Антропогенні зміни атмосфери

В даний час є безліч різних джерел антропогенного характеру, що викликають забруднення атмосфери і приводять до серйозних порушень екологічної рівноваги. За своїми масштабами найбільший вплив на атмосферу роблять два джерела: транспорт і промисловість. У середньому на частку транспорту припадає близько 60 % загальної кількості атмосферних забруднень, промисловості – 15, теплової енергетики – 15, технологій знищення побутових і промислових відходів – 10 %.

Транспорт в залежності від використовуваного палива і типів окислювачів викидає в атмосферу оксиди азоту, сірки, оксиди і діоксиди вуглецю, свинцю і його сполук, сажу, бензопірен (речовина з групи поліциклічних ароматичних вуглеводнів, яке є сильним канцерогеном, що викликає рак шкіри).
Промисловість викидає в атмосферу сірчистий газ, оксиди і діоксиди вуглецю, вуглеводні, аміак, сірководень, сірчану кислоту, фенол, хлор, фтор та інші сполуки і хімічні елементи. Але чільне положення серед викидів (до 85 %) займає пил.
У результаті забруднення змінюється прозорість атмосфери, в ній виникають аерозолі, зміг і кислотні дощі.

Аерозолі являють собою дисперсні системи, що складаються з частинок твердого тіла або крапель рідини, що знаходяться в підвішеному стані в газовому середовищі. Розмір часток дисперсної фази зазвичай становить 10-3-10-7 см. Залежно від складу дисперсної фази аерозолі поділяють на дві групи. До однієї відносять аерозолі, що складаються з твердих частинок, диспергованих в газоподібному середовищі, до другої – аерозолі, які є сумішшю газоподібних і рідких фаз. Перші називають димами, а другі – туманами. У процесі їх виникнення велику роль відіграють центри конденсації. В якості ядер конденсації виступають вулканічний попіл, космічний пил, продукти промислових викидів, різні бактерії та ін Число можливих джерел ядер концентрації безперервно зростає. Так, наприклад, при знищенні вогнем сухої трави на площі 4000 м2 утворюється в середньому 11 * 1022 ядер аерозолів.
Аерозолі почали утворюватися з моменту виникнення нашої планети і впливали на природні умови. Проте їх кількість і дії, врівноважуючи із загальним круговоротом речовин у природі, не викликали глибоких екологічних змін. Антропогенні фактори їх утворення зрушили цю рівновагу в бік значних біосферних перевантажень. Особливо сильно ця особливість виявляється з тих пір, як людство стало використовувати спеціально створювані аерозолі як у вигляді отруйних речовин, так і для захисту рослин.

Найбільш небезпечними для рослинного покриву є аерозолі сірчистого газу, фтористого водню та азоту. При зіткненні з вологою поверхнею листа вони утворюють кислоти, згубно впливають на живі тканини. Кислотні тумани потрапляють разом з повітрям в дихальні органи тварин і людини, агресивно впливають на слизові оболонки. Одні з них розкладають живу тканину, а радіоактивні аерозолі викликають онкологічні захворювання. Серед радіоактивних ізотопів особливу небезпеку становить Sг90 не тільки своєю канцерогенністю, але і як аналог кальцію, заміщає його в кістках організмів, викликаючи їх розкладання.

Під час ядерних вибухів в атмосфері утворюються радіоактивні аерозольні хмари. Дрібні частинки радіусом 1 – 10 мкм потрапляють не тільки у верхні шари тропосфери, але і в стратосферу, в якій вони здатні перебувати тривалий час. Аерозольні хмари утворюються також під час роботи реакторів промислових установок, які виробляють ядерне паливо, а також внаслідок аварій на АЕС.
Смог являє собою суміш аерозолів з рідкої і твердої дисперсними фазами, які утворюють туманну завісу над промисловими районами і великими містами.

Розрізняють три види смогу: крижаний, вологий і сухий. Крижаний зміг названий аляскінських. Це поєднання газоподібних забруднювачів з додаванням пилуватих частинок і кристаликів льоду, які виникають при замерзанні крапель туману і пара опалювальних систем.
Вологий зміг, або зміг лондонського типу, іноді називається зимовим. Він являє собою суміш газоподібних забруднювачів (переважно сірчистого ангідриту), пилуватих частинок і крапель туману. Метеорологічної передумовою для появи зимового смогу є безвітряна погода, при якій шар теплого повітря розташовується над приземним шаром холодного повітря (нижче 700 м). При цьому відсутня не тільки горизонтальний, а й вертикальний обмін. Забруднюючі речовини, зазвичай розсіюються у високих шарах, в даному випадку накопичуються в приземному шарі.

Сухий зміг виникає в літній час, і його нерідко називають смогом лос- анджелеського типу. Він являє собою суміш озону, чадного газу, оксидів азоту та парів кислот. Утворюється такий зміг в результаті розкладання забруднюючих речовин сонячною радіацією, особливо ультрафіолетової її частиною. Метеорологічної передумовою є атмосферна інверсія, що виражається в появі шару холодного повітря над теплим. Зазвичай піднімаються теплими потоками повітря гази і тверді частинки потім розсіюються у верхніх холодних шарах, але в даному випадку накопичуються в інверсійному шарі. У процесі фотолізу діоксиди азоту, утворені при згорянні палива в двигунах автомобілів, розпадаються:

NO2 ? NO + О

Потім відбувається синтез озону:

O + O2 + M ? O3 + M
NO + О ? NO2

Процеси фотодиссоциации супроводжуються жовто- зеленим світінням.
Крім того, відбуваються реакції по типу: SO3 + Н20 -> Н2SO4, тобто утворюється сильна сірчана кислота.

Зі зміною метеорологічних умов (поява вітру або зміну вологості) холодне повітря розсіюється і зміг зникає.

Наявність канцерогенних речовин в смогу призводить до порушення дихання, подразнення слизових оболонок, розладу кровообігу, виникненню астматичних задухи і нерідко до смерті. Особливо небезпечний зміг для малолітніх дітей.

Кислотні дощі являють собою атмосферні опади, підкислені розчиненими в них промисловими викидами оксидів сірки, азоту та парів хлорної кислоти і хлору. У процесі спалювання вугілля, нафти і газу більша частина знаходиться в ній сірки як у вигляді оксиду, так у з’єднаннях з залізом, зокрема в піриті, пірротіном, халькопіриті і т. д., перетворюється на оксид сірки, який разом з діоксидом вуглецю викидається в атмосферу. При з’єднанні атмосферного азоту і технічних викидів з киснем утворюються різні оксиди азоту, причому обсяг утворилися оксидів азоту залежить від температури горіння. Основна маса оксидів азоту виникає під час експлуатації автотранспорту і тепловозів, а менша частина припадає на енергетику і промислові підприємства. Оксиди сірки та азоту – головні кислотоутворювачами. При реакції з атмосферним киснем і перебувають у ньому парами води утворюються сірчана і азотна кислоти.

Відомо, що лужно- кислотний баланс середовища визначається величиною рН. Нейтральна середу має величину рН, що дорівнює 7, кисла – 0, а лужна – 14 (рис. 6.7). У сучасну епоху величина рН дощової води становить 5,6, хоча в недавньому минулому вона була нейтральною. Зменшення значення рН на одиницю відповідає десятикратному підвищенню кислотності і, отже, в даний час практично повсюдно випадають дощі з підвищеною кислотністю. Максимальна кислотність дощів, зареєстрована в Західній Європі, становила 4-3,5 рН. При цьому треба врахувати, що величина рН, що дорівнює 4-4,5, смертельна для більшості риб.

Кислотні дощі роблять агресивний вплив на рослинний покрив Землі, на промислові і житлові будівлі та сприяють суттєвому прискоренню вивітрювання оголених гірських порід. Підвищення кислотності перешкоджає саморегуляції нейтралізації грунтів, в яких розчиняються поживні речовини. У свою чергу, це призводить до різкого зниження врожайності і викликає деградацію рослинного покриву. Кислотність грунтів сприяє звільненню знаходяться у зв’язаному стані важких металів, які поступово засвоюються рослинами, викликаючи у них серйозні пошкодження тканин і проникаючи в харчові ланцюжки людини.

Зміна лужно- кислотного потенціалу морських вод, особливо в мілководдях, веде до припинення розмноження багатьох безхребетних, викликає загибель риб і порушує екологічну рівновагу в океанах.

В результаті кислотних дощів під загрозою загибелі знаходяться лісові масиви Західної Європи, Прибалтики, Карелії, Уралу, Сибіру і Канади.

ПОДІЛИТИСЯ: