Глобальные проблемы человечества
Наиболее масштабным и значительным является химическое загрязнение среды
несвойственными ей веществами химической природы. Среди них – газообразные
и аэрозольные загрязнители промышленно-бытового происхождения.
Прогрессирует и накопление углекислого газа в атмосфере. Дальнейшее
развитие этого процесса будет усиливать нежелательную тенденцию в
сторону повышения среднегодовой температуры на планете. Вызывает тревогу у
экологов и продолжающееся загрязнение Мирового океана нефтью и
нефтепродуктами, достигшее уже 1/5 его общей поверхности. Нефтяное
загрязнение таких размеров может вызвать существенные нарушения
газообмена и водообмена между гидросферой и атмосферой. Не вызывает
сомнений и значение химического загрязнения почвы пестицидами и ее
повышенная кислотность, ведущая к распаду экосистемы. В целом, все
рассмотренные факторы, которым можно приписать загрязняющий эффект,
оказывают заметное влияние на процессы, происходящие в биосфере.
Химическое загрязнение биосферы.
Обзор этой темы я начну с рассмотрения тех факторов, которые приводят к
ухудшению состояния одной из важнейших составляющих биосферы - атмосферы.
Человек загрязняет атмосферу уже тысячелетиями, однако последствия
употребления огня, которым он пользовался весь этот период, были
незначительны. Приходилось мириться с тем, что дым мешал дыханию, и что
сажа ложилась черным покровом на потолке и стенах жилища. Получаемое тепло
было для человека важнее, чем чистый воздух и не закопченные стены
пещеры. Это начальное загрязнение воздуха не представляло проблемы, ибо
люди обитали тогда небольшими группами, занимая неизмерно обширную
нетронутую природную среду. И даже значительное сосредоточение людей на
сравнительно небольшой территории, как это было в классической древности,
не сопровождалось еще серьезными последствиями.
Так было вплоть до начала девятнадцатого века. Лишь за последние сто
лет развитие промышленности “одарило” нас такими производственными
процессами, последствия которых вначале человек еще не мог себе
представить. Возникли города-миллионеры, рост которых остановить нельзя.
Все это - результат великих изобретений и завоеваний человека.
В основном существуют три основных источника загрязнения атмосферы:
промышленность
бытовые котельные
транспорт
Доля каждого из этих источников в общем загрязнении воздуха сильно
различается в зависимости от места. Сейчас общепризнанно, что наиболее
сильно загрязняет воздух промышленное производство. Источники загрязнений
- теплоэлектростанции, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух
сернистый и углекислый газ; металлургические предприятия, особенно цветной
металлургии, которые выбрасывают в воздух оксиды азота, сероводород,
хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и
мышьяка; химические и цементные заводы. Вредные газы попадают в воздух в
результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ,
работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов.
Атмосферные загрязнители разделяют на первичные, поступающие
непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом
превращения последних.
Аэрозольное загрязнение атмосферы.
Аэрозоли - это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном
состоянии в воздухе. Твердые компоненты аэрозолей в ряде случаев особенно
опасны для организмов, а у людей вызывают специфические заболевания. В
атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана,
мглы или дымки. Значительная часть аэрозолей образуется в атмосфере при
взаимодействии твердых и жидких частиц между собой или с водяным паром.
Средний размер аэрозольных частиц составляет 1-5 мкм. В атмосферу Земли
ежегодно поступает около 1 куб. км. пылевидных частиц искусственного
происхождения. Большое количество пылевых частиц образуется также в ходе
производственной деятельности людей. Сведения о некоторых источниках
техногенной пыли приведены ниже:
ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ПРОЦЕСС. ВЫБРОС ПЫЛИ, МЛН.Т./ГОД.
1. Сжигание каменного угля. 93,60
2. Выплавка чугуна.
20,21
3. Выплавка меди (без очистки). 6,23
4. Выплавка цинка.
0,18
5. Выплавка олова (без очистки). 0,004
6. Выплавка свинца.
0,13
7. Производство цемента. 53,37
Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха
являются ТЭС, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные
фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы.
Аэрозольные частицы от этих источников отличаются большим разнообразием
химического состава. Чаще всего в их составе обнаруживаются соединения
кремния, кальция и углерода, реже - оксиды металлов: железа, магния,
марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка,
бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а также асбест. Еще большее
разнообразие свойственно органической пыли, включающей алифатические и
ароматические углеводороды, соли кислот. Она образуется при сжигании
остаточных нефтепродуктов, в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих,
нефтехимических и других подобных предприятиях. Постоянными источниками
аэрозольного загрязнения являются промышленные отвалы - искусственные
насыпи из переотложенного материала, преимущественно вскрышных пород[4],
образуемых при добыче полезных ископаемых или же из отходов предприятий
перерабатывающей промышленности, ТЭС. Источником пыли и ядовитых газов
служат массовые взрывные работы. Так, в результате одного среднего по
массе взрыва (250-300 тонн взрывчатых веществ) в атмосферу выбрасывается
около 2 тыс. куб. м. условного оксида углерода и более 150 т. пыли.
Производство цемента и других строительных материалов также является
источником загрязнения атмосферы пылью. Основные технологические процессы
этих производств - измельчение и химическая обработка шихт,
полуфабрикатов и получаемых продуктов в потоках горячих газов всегда
сопровождается выбросами пыли и других вредных веществ в атмосферу. К
атмосферным загрязнителям относятся углеводороды - насыщенные и
ненасыщенные, включающие от 11 до 13 атомов углерода. Они подвергаются
различным превращениям, окислению, полимеризации, взаимодействуя с другими
атмосферными загрязнителями после возбуждения солнечной радиацией. В
результате этих реакций образуются перекисные соединения, свободные
радикалы, соединения углеводородов с оксидами азота и серы часто в виде
аэрозольных частиц. При некоторых погодных условиях могут образовываться
особо большие скопления вредных газообразных и аэрозольных примесей в
приземном слое воздуха. Обычно это происходит в тех случаях, когда в слое
воздуха непосредственно над источниками газопылевой эмиссии существует
инверсия - расположения слоя более холодного воздуха под теплым, что
препятствует движению воздушных масс и задерживает перенос примесей вверх.
В результате вредные выбросы сосредотачиваются под слоем инверсии,
содержание их у земли резко возрастает, что становится одной из причин
образования ранее неизвестного в природе фотохимического тумана.
Фотохимический туман (смог).
Фотохимический туман представляет собой многокомпонентную смесь газов и
аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных
компонентов смога входят: озон, оксиды азота и серы, многочисленные
органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности
фотооксидантами. Фотохимический смог возникает в результате фотохимических
реакций при определенных условиях: наличии в атмосфере высокой
концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей,
интенсивной солнечной радиации и безветрия или очень слабого обмена
воздуха в приземном слое при мощной и, в течение не менее суток,
повышенной инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно
сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации
реагирующих веществ. Такие условия создаются чаще в июне, сентябре и
реже зимой. При продолжительной ясной погоде солнечная радиация вызывает
расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного
