, а при более высоких и продолжительных дозах воздействия растительность погибает.

Загрязненная атмосфера вызывает увеличение числа заболеваний дыхательных путей. Состояние атмосферы сказывается на показателях заболеваемости даже в разных районах индустриальных городов. Например, в Москве предрасположенность к бронхиальной астме, бронхиту, конъюнктивиту, фарингиту, тонзиллиту, хроническим отитам на 40-60% выше в районах с повышенным уровнем загрязнения атмосферного воздуха.

Загрязнения оказывают и другие неблагоприятные воздействия, приводя к таким проблемам как парниковый эффект, озоновые “дыры”, смоги, “кислотные дожди”.

1.1. Парниковый эффект

Накопление углекислого газа в атмосфере – одна из основных причин парникового эффекта, возрастающего от разогревания Земли лучами Солнца. Этот газ не пропускает солнечное тепло обратно в космос.

По сравнению с доиндустриальной эпохой концентрация двуокиси углерода в атмосфере увеличилась на 28%. Если человечество не примет меры, чтобы сократить выбросы этих газов, к середине будущего века средняя глобальная температура приземной атмосферы повысится на 1,5—4,5°С.[3]

Последняя цифра относится к высоким российским широтам. Произойдет перераспределение осадков на территории страны, увеличится число засух, изменится режим речного стока и режим работы гидроэлектростанций. Растает верхний слой вечной мерзлоты, занимающий в России около 10 млн.м2 (60% территории страны), что повлияет на устойчивость фундаментов инженерных сооружений. Уровень Мирового океана поднимется к 2030 г. на 20 см, что приведет к затоплению низколежащих побережий.

Доли некоторых государств в глобальном выбросе двуокиси углерода таковы: США – 22%, Россия и Китай – по 11%, Германия и Япония – по 5%.2

Одним из главных источников загрязнения атмосферы углекислым газом является автомобильный транспорт. Есть несколько путей борьбы с этим видом загрязнений: техническое совершенствование двигателей, топливной аппаратуры; повышение качества топлива, снижение содержания токсичных веществ в выхлопных газах в результате применения дожигателей топлива, каталитических катализаторов; использование альтернативных видов топлива и др.

Кроме того, существует ряд естественных источников выбросов СО2. Мощным источником СО2 в России служит дыхание почвы. На 1124,9 млн. га России дыхание почвы составляет 1800 NтC, т.е. 3% от глобальной эмиссии, что в 3 раза превосходит индустриальную эмиссию.[4]

Другим методом скопления СО2 служат болота – резервуар с временем пребывания органического углерода в торфах до 10 тыс. лет и его аккумуляцией 45-50 Мm С/год2.

Существует мощный потребитель СО2 – это растительность суши, потребляющая 20-30 млрд. т. углерода в форме СО2, и водоросли мирового океана, потребляющие около 40 млрд. т. углерода в год.3 Однако они не в состоянии переработать атмосферу, в связи с чем проблема глобального потепления является насущной и решение которой требует безотлагательных мер.

1.2. Озоновый экран Земли

Стратосферный озоновый слой защищает людей и живую природу от жесткого ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучения в ультрафиолетовой части солнечного спектра. Каждый потерянный процент озона в масштабах планеты вызывает до 150 тыс. дополнительных случаев слепоты из-за катаракты, на 2,6% увеличивает число раковых заболеваний кожи. Установлено, что жесткий ультрафиолет подавляет иммунную систему организма.

Озоновая защитная оболочка очень невелика: всего 3 млрд. т. газа, наибольшая концентрация – на высоте 20—25 км; если гипотетически сжать эту оболочку при нормальном атмосферном давлении, получится слой всего в 2 мм, однако без него жизнь на планете невозможна.

Запуск мощных ракет, полеты реактивных самолетов в высоких слоях атмосферы, испытания ядерного и термоядерного оружия, ежегодное уничтожение природного озонатора – миллионов гектаров леса – пожарами и хищнической рубкой массовое применение фреонов в технике, парфюмерной и химической продукции в быту – главные факторы разрушения озонового экрана Земли.

В 1987 г. правительства 56 стран, в том числе и СССР, подписали Монреальский протокол, по которому обязались в ближайшее десятилетие вдвое сократить производство фторуглеродов и других веществ, разрушающих озоновый слой. Более поздние соглашения (в 1990 г. в Лондоне, в 1992 г. в Копенгагене) содержат призыв постепенно прекратить производство таких веществ.

К 1996 г. промышленно развитые страны полностью прекратили производство фреонов, а также разрушающих озон галлонов и тетрахлорида углерода. Развивающиеся страны сделают это только к 2010 г. Россия из-за тяжелого финансово-экономического положения попросила отсрочки на три-четыре года.

Следующим этапом должен стать запрет на производство метилбромидов и гидрофреонов. Уровень производства первых с 1996 г. заморожен в промышленно развитых странах, гидрофреоны полностью снимаются с производства к 2030 г.

В 1997 г. исполнилось 10 лет с момента подписания Монреальского протокола. За это время осуществлялось широкое международное сотрудничество по охране озонового слоя Земли. Благодаря согласованным усилиям международного сообщества за эти годы производство и потребление веществ, наиболее опасных для озонового слоя, сократилось более чем вдвое. Остановлен рост содержания в атмосфере озоноразрушающих веществ. Ученые полагают, что уже в ближайшие годы начнется восстановление озонового слоя. Но пока эта проблема остается актуальной.

1.3. Фотохимический туман

С 30-х гг. над Лос-Анджелесом в теплое время года стал появляться смог – туман влажностью около 70%. Это явление назвали фотохимическим туманом, так как для его возникновения необходим солнечный свет, вызывающий сложные фотохимические превращения смеси углеродов и окислов азота, поступивших в воздух в результате автомобильных выбросов, в вещества, значительно превышающие по своей токсичности исходные атмосферные загрязнения.

Фотохимический туман сопровождается неприятным запахом, резко снижается видимость, у людей воспламеняются глаза, слизистые оболочки носа и горла, возникает удушье, обостряются легочные заболевания, бронхиальная астма. Фотохимический туман повреждает и растения. Сначала на листьях появляется водное набухание, через некоторое время нижние поверхности листьев приобретают серебристый или бронзовый оттенок, а верхние становятся пятнистыми с белым налетом. Затем наступает быстрое увядание.

Фотохимический туман вызывает коррозию металлов, растрескивание красок резиновых и синтетических изделий, портит одежду. Нарушает работу транспорта.

В настоящее время во многих крупных городах мира – Нью-Йорке, Чикаго, Бостоне, Детройте, Токио, Милане – образуется фотохимический туман. В городах России подобных явлений не наблюдалось, однако условия для них могут возникнуть.

1.4. Кислотные дожди

Кислотные дожди, содержащие растворы серной и азотной кислот, наносят значительный ущерб природе. Земля, водоемы, растительность, животные и постройки становятся их жертвами. На территории России в 1996 г. вместе с осадками выпало более 4 млн. т серы и 1,25 млн. т нитратного азота. В Москве и Санкт-Петербурге с кислотными дождями на землю в год выпадает до 1500 кг серы на 1 км2.[5]

Увеличение кислотности водоемов приводит к гибели рыб и водяных растений.

Огромный вред наносят кислотные дожди лесам. Леса высыхают, развивается суховершинность на больших площадях.

Все больший ущерб кислотные дожди наносят сельскохозяйственным культурам: повреждаются покровные ткани растений, изменяется обмен веществ в клетках, растения замедляют рост и развитие, уменьшается их сопротивляемость к болезням и паразитам, падает урожайность.

Кислотные дожди не только убивают живую природу, но и разрушают памятники архитектуры. Прочный, тверды мрамор, смесь окислов кальция (СаО и СО2), реагирует с раствором серной кислоты и превращается в гипс (СаSO4). Смена температур, потоки дождя и ветер разрушают этот мягкий материал. Исторические памятники Греции и Рима, простояв тысячелетия, в последние годы разрушаются прямо на глазах. Такая же судьба грозит и Тадж-Махалу – шедевру индийской архитектуры периода Великих Моголов, в Лондоне – Тауэру и Вестминстерскому аббатству. На соборе Св. Павла в Риме слой портлендского известняка разъеден на 2,5 см. В Голландии статуи на соборе Св. Иоанна тают, как леденцы. Черными отложениями изъеден королевский дворец на площади Дам в Амстердаме.

Спасать природу от закисления необходимо. Для этого придется резко снизить выбросы в атмосферу окислов серы и азота, но в первую очередь сернистого газа, так как именно серная кислота и ее соли на 70-80% обусловливают кислотность дождей, выпадающих на больших расстояниях от –места промышленного сброса.

Таким образом, проблема “кислотных дождей” также является актуальной.

