EcoProverka.ru
Назад

Экологическая проблема: загрязнение воздуха

Опубликовано: 24.10.2021
Время на чтение: 10 мин
0
40
Загрязнение атмосферного воздуха

Загрязнение атмосферного воздуха оказывает вредное воздействие на здоровье, выживание и жизнедеятельность людей и других живых организмов.
Основными показателями загрязнения воздуха в мире являются SO2, NOx, PM, CO, ЛОС и O3.
Концентрация загрязнителей воздуха в окружающей атмосфере зависит от интенсивности, типа и рассеивания выбросов загрязняющих веществ.
Последствия для здоровья, вызванные загрязняющими веществами, зависят от поглощенной дозы, типа
загрязняющего вещества и индивидуальной восприимчивости.
Все химические, биологические и физические аспекты которые изменяют естественные характеристики
атмосферы, называются "загрязнителями воздуха". Загрязнители воздуха возникают как в результате естественных процессов (вулканическая деятельность, океаны, леса, и т.д.), так и в результате деятельности человека (сжигание ископаемого топлива, работы транспорта, выбросов электростанций или выбросов от других промышленных процессов).

История загрязнения атмосферного воздуха

Загрязнение атмосферного воздуха - это явление, которое проявлялось с древних времен.

  1. Еще в 61 году до н.э.  Сенека жаловался на загрязнение воздуха в Риме. Отчасти причиной загрязнения стала концентрация населения в городах и регионах, которые массово сжигали различные материалы для бытовых, промышленных и других целей.
  2. В Лондоне сжигание угля вызывало проблемы загрязнения воздуха уже в XII веке. В начале XIV века Эдуард I хотел ограничить использование угля. В XVI веке королева Елизавета I запретила использование угля на парламентских заседаниях. В 1661 году английский писатель и мемуарист Джон Ивлин опубликовал книгу "Сжигание угля", которая была переиздана Национальной ассоциацией чистого воздуха в 1960 году. Он выступал за перенос загрязняющих окружающую среду производств из центра Лондона в прилегающие районы. В 19 веке романист Чарльз Диккенс дал исчерпывающий отчет о смоге в Лондоне и других английских городах.
  3. Камилла Фламмарион в своей книге об атмосфере 1872 года обратила внимание на плохое качество воздуха в Париже и его вредное воздействие на здоровье.

С конца XIX до середины XX века загрязнение окружающей среды увеличивалось по мере роста промышленного производства. В отсутствие обязательных нормативных актов выбросы в атмосферу росли. Многие известные художники использовали дымовые трубы, выбрасывающие загрязняющие вещества, для изображения промышленных или городских объектов. В середине 20-го века события, связанные с загрязнением воздуха, значительно увеличили смертность и заболеваемость, и люди стали осознавать опасность загрязнения воздуха для здоровья человека.

Трагические события: 

  1. С 1 по 5 декабря 1930 года в долине реки Маас (около Льежа) на востоке Бельгии в результате антициклона возникла сильная инверсия. Туман покрыл всю Бельгию на пять дней. Многие загрязняющие вещества, особенно диоксид серы (SO2) и твердые частицы, выбрасывались и накапливались в долине, ширина которой составляет 1 км и которая ограничена холмами высотой около 100 м. Поскольку в то время не были доступны измерения загрязняющих веществ, уровни концентрации неизвестны. В конце концов, часть SO2 была преобразована в серную кислоту (H2SO4). Инцидент с загрязнением стал причиной многих смертей и травм (63 человека, при обычном количестве погибших в 6 человек в сутки).
  2. В 1948 году в Доноре, промышленном городе, расположенном в Пенсильвании, США, в долине примерно в 50 км от Питтсбурга, произошел серьезный инцидент с загрязнением окружающей среды. 27-31 октября произошло накопление загрязняющих веществ от различных промышленных предприятий. В результате инцидента погибли 20 человек (обычно двое в сутки) и тысячи получили ранения. Как и в случае с инцидентом в долине Маас, наличие инверсионного слоя, сопровождаемое образованием тумана, заставило холодный загрязненный воздух оставаться на дне долины, что привело к преобразованию диоксида серы в серную кислоту.

Источники загрязнения воздуха

Источники загрязнения воздуха включают в себя природные источники и антропогенные источники.

