Забруднення атмосферного повітря

Атмосфера — це газова оболонка Землі завтовшки 800-1000 км. Вона складається із різних шарів, які відповідно до зміни температури мають різні фізичні і хімічні властивості (знизу вгору): тропосфера, стратосфера, мезосфера, іоносфера і екзосфера.

Забруднення атмосферного повітря – це наявність у повітрі різних газів, пару, дрібних часточок і різних речовин, які негативно діють на живі організми, погіршують умови їх життя, викликають захворювання та призводять їх до загибелі. Забруднення атмосфери може бути спричинене природними і штучними (антропічними) факторами.Основними джерелами штучного забруднення атмосфериє промислові, транспортні і побутові викиди. Так, найбільшим джерелом забруднення повітря в деяких великих містах стали легкові автомобілі.

Розрізняють два види забруднень атмосфери: загазованість і запиленість.

До основних складових антропогенного забруднення, які надходять у повітря, відносяться отруйні газоподібні речовини — метан, сірчистого газу, оксид карбону (ІІ), оксид нітрогену (IV), сірководень, сполуки хлору, а також часточки пилу, сажі тощо. Шкідливі гази, що поступають в атмосферу, вступають в реакцію між собою і утворюють нові, у тому числі і токсичні сполуки. Запилення та загазованість повітря негативно впливає на всі компоненти екосистем: кліматичні умови, поверхневі води, грунти, рослини і тварини, а також на здоров’я людини.

Основними забруднювачами атмосфери є тверді часточки (пил, сажа тощо), сірчистий ангідрид SO₂, оксиди нітрогену NO₂, оксид карбону, леткі вуглеводні та їх похідні, а основні джерела забруднювачів – спалювання палива та його неповне згоряння, а також окиснення атмосферного нітрогену і палива.

Які ж наслідки цих забруднень? Зниження сонячного освітлення, збільшення хмарності, утворення туманів. Можливе зниження температури землі в результаті тривалої дії; хронічне ураження рослин; зниження врожайності; знищення лісів; руйнування вапнякових будматеріалів та металевих конструкцій; утворення фотохімічного смогу; випадання «кислотних дощів»; захворювання дихальних шляхів людини; зменшення вмісту гемоглобіну в крові; подразнення очей тощо.

Серед забруднювачів повітря особливу групу становлять речовини, що мають канцерогенні властивості. Це передусім бенз(а)пірен і його похідні, інші ароматичні вуглеводні, які надходять у повітря від котельних промислових підприємств та з вихлопними газами автотранспорту.

Несприятливу дію на організм людини мають і сполуки свинцю, що містяться у вихлопних газах автомобілів. Присутність таких сполук в крові людини зростає зі збільшенням його вмісту в повітрі, що призводить до зниження активності ферментів, до порушення обмінних процесів.

Самоочищення атмосфери–це зниження забрудненості повітря відбувається завдяки різноманітним фізичним, хімічним та біологічним процесам:

• розсіюванню в атмосфері забрудників, яке залежить від метеорологічних умов (вологості та температури повітря, швидкості вітру, фізичних та хімічних характеристик забрудників);

• руйнуванню забрудників під дією сонячної радіації (фотохімічні процеси);

• взаємодії між окремими забруднювачів з утворенням нетоксичних чи менш токсичних сполук (при взаємодії аміаку з хлоридом гідрогену утворюється хлорид амонію, який випадає з атмосферними опадами на земну поверхню);

• хімічній взаємодії між забруднювачем і основним компонентом повітря (найчастіше киснем), наприклад окиснення оксиду нітрогену (ІІ) до оксиду нітрогену (IV), але окисниками можуть бути і озон, пероксид гідрогену тощо;

• поглинанню рослинами сполук нітрогену та сульфуру і використанню їх для синтезу органічних речовин.

Зміни в атмосфері, зумовлені її забрудненням. Інтенсивне забруднення атмосфери внаслідок антропогенної діяльності людини призвело до небажаних змін у співвідношенні складових частин повітря, негативних змін в атмосфері (кислі опади, смоги), а також глобальних екологічних криз, пов’язаних з потеплінням клімату планети («парниковий ефект») та руйнуванням озонового шару.