2. Загрязнения атмосферы

Огромная масса вод Мирового океана формирует климат планеты, служит источником атмосферных осадков. Более половины кислорода поступает в атмосферу из океана, и он же регулирует содержание углекислоты в атмосфере, так как способен поглощать ее избыток, в Мировом океане ежегодно вылавливается 85 млн. т рыбы. С одной стороны, это составляет всего около 1% мирового производства продовольствия, но, с другой – это 15% потребляемых человечеством животных белков.

Реальную опасность экологическому равновесию в океане представляют следующие формы антропогенного воздействия: загрязнение акваторий; нарушение механизма воспроизводства морских организмов; отторжение берегового и экваториального пространства для хозяйственных целей.

Реки выносят в океан промышленные отходы, сточные воды, сельскохозяйственные одобрения. Водные пространства морей и океанов – конечные вместилища подавляющего большинства отходов. Многочисленные сточные воды различного происхождения, химикаты, часть мусора и другие отходы промышленных и сельскохозяйственных производств рано или поздно поступают в моря и океаны. Морские воды загрязняются в результате захоронения различных отходов, удаления нечистот и мусора с кораблей, при исследовании дна морей и океанов и особенно в результате различных аварий. В Тихий океан, например, сбрасывается ежегодно около 9 млн. т отходов, а в воды Атлантики – свыше 30 млн. т.[6]

Океаны и моря загрязняются такими вредными для их жизнедеятельности веществами, как нефть, тяжелые металлы, пестициды, радиоизотопы. Вредные вещества в океан несут загрязненные реки, туда сбрасываются сточные воды различных промышленных предприятий, попадает сток с полей и из лесов, обработанных пестицидами, потери нефти с перевозящих ее танкеров.

Газообразные токсические вещества, такие, как окись углерода, двуокись серы, поступают в морскую воду из атмосферы. В мировой океан с дождями ежегодно осаждается 50 тыс. т свинца, попадающего в воздух с выхлопными газами автомобилей.[7]

Степень загрязненности вод в океане постоянно возрастает. Способность воды к самоочищению оказывается порой недостаточной, чтобы справиться с постоянно увеличивающимся количеством сбрасываемых отходов.

Под влиянием течений загрязнения перемешиваются и очень быстро распространяются, оказывая вредное воздействие на зоны, богатые животными и растительностью, наносят серьезный ущерб состоянию морских экосистем и экономике в целом. Таким образом, вопрос защиты вод Мирового океана является межгосударственной проблемой.

3. Эрозия, аридизация, деградация и загрязнение земель

3.1. Издавна бедой для земледельца была и все еще остается эрозия почв. Современной науке удалось в определенной мере установить закономерности возникновения этого грозного явления, наметить и осуществить ряд практических мер по борьбе с ним.

В зависимости от факторов, обусловливающих развитие эрозии, выделяют два основных ее типа – водную и ветровую. В свою очередь, водная эрозия подразделяется на поверхностную (плоскостную) и линейную (овражную) – размыв почвы и подпочвы.

Скорость эрозии превышает скорость естественного формирования и восстановления почвы.

По оценкам научных учреждений, почвы сельскохозяйственных угодий России ежегодно теряют около 1,5 млрд. т плодородного слоя вследствие проявления эрозии. Годовой прирост площади эродированных почв составляет 0,4-1,5 млн. га, оврагов – 80-100 тыс. га. Снижение урожая на эродированных почвах составляет 36-47%.[8]

Большой вред почвам наносит многократная механическая обработка: вспашка, культивация, боронование и т.д. Все это усиливает ветровую и водную эрозию. Теперь на смену традиционным методам обработки почв постепенно приходят почвозащитные с заметно меньшим объемом механического воздействия.

Важнейшую роль в борьбе с эрозией почв играют почвозащитные севообороты, агротехнические и лесомелиоративные мероприятия, строительство гидротехнических сооружений.

3.2. Аридизация почвы – это сложный и разнообразный комплекс процессов уменьшения увлажненности обширных территорий и вызванного этим сокращения биологической продуктивности экологических систем “почва-растения”. Проявления аридизации (от частых засух до полного опустынивания) на обширных территориях Африки, Юго-Восточной и Южной Азии, ряда стран Южной Америки крайне обостряют проблемы продовольствия, кормов, воды, топлива, вызывают глубокие изменения экосистемы. Угодья, окаймлявшие пустыни, не выдерживают нагрузки и сами превращаются в пустыни, что приводит к ежегодной потере тысяч гектаров пригодных для сельского хозяйства земель. Процесс усугубляют и примитивное земледелие, нерациональное использование пастбищ и других сельскохозяйственных угодий, хищническая эксплуатация огромных территорий, которые возделываются без всякого севооборота или ухода за почвой.