Природные источники

Естественно возникающие твердые частицы (ТЧ) включают пыль с поверхности Земли, морскую соль в прибрежных районах и биологический материал в виде пыльцы, спор или растительных и животных остатков . Вулканические извержения могут привносить очень значительные количества газов и частиц в атмосферу.

Например, вулкан Этна выбрасывает в атмосферу 3 000 тонн диоксида серы (SO2) в среднем за день и
до 10 000 тонн в периоды большой активности.

Во время катаклизмических извержений вулкана Тамбора в 1815 году в Индонезии, 100 миллиардов тонн
вулканических продуктов было выброшено в атмосферу, 300 миллионов тонн из которых достигли стратосферы, что привело к понижению средней температуры на ~0,7°C на всей Земле.

В некоторых сельских районах периодические лесные пожары производят большое количество ТЧ.
К другим природным источникам загрязнения воздуха относятся:

  • грозовые молнии, которые производят значительное количество оксидов азота (NOx);
  • водоросли на поверхности океанов, которые выделяют водород сульфид (H2S);
  • ветровая эрозия, которая вносит частицы в атмосферу;
  •  влажные зоны, такие как болота, торфяники или небольшие глубокие озера, которые производят метан (CH4).

Низкие концентрации O3 возникают естественным образом на уровне земли, образуясь в присутствии солнечного света в результате реакции между NOx и летучими органическими соединениями (ЛОС).

Антропогенные источники

В городских районах большая часть загрязнения воздуха происходит из антропогенных источников. Такие источники можно классифицировать как передвижные (автомобили, грузовики, самолеты, морские двигатели и т.д.) или стационарные источники (заводы, электростанции и т.д.).

На сегодняшний день автомобильный транспорт является основным источником загрязнения воздуха в крупных городах промышленно развитых стран.

Существует также аварийные загрязнения, когда происходят крупные выбросы токсичных веществ.

Отслеживаемые (контролируемые) показатели загрязнения атмосферного воздуха

В атмосфере находится слишком много загрязняющих веществ и все они не поддаются мониторингу. Среди них, некоторые загрязнители контролируются потому, что они характерны для конкретного загрязнения (выбросы промышленными предприятиями или автотранспортом) и потому что известно или предполагается, что они вызывают пагубное воздействие на окружающую среду и/или здоровье. Эти загрязнители называются индикаторами.

Основные показатели, отслеживаемые в Европе, включают:

  • диоксид серы (SO2)
  • оксиды азота (NOx)
  • твердые частицы (PM10, PM2.5)
  • озон (O3)
  • монооксид углерода (CO)
  • летучие органические соединения (ЛОС)
  • некоторые токсичные металлы, такие как свинец, мышьяк, кадмий, никель или ртуть.

Загрязнение атмосферного воздуха

Загрязняющие вещества

Загрязнители можно классифицировать как первичные или вторичные.

Первичные загрязняющие вещества

Загрязняющие веществакоторые выбрасываются непосредственно в атмосферу из источников или вызваны изменениями в процессах естественного выделения в биосференазываются первичными загрязняющими веществами.

Многие из них подвергаются химическим реакциямособенно под воздействием солнечной радиациис образованием новых компонентов или вторичных загрязнителейкоторые часто более опасны  для окружающей средычем первичные загрязнители.

Кроме того, в этот список первичных загрязнителей должны быть добавлены соединения биологического происхождения, такие как пыльца, споры, бактерии и т.д.

К вторичным загрязнителям относятся кислотытакие как серная и азотная кислотыи сильные окислителитакие как озон (O3).

Таким образоматмосфера является местомгде происходит сильная химическая активностьа соединенияучаствующие в реакцияхв основном находятся в следовых количествах.

В настоящее время основными первичными загрязнителями, вызывающими локальное загрязнение воздуха, являются твердые частицы, оксиды азота (NOx) и углеводороды.

Выбросы и концентрации некоторых основных загрязняющих веществ в последнее десятилетие значительно снизились. Это касается, например, диоксида серы (SO2), который образуется из серы, содержащейся в топливе (уголь, мазут и т.д.), свинца, который используется для повышения октанового числа бензина, и других тяжелых металлов, таких как ртуть и диоксины, которые в основном выделяются при сжигании отходов.

Вторичные загрязняющие вещества

Превращение первичных загрязнителей во вторичные может происходить в газовой фазе, где солнечная радиация играет очень важную роль, и в жидкой фазе в тумане и облаках.

Основным вторичным соединением в химии атмосферы является гидроксильный радикал OH, иногда называемый чистильщиком атмосферы. Только в начале 1970-х годов гидроксильные радикалы привлекли к себе большое внимание. Гидроксильные радикалы образуются в основном при фотолизе озона. Из-за высокой реакционной способности концентрация гидроксильных радикалов в атмосфере очень низкая. Он преобразует диоксид серы в серную кислоту, а также регулирует концентрацию таких соединений, как угарный газ (CO), метан (CH4) и другие углеводороды. Время пребывания загрязняющих веществ в атмосфере зависит от их концентрации, которая, в свою очередь, зависит от реакции. В присутствии углеводородов гидроксильные радикалы могут образовывать соединения, более реакционноспособные, чем они сами.

Основные показатели загрязнения воздуха

Диоксид серы (SO2)

Выбросы SO2 происходят в результате использования серосодержащего ископаемого топлива (мазута и
угля). Эти выбросы в основном попадают в атмосферу при переработке нефти, при производстве электроэнергии (16%) и тепла.
Сектор дизельного автотранспорта также ответственен за незначительную часть выбросов SO2.

Оксиды азота (NOx)

Автотранспорт ответственен за выброс 48% (16% для дизельных грузовиков) NOx в мире, за которыми следовали сельское/лесное хозяйство, обрабатывающая промышленность и выработка энергии.

Твердые частицы (ТЧ)

ТЧ - это сложная смесь твердых частиц и жидких капель, взвешенных в воздухе, которые различаются по размеру, составу и концентрации. ТЧ целесообразно классифицировать по размеру. ТЧ с массовым медианным аэродинамическим диаметром <10 мкм (ТЧ10; крупные частицы) могут оставаться в воздухе в течение нескольких минут или часов и могут перемещаться на расстояние до 50 км, в то время как PM2.5 (мелкие частицы) более легкие и остаются в воздухе в течение нескольких дней или недель и распространяются на большие расстояния.
Источниками взвешенных в воздухе частиц PM являются обрабатывающая промышленность, сельское хозяйство/лесоводство, бытовые отопительные системы и сжигание отходов. Однако, частицы в воздухе также выбрасываются автотранспортом, в основном дизельными двигателями.

Озон (O3)

Большая часть О3 поступает от автомобильного движения в летнее время.

Монооксид углерода (CO)

CO - это газ, который образуется в результате неполного сгорания топлива.Более 30 % выбросов СО производится автомобильным транспортом. Промышленность и жилой сектор занимают второе место по объему выбросов СО.
На втором месте находится обрабатывающая промышленность, на долю которого приходится 26% выбросов.
Городское, коллективное или индивидуальное отопление составляет основную часть вклада жилого сектора.

Летучие органические соединения (ЛОС)

Количество ЛОС огромно. Выбросы от сжигания угля, нефти и бензина, испарения на бензозаправочных станциях, а также от растворителей, чистящих средств и красок вносят свой вклад в базовый уровень содержания различных ЛОС в наружном воздухе. Некоторые ЛОС также выделяются из табачного дыма. Тремя основными источниками ЛОС являются дорожное движение, бытовое или промышленное использование красок, лаков или клей, и испарение углеводородов.

Свинец

Свинец вырабатывается в обрабатывающей промышленности, в частности, металлургической промышленности.

Рассеивание и трансформация загрязняющих веществ

Загрязнение воздуха определяется не только типом и интенсивностью выбросов. Метеорология и
климат, а также топография местности, все они оказывают большое влияние на рассеивание и преобразование загрязняющих веществ. Концентрация загрязняющих веществ в нижних слоях
атмосферы зависит от атмосферного давления, ветра и температуры. Атмосферное низкое атмосферное давление связано с сильной турбулентностью воздуха и, таким образом, с хорошими условиями для рассеивания, в то время как антициклоны приводят к стабильности воздуха и, таким образом, порождают его загрязнение.
Рассеивание загрязняющих веществ увеличивается с ростом скорости и турбулентности ветра. Вертикальный градиент температуры способствует восходящему движению загрязнителей воздуха. Однако в случае температурной инверсии, загрязняющие вещества блокируются в низких слоях атмосферы, что также создает загрязнение атмосферы.