Якість води, яка конденсується в повітрі і випадає у вигляді дощу, також іноді суттєво змінюється внаслідок викидів у атмосферу речовин-забруднювачів. Підвищення концентрації в повітрі окислів сірки й азоту викликає збільшення кислотності дощової води. Першими на це реагують рослини, а вже згодом — тварини, котрі позбавляються джерел харчування. Крім того, в повітрі відбуваються фотохімічні реакції між окисом азоту і вуглеводневими сполуками, в результаті яких утворюються рідкі біологічно активні сполуки, здатні негативно впливати на стан здоров'я. Екстремальний випадок, пов’язаний зі смогом, мав місце у 1952 р. в Лондоні. Тоді протягом п'яти днів через забруднення повітря померло близько 5000 людей. Виявилося, що екстремальний негативний ефект окису сірки досягається у випадку поєднання цієї речовини з твердими частками, завислими в повітрі.

Кислі атмосферні опади, які називають "кислотними дощами", мають рН<5,5. Основними їх чинниками є оксиди нітрогену і сульфуру, а також пара кислот, їх природними джерелами є вулканічні виверження, пожежі, діяльність ґрунтових бактерій, антропічними – транспорт, ТЕС, сміттєспалювальні заводи, металургійні комбінати, хімічні підприємства (добування нітратної та сульфатної кислот, використання їх у виробництві добрив та органічному синтезі).

Наслідки випадання кислих опадів:

• зниження рН поверхневих вод і ґрунтів та посилення міграції важких металів;

• опіки і зниження інтенсивності фотосинтезу у рослин;

• корозія металевих виробів (одним із найсуттєвіших наслідків забруднення повітря SО₂ є прискорення корозії металів: в атмосфері промислових районів залізо і цинк швидко кородують, утворюючи розчинні сульфати; алюміній кородує повільніше, але корозію прискорюють висока вологість і збільшення вмісту оксидів сульфуру; мідь утворює патину синьо-зеленого кольору);

• руйнування будівель із вапняку та архітектурних пам'яток (кам'яна і бетонна кладки, вапняковий розчин і цегла поглинають SО₂ — 1 моль СаSО₄ займає більший об'єм, ніж 1 моль СаСО₃, тому в матеріалі виникає механічна напруга; тканини, поглинаючи SО₂, втрачають міцність, папір і шкіра руйнуються);

• загибель гідробіонтів;

• деградація лісів, зменшення стійкості дерев стосовно шкідників і патогенних мікроорганізмів;

• зміна активності ферментів у яйцеклітинах та ікрі, що може призвести до загибелі молодняка риб.

В Україні кислотні дощі часто випадають у Сумській, Черкаській та Рівненській областях, де в повітря викидається значна кількість оксидів сульфуру і нітрогену. Україна забруднюється також за рахунок транскордонного перенесення цих оксидів з країн Західної Європи та Росії.

Зміни газового складу атмосфери над промисловими містами призводять до формування смогу, що негативно позначається на здоров'ї людей.

Смоги (англ. smoke – дим, fog – туман) – явище, характерне для певних місць за певних метеорологічних умов і забруднення повітря. За походженням смоги поділяють на три типи: лондонський (вологий або чорний смог), лос-анджелеський (фотохімічний або білий смог) та льодяний смог.

Причини лондонського смогу:

• низька температура (близько 0°С);

• вологість до 100%;

•підвищений вміст сажі, оксидів карбону, нітрогену, сульфуру, що утворюються при спалюванні палива.

Такі смоги відомі лондонцям здавна: недаремно ще в 1273 р. було видано едикт, яким заборонялося спалювання вугілля в печах під час засідань парламенту. У 1952 р. такий смог забрав життя 4 тисяч жителів Лондона.

В Україні такі смоги спостерігаються у приморських містах.

Фотохімічний смог лос-анджелеського типу почав з'являтися над цим містом з 30-х років XX ст. Він виникає у разі дії сонячного світла на вуглеводні і проявляється у вигляді білого туману з неприємним запахом, що подразнює очі, слизові оболонки, органи дихання.

Білий смог формується за умов:

• високої температури (понад 30°С);

• відсутності перемішування шарів повітря у вертикальному напрямі (інверсія);

• значної концентрації викидів автотранспорту: вуглеводнів, оксидів нітрогену, озону, акролеїну; І

• утворення пероксицетилнітрату, що має лакриматорну дію (подразнює слизові оболонки).

В Україні спостерігається в Дніпропетровську, Запоріжжі, Донецьку і навіть курортному місті Ялті.

Льодяний смогскладається з дрібних кристалів льоду, які утворюють білий туман. Він характерний для північних широт за температур нижче 30°С, високої вологості та забруднення повітря.

Тривалі смоги призводять до задухи, бронхіальної астми, збільшення смертності, пригнічення рослинності, руйнування будівель, прискорення корозії металів та інших негативних наслідків.

«Парниковий ефект». Потепління планети відбувається головним чином унаслідок забруднення атмосфери тепличними газами – переважно двоокисом карбону і меншою мірою метаном, оксидами нітрогену, озоном, водяною парою тощо. У земній атмосфері парникові гази діють подібно до скла в парнику: вони пропускають сонячне світло, але затримують теплоту розігрітої сонцем поверхні Землі, що зумовлює розігрівання поверхні планети. Це явище дістало назву «парникового ефекту». Про глобальні зміни клімату, спричинених діяльністю людини, свідчать знімки поверхні планети, зроблені в інфрачервоних променях, на яких наявні так звані "теплові острови" на місцях розташування міст. Причиною цього, зокрема, є покриття поверхні асфальтом та іншими матеріалами, які нагріваються краще, ніж ґрунт. Потужні викиди тепла від працюючих агрегатів ще більше посилюють цей ефект.

За даними підрахунків ООН, до 2100 p. температура зросте на 3°С. Це може призвести до танення льодовиків Антарктики, Арктики та гірських, що зумовить підняття рівня вод Світового океану на 2-3 метри і затоплення багатьох прибережних районів. Можуть зникнути під водою густонаселені міста і навіть цілі країни. Потепління також спричинить істотну зміну клімату майже на всій планеті, що може мати негативні і навіть катастрофічні наслідки. Основні кліматичні зони змістяться на північ на 400 км. Настане потепління в зонах тундри, збільшиться посушливість у середніх широтах, де розвинуте зернове землеробство

«Озонові діри». Озоновий шар, розташований в атмосфері на висоті 20-35 км, надійно захищає усе живе на поверхні Землі від ультрафіолетового випромінювання Сонця. Останнім часом озоновий шар атмосфери зазнає інтенсивного руйнування. під дією деяких хімічних речовин – хлор- і бромпохідних карбону (фреони), тетрахлориду карбону, метилхлороформу та ін. Руйнування озонового шару спричинюють також викиди продуктів згоряння палива з двигунів космічної і ракетної техніки та сучасних надзвукових літаків.

Внаслідок руйнування озонового шару концентрація озону почала зменшуватися, а в деяких місцях, в ньому виникають «озонові діри», де вміст озону менший від звичайного на 40-50%. Це призводить до зниження імунітету та збільшення частоти інфекційних захворювань людей і тварин, до збільшення захворювань на рак шкіри.

Вплив забруднення атмосферного повітря на здоров’я людини:

· Зниження загального імунітету організму та підвищення вразливості організму до інфекцій.

· Підвищення дитячої захворюваності.

· Поширення хронічних захворювань: бронхіту, рахіту.

· Підвищення кількості алергійних захворювань.

· “Помолодіння” хвороб.

Внаслідок зростання рівня забруднення повітря викидами різного походження, особливо в промислово розвинутих регіонах, здатність атмосфери до самоочищення знижується, тому необхідні заходи з охорони атмосфери.

Зменшення забрудненості повітря пилом та іншими шкідливими домішками можна досягти за рахунок таких заходів:

· конструктивно-технологічні заходи, які виключають виділення шкідливих речовин самим джерелом їх утворення (розробка безвідходних та маловідходних технологій та відповідне технічне переоснащення промислових підприємств);

· покращення складу пального за допомогою різноманітних добавок, зниження витрати пального шляхом удосконалення двигунів внутрішнього згорання або перехід на нетрадиційні види пального (природний газ, біопаливо, вітрова, сонячна та електроенергія);

· зменшення або повне виключення попадання шкідливих речовин в атмосферу за допомогою ефективного очищення відхідних газових викидів промислових підприємств та удосконалення методів очищення;

· попередження забруднення атмосфери шляхом раціонального розташування джерел шкідливих викидів (розміщення промислових підприємств за межами населених пунктів, будівництво об’їзних автомагістралей тощо);

· розширення зелених насаджень.