Материал: Экология и окружающая природная среда

Воздействие антропогенных факторов на биосферу

В отношении поступления энергии природные и антропогенные экосистемы сходны. И природным и искусственным (дома, города) экосистемам требуется поступление энергии извне, но естественные экосистемы получают энергию от практически вечного источника - солнца, которое не загрязняет окружающую среду. Человек, напротив питает процессы производства и потребления в основном за счёт конечных источников энергии - угля и нефти, которые наряду с энергией выделяют пыль, газы, тепловые и другие отходы, наносящие вред окружающей среде и не поддающиеся переработке внутри самой искусственной экосистемы.

Загрязнение - привнесение в окружающую среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных для неё физических, химических или биологических агентов с концентрациями или уровнями, приводящими к негативным последствиям для природной среды и человека. Загрязнение может быть вызвано любым агентом, в том числе самым чистым (лишняя по отношению к природной норме вода в экосистеме суши - загрязнитель). Загрязнение может возникать в результате естественных причин (загрязнение природное). Либо может возникать в результате человеческой деятельности (антропогенное).

В настоящее время, ухудшение качества окружающей человека среды происходит в результате индустриализации и урбанизации его образа жизни, постепенного возрастания демографической нагрузки на природу, хозяйственного уничтожения отдельных видов животных и растений, отрицательных генетических последствий загрязнения природы отходами производственной деятельности человека, включая опасность генетического перерождения самого человека. Если человеком не будут предприняты меры по предотвращению загрязнения окружающей среды, то существующий экологический кризис может перерасти в экологическую катастрофу. Экологический кризис - критическое состояние окружающей среды, которое угрожает существованию человека и вызвано расточительным использованием природных ресурсов (воды, воздуха, почвы, растительного и животного мира) и загрязнением окружающей природной среды.

Основными методами защиты биосферы в настоящее время являются:

• 1. Применение безотходных технологий и новых методов для наиболее рационального использования природных ресурсов, энергии и защиты природной среды.
• 2. Применение малоотходных технологий с выбросами вредных веществ, не превышающих ПДК.
• 3. Разработка и применение норм ПДК вредных веществ в атмосфере, рабочей зоне, почве, водоемах и продуктах питания.
• 4. Разработка и применение норм предельно допустимых выбросов и сбросов, мест размещения отходов по каждому экологически опасному предприятию.
• 5. Использование способности самоочищаться элементов биосферы: высотные трубы для рассеивания вредных примесей атмосфере, канализация в морские глубины вдали от берега и разбавление стоков чистой водой.

Атмосферный воздух

Источники загрязнения атмосферы

Воздушная, самая лёгкая оболочка земного шара - атмосфера - состоит из механической смеси газов (%): азота - 78,09, кислорода - 20,95, аргона - 0,93, углекислого газа - от 0,02, а также гелия, неона, ксенона, криптона, водорода, озона, аммиака, йода и других, на долю которых приходится около 0,01 % всего её объёма.

Основные части атмосферы подразделяют:

• 1. Постоянные компоненты (азот, кислород, аргон и другие благородные газы).
• 2. Переменные компоненты. Их концентрация меняется в зависимости от места, времени года, времени суток и от многих других факторов (углекислый газ и водяной пар).
• 3. Случайные компоненты определяются местными условиями, концентрация их непостоянна (метан, диоксид серы, оксиды азота, водород, озон, аммиак и огромное количество техногенных примесей (жидких, твердых и газообразных)).

Под загрязнением атмосферы следует понимать изменение её химического состава при поступлении примесей естественного или антропогенного происхождения. К естественным источникам загрязнения относятся:

• а) внеземное загрязнение воздуха пылью космического происхождения и космическим излучением;
• б) земное загрязнение атмосферы при извержениях вулканов, пыльных бурях, лесных и степных пожарах, пылью эрозии почв, частицами морской соли, продуктами растительного, животного и микробиологического происхождения.

Основными антропогенными источниками загрязнения атмосферы являются автомобильный транспорт и промышленные предприятия.

Автомобильный транспорт относится к наиболее значимым источникам загрязнения окружающей среды в большинстве крупных городов, при этом на 90 % воздействие на атмосферу связано с работой автотранспортных средств на линии, остальной вклад вносят стационарные источники (цехи, участки, станции техобслуживания и стоянки). Это происходит по двум причинам:

• -во-первых, автомобильный двигатель в процессе работы выделяет в атмосферу целый комплекс веществ: соединения серы и свинца, оксиды азота и углерода, альдегиды, ароматические углеводороды, сажа, бенз(а)пирен и так далее. Отработавшие газы автомобильных двигателей содержат около двухсот веществ, большинство из которых токсичны. В выбросах карбюраторных двигателей основная доля вредных продуктов приходится на оксид углерода, углеводороды и оксиды азота, в выбросах дизельных двигателей - на оксиды азота и сажу;
• -во-вторых, автомобиль при движении взаимодействует с поверхностью дороги и результатом этого взаимодействия является аэрозоль, количество которого зависит от многих специфических факторов, характеризующих состояние дороги.

Сейчас на Земле эксплуатируется около 900 млн. автомобилей, в настоящее время на долю транспорта приходится больше половины всех вредных выбросов в окружающую среду, особенно в крупных городах. В среднем при пробеге 15 тыс. км за год каждый автомобиль сжигает 2 т топлива и около 26-30 т воздуха, в том числе 4,5 т кислорода, что в 50 раз больше потребностей человека.