Загрязнение атмосферы влияет на всю планету двумя основными способами.

  1. Разрушение озонового слоя стратосферы (O3)  увеличивает риск для человека и биосферы от ультрафиолетового излучения, достигающего поверхности.
  2. Накопление в тропосфере некоторых газов, что приводит к увеличению их концентрации. Солнечное излучение может проникать через эти газы, и поглощаться поверхностью. Часть поглощенной энергии высвобождается в виде инфракрасного излучения, которое частично поглощается этими газами,. Далее энергия улавливается атмосферой, что приводит к потеплению нижних слоев атмосферы - явление, известное как парниковый эффект

Атмосфера действует так же, как стеклянные или пластиковые стены теплицы. Наличие в атмосфере поглощающих тепло газов, таких как водяной пар и углекислый газ, позволяет парниковому эффекту возникать в атмосфере естественным образом. Именно благодаря парниковому эффекту Земля имеет умеренную температуру. Без парникового эффекта средняя температура поверхности Земли была бы примерно на 35 градусов Цельсия ниже нашей нынешней температуры. Начиная с индустриальной эпохи, загрязнение окружающей среды значительно увеличило интенсивность парникового эффекта, достаточно, чтобы вызвать изменения в климате Земли.

В целом, существует три различных масштаба загрязнения атмосферы.

На местном уровне оно в основном, влияет на здоровье человека; на региональном уровне - на подкисление поверхностных вод и резкое сокращение лесов; на глобальном уровне, с разрушением озонового слоя стратосферы и усилением парникового эффекта, атмосферное загрязнение рискует вызвать изменение климата с последствиями для биосферы, морей и океанов.

Основные циклы загрязнения атмосферного воздуха

Эмиссия - это уровень загрязняющего вещества в окружающей атмосфере. Аэрозоль состоит из сложного множества химических соединений, не все из которых идентифицированы.

Выбросы зависят от расстояния до источника выбросов и его высоты. Уровни выбросов являются результатом сложного сочетания колебаний метеорологических условия и объема выброса.

Таким образом, загрязнители воздуха имеют свои годовые, недельные и суточные циклы.

Годовые циклы показывают месячные изменения в концентрации загрязняющего вещества по месяцам.
"Фотооксидантное" или "фотохимическое" загрязнение воздуха выше в летние месяцы, поскольку существуют благоприятные условия для образования O3 (высокие температуры, сильное ультрафиолетовое излучение и легкий ветер). Напротив, "кислотно-частичное" загрязнение воздуха (SO2, PM) выше в зимний период, поскольку основные источники образования этих веществ связаны с производством электроэнергии (тепловые электростанции) и системами отопления.
Недельный цикл отражает колебания выбросов по дням, в основном связанные с недельной деятельностью человека (рабочая неделя/выходные).
Ежедневный цикл показывает часовые изменения в выбросах связанные с деятельностью человека, а также с физическими и химическими процессами, вызванными солнечным циклом.

Последствия загрязнения атмосферного воздуха

Загрязнение воздуха и его влияние на здоровье человека в настоящее время обсуждаются как в научной, так и в политических средах.

Загрязняющие вещества вдыхаются непосредственно. Они оседают на землю и растительность, загрязняют поверхностные воды и продукты питания, а затем попадают в организм человека. Разрушение стратосферного озонового слоя снижает барьер для ультрафиолетового излучения и повышает риск развития рака кожи. Повышение концентрации парниковых газов может увеличить риск и частоту тепловых волн (заболевания, переносимые комарами).

Краткосрочные последствия короткого воздействия значительных доз загрязнителей воздуха больше не являются главной проблемой развитых стран, так как уровни загрязнителей воздуха значительно снизились.

Долгосрочные последствия хронического воздействия низких доз стали новой причиной для беспокойства. Однако долгосрочные последствия загрязнения воздуха трудно изучать из-за сложности определения экспозиции, низкой интенсивности потенциального эффекта и периода ожидания до проявления потенциальных эффектов.  Исследование последствий загрязнения наружного воздуха осложняется тем, что загрязнение воздуха в помещениях также вредно для здоровья человека.

Понятие поглощенной дозы, экспозиция и индивидуальная восприимчивости

Характер и важность последствий для здоровья вызванных загрязