VI. 1. Основные свойства атмосферы и воздействие на нее человека

Атмосфера - сложная система, состоящая из воздуха, химических примесей и паров воды. Она - важнейший фактор метеорологического режима и условие для протекания физико-химических и биологических процессов в биосфере.

Важнейшими свойствами атмосферы является ее способность к быстрому перемешиванию и перемещению на большие расстояния, а также связь с другими сферами и особенно океаном. Эти свойства, а также отсутствие четко выраженного накопительного эффекта по отношению к загрязняющим веществам обеспечивают, с одной стороны, глобальный характер атмосферных процессов, а с другой - высокую способность к самоочищению. Так, в результате контакта с океаном последний поглощает из атмосферы значительные массы двуокиси и окиси углерода, сернистый газ и другие соединения. Большое количество атмосферных примесей поглощается растениями, а также включается в почвенное звено круговорота веществ. С легкой перемещаемостью воздушных масс связана ее способность рассеивать загрязнения, но вместе с тем это основной фактор превращения локальных загрязнений в глобальные.

Человек оказывает воздействие на различные параметры и свойства атмосферы, ее химический состав, тепловой режим, перемещение, радиоактивность, электромагнитный фон и т. п. Она, как и вода, стала раньше, чем литосфера, загрязняться человеком.

167

Именно поэтому и первые запретительные меры принимались против загрязнения воздуха и вод.

Человек не бказывает заметного влияния на концентрации основных химических элементов, входящих в состав воздуха - азота и кислорода. Отсутствие изменений в концентрации этих газов связано прежде всего с их высоким содержанием (азот - 78,09%, кислород - 20,95%), на фоне которых даже существенные воздействия человека на эти газы остаются практически не заметными. Этого, однако, нельзя сказать о двуокиси углерода. Концентрация ее постепенно увеличивается, что связано со значительными поступлениями углерода на фоне его низкого содержания в атмосфере (0,03%).

Существенно изменяются и концентрации тех веществ, которые не являются обязательными компонентами атмосферы. Сюда относятся прежде всего многие загрязнители, в том числе и чуждые жизни (ксенобиотики).

В результате человеческой деятельности в атмосферу попадают сотни веществ, которые становятся загрязнителями либо в результате того, что они чужды для атмосферы, либо по причине изменения концентрации свойственных атмосфере веществ, например С02.

Особо заметные воздействия человека на атмосферу начались с тех пор, когда он начал активно вмешиваться в биосферные процессы, включая уничтожение лесов и особенно их выжигание, распашку земель и сопутствующую ей эрозию, осушение, орошение, строительство городов, промышленных объектов и т. п.

Объемы выбросов вредных веществ в атмосферу сравнимы с их поступлением в результате естественных процессов. Они столь значительны и серьезны, что их относят иногда к непреднамеренным формам экологической войны.

Наиболее опасны те воздействия человека на атмосферу, которые приобрели значение глобальных или имеют тенденцию перерастания в них.

По объему выбросов химических веществ в атмосферу первое место занимает двуокись углерода (табл.

168

Таблица 14

Мировые объемы выбросов техногенного происхождения в атмосферу Зеши (Т. А. Акимова, В. В. Хаскин, 1994 - с дополнениями) Загрялппелн Мли.т/год Двуокись углерода 6000 Твердые частицы дыма и промышленная пыль 580 Окись углерода 360 Летучие углеводороды и другая органика 320 Окислы серы 160 Окислы азота 110 Соединения фосфора 18 Сероводород 10 Аммиак 8 Хлор 1 Фтористый водород 1 Более агрессивен при значительных объемах выбросов угарный газ, но он не стоек и быстро трансформируется в С02 и другие соединения.

Сочетание высокой химической агрессивности со значительной устойчивостью при существенных объемах выбросов (150-200 млн. т/год) характерно для диоксида серы (S02), или сернистого ангидрида. Этот бесцветный газ с резким запахом и продукты его соединений с водой (сернистая и серная кислоты)у животных и человека вызывают раздражение и повреждение дыхательных путей. Длительное отравление может привести к нарушению кровообращения и смерти.

Сернистый газ особенно вреден для растений. Последние к нему гораздо чувствительнее, чем человек и животные. При этом растения поражаются как в результате сухого осаждения газа на их поверхность, так и кислыми осадками.

В целом этот полютант оказывает в настоящее время, пожалуй, максимальное воздействие как на биоту, так и на различные элементы среды, строения и т. п. По этим причинам его называют мировым загрязнителем или загрязнителем № 1.

Кроме сернистого ангидрида, в атмосферу поступают также другие вредные соединения серы. К ним относится сероводород (H,S) - весьма токсичный бесцветный газ с запахом тухлых яиц. Уже на на

169

чальных стадиях отравления человек теряет обоняние, а большие дозы отравления ведут к отеку легких, параличу дыхания и смерти. В природе этот газ чаще всего встречается в водоемах, сточных водах, минеральных источниках как продукт бактериального разложения белков.

Высокой токсичностью обладает также сероуглерод С8, - бесцветная, легко воспламеняющаяся жидкость. С воздухом она образует взрывоопасные смеси. Используется как сырье для получения вискозного шелка, целлофана и инсектицидов. В организм человека сероуглерод может попадать через дыхательные пути и с пищей. Вызывает нарушение функций центральной нервной системы, обладает наркотическим действием. Симптомы отравления -слабость, утомляемость, головные боли. Не исключено тератогенное (греч. тератос - урод) действие.

Сера и ее соединения попадают в атмосферу как из естественных, так и из антропогенных источников.

Различают три основных источника естественной эмиссии серы и ее соединений:

1) как результат высвобождения анаэробными сульфатредуци-рующими микроорганизмами кислорода из сульфатов. Сера при этом выделяется либо в свободном виде, либо восстановленной до сероводорода;

2) в процессе вулканической деятельности. В данном случае сера выделяется в виде сернистого ангидрида, сероводорода или в свободном виде;

3) с поверхности океанов в результате испарения капель воды. В данном случае сера представлена в основном сульфатами, которые относительно безвредны.

Основное поступление в атмосферу антропогенной серы связано со сжиганием топлива. Больше всего 802 содержат бурые угли (до 10-15%), меньше - высококалорийные угли, еще меньше - нефть и природный газ.

Значительное количество сернистого газа поступает в атмосферу также при переработке серосодержащих руд (железных, никилевых, медных и др.). Так, в ФРГ около 63% сернистого ангидрида поступает в окружающую среду от энергетики, 23% - от промышленности, 10% - дает бытовой сектор и мелкие потребители и около 5% - транспорт.

170

Из других веществ загрязнителей атмосферы важное значение имеют окислы азота, углеводороды, бензо (а) пирен, хлор, фтор и другие соединения (табл.15). Многие из них действуют через изменение теплового баланса (двуокись углерода, окислы азота, метан, фреоны и др.) или разрушение озона (фреоны, окислы азота).

Влияние загрязняющих веществ на отдельные элементы экосистем рассматривается в соответствующих разделах учебника.

Таблица 15

Основные антропогенные загрязнители и обусловливаемые ими изменения в атмосфере (Вронский, 1996) Загржшнтелн ? ЯТМОСферС ВС атмосферного загрязнителей ("+" - усиление,"-" - - ос- воздуха лабление Пуш- Раз- Кис- Фою- Проз- Смо- ковый руше- лот- хими- рач- очи- эф- ние ные чес- ность ше- фект озоно- дож- кий атмо- ние вого ди смог сферы ЯГГМО- слоя СферЫ Моноксид углерода - (СО) Диоксид углерода + (С02) Диоксид серы (БО.,) + - Метан (СН4) + Оксиды азота (N0, N0,, N,0) , + + + + - - Фреоны (ХФУ) + + Озон (03) + + + 171