К промышленным источникам загрязнения атмосферы следует отнести:

• 1. Сжигание горючих ископаемых, которое сопровождается выбросом 5 млрд. тонн углекислого газа в год. В результате этого за последние 100 лет содержание СО₂ в атмосфере увеличилось на 20%.
• 2. Работа тепловых электростанций, когда при сжигании высокосернистых углей в результате выделения сернистого газа и мазута образуются кислотные дожди.
• 3. Выхлопы современных турбореактивных самолетов с оксидами азота и газообразными фторуглеводородами из аэрозолей, которые могут привести к повреждению озонового слоя атмосферы.
• 4. Загрязнение взвешенными частицами (при измельчении, фасовке и загрузке, от котельных, электростанций, карьеров и при сжигании мусора).
• 5. Выбросы предприятиями различных газов.
• 6. Сжигание топлива в промышленных котлах, сопровождающееся образованием оксидов азота, которые вызывают смог.
• 7. Вентиляционные выбросы с чрезмерной концентрацией озона из помещений с установками высоких энергий (ускорители, ультрафиолетовые источники и атомные реакторы). В больших количествах озон является высокотоксичным газом.

Нормирование загрязнений атмосферного воздуха

Методологические основы гигиенического нормирования атмосферных загрязнений включают следующие положения:

• 1. Допустимой признается только такая концентрация химического вещества в атмосфере, которая не оказывает на человека прямого или вредного косвенного либо неприятного действия, не влияет на самочувствие и работоспособность.
• 2. Привыкание к вредным веществам, находящимся в атмосферном воздухе, рассматривается как неблагоприятный эффект.
• 3. Концентрация химических веществ в атмосфере, которые неблагоприятно действуют на растительность, климат местности, прозрачность атмосферы и бытовые условия жизни населения, считается недопустимой.

Основными среди нормируемых показателей качества атмосферы являются предельно допустимые концентрации вредных веществ. Предельно допустимая концентрация вещества - это такая его концентрация, при воздействии которой на организм человека и окружающую среду периодически или в течение всей жизни, прямо или опосредствованно не возникает ни прямого, ни вредного косвенного воздействия, обнаруживаемого современными методами исследования сразу или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений.

Под прямым воздействием имеется в виду нанесение организму временного раздражения, вызывающего кашель, головные боли, ощущение запаха, которое наступает при превышении пороговой величины концентрации вещества.

Под косвенным воздействием имеются в виду такие изменения в окружающей среде, которые, не оказывая вредного влияния на организм человека, ухудшают обычные условия обитания, например, увеличивают число туманных дней, поражают зеленые насаждения.

Необходимо также учитывать, что при одновременном присутствии нескольких вредных соединений, может наблюдаться эффект их однонаправленного (суммированного) действия. В этих случаях суммарная концентрация загрязняющих веществ не должна превышать единицы:

Применительно к атмосфере различают ПДК: максимальные разовые вредных веществ в воздухе населенных мест (ПДКмр), среднесуточные вредных веществ (ПДКсс), вредных веществ в воздухе рабочей зоны (ПДКрз). Все они измеряются в (мг/м³) при нормальных условиях (давление 1 атм, температура 0°С).

ПДКмр -- это концентрация, не вызывающая рефлекторных реакций в организме человека (ощущение запаха, световая чувствительность). ПДКмр - основная характеристика опасности тех вредных веществ, которые оказывают немедленное раздражающее действие, ограниченное временем (не более 20 мин).

ПДКсс -- это концентрация вещества в воздухе населенного пункта, не оказывающая на человека прямого или косвенного негативного влияния при неопределенно долгом круглосуточном вдыхании. Она применяется для предупреждения общетоксического, канцерогенного, мутагенного и другого вредного воздействия вещества при его накоплении в организме человека. При этом имеются в виду среднесуточные концентрации в среднем за год, а не за каждые отдельные сутки.

Для ряда территорий вводят более строгие, чем для населенных мест, нормативы ПДК. Так, в местах размещения крупных санаториев и домов отдыха, зонах отдыха городов они на 20% меньше, чем в жилых районах.

ПДКрз -- это концентрация вещества в воздухе, не вызывающая у трудящихся, находящихся на рабочем месте по 8 ч пять раз в неделю, заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследования, как в течение всей трудовой деятельности, так и в отдаленной перспективе. ПДКрз, значительно больше, чем для населенных мест. Это объясняется тем, что на предприятии люди присутствуют лишь часть суток, там не могут находиться дети и пожилые люди.

Концентрация вредных веществ в атмосфере зависит от их количества, выбрасываемого всеми источниками загрязнения. Чтобы эти концентрации не превышали ПДК, для каждого источника загрязнения устанавливают предельно допустимый выброс.

ПДВ -- это максимально возможная для данного источника за единицу времени масса выбросов загрязняющих веществ в атмосферу (т/год). Величина ПДВ зависит от местоположения источника по отношению к жилым районам, условий рассеивания загрязнителей, температуры воздуха, рельефа местности и т.д. Поэтому для одинаковых источников загрязнений величины ПДВ могут быть разными и устанавливаются раздельно для каждого из веществ.

Сущность расчета ПДВ состоит в том, чтобы концентрация выбросов примесей от данного источника в совокупности с фоновой концентрацией Сф не создавали приземную концентрацию вредного вещества, превышающую ПДК: С + Сф<ПДК.