3.3. Острейшей экологической проблемой в России является деградация земель. Ярким примером этого служит некогда славившиеся богатством кормового разнотравья Черные земли Прикаспия, раскинувшиеся на миллионы гектаров. Сейчас значительная их часть стала полупустыней, русло канала Волга-Чаграй, строительство которого было прекращено несколько лет назад. Являет картину удручающего экологического бедствия.

Вторично засоленные почвы на сельхозугодьях занимают 12,9 млн. га, на пашне их площадь за пять лет возросла на 1 млн. га и составила 3,6 млн. га.[9]

В связи со строительством водохранилищ на реках площадь затопленных земель превысила 30 млн. га, из них 0,7 млн. га – мелководья.2 Все больше становятся площади подтопленных земель.

В результате подъема вод Каспийского моря затоплено и подтоплено 560 тыс. га сельскохозяйственных угодий.

Кислые почвы на сельхозугодьях выявлены на 48,7 млн. га, из них 37,1 млн. га пашни. В лесостепной и центрально-черноземной зонах участились кислотные дожди, что вызывает деградацию почв и появление новых ареалов кислых почв. На 50% площади черноземов, ранее не требовавших известкования, этот прием становится необходимым.

Продолжаются процессы деградации, разрушения и уничтожения почв в засушливых районах на юго-востоке европейской части России, где на месте некогда продуктивных пастбищ и земель теперь все большую площадь занимают барханные пески.

Деградация пастбищных земель в тундре происходит в результате нарушения растительного покрова при освоении месторождений полезных ископаемых, неконцентрируемого бездорожного проезда автотранспорта, перегрузок оленьих пастбищ скотом, проведения геологоразведочных работ.

Все более опасный характер приобретает захламление и загрязнение земель несанкционированными свалками промышленных, бытовых, сельскохозяйственных и других отходов производств и потребления.

Вокруг многих промышленных предприятий земли загрязнены токсичными веществами. В России выявлено 730 тыс. га земель с чрезвычайно опасным уровнем загрязнения почв.

Чем все это грозит человечеству вполне очевидно.

4. Уничтожение и деградация лесов и растительности

Ежегодно с лица нашей планеты в результате техногенной деятельности человека исчезают тысячи видов растений, насекомых и животных.

Ежегодно в мире вымирает один-два вида диких растений. Между тем один из видов растений обеспечивает существование в среднем 11 видов животных (в тропических лесах – 20 видов).

Уничтожение лесов неизменно ведет к уничтожению порога устойчивости биосферы, нарастанию разрушительной силы наводнений, селей, водной эрозии, пылевых бурь, опустошительных засух у суховеев, ускорению процессов опустынивания.

С обезлесением ландшафтов постепенно уничтожается живое вещество, обедняется биосфера в целом.

Зеленое убранство планеты сокращается в основном из-за интенсивных заготовок древесины, расчистки лесных площадей под сельскохозяйственные угодья, пожаров и, конечно, в результате загрязнения окружающей среды. Сокращается и генетическое разнообразие экологических систем, исчезли целые семейства растений, отдельные виды животных. Скорость исчезновения видов животных и растений в 5000 раз превосходит естественный ход эволюции.

Велика роль растений в расщеплении углекислого газа и выделении кислорода в атмосферу. Таким образом деревья восстанавливают живительную силу отработанного воздуха.

Несомненно не составляет большого труда оценить все последствия и масштабы проблемы, связанной с уничтожением лесов.

Заключение

В данной работе автор рассмотрел основные проблемы экологии современного мира, связанные с хозяйственной деятельностью человека. И решение данных проблем возможно на общепланетарном межгосударственном уровне.

Список литературы

Бродский А.К. Краткий курс общей экологии. – СПб: Изд-во СПбУ, 1992 г.

Вронский В.А. Прикладная экология. – Ростов-на-Дону: “Феникс”, 1996 г.

Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек. – М.: Агентство “ФАИР”, 1998 г.

Протасов А.В., Молчанов К.С. Экология, здоровье и природопользование в России. – М.: Финансы и статистика, 1995 г.

Экология России: Хрестоматия. – М.: АО “НДС”, 1995 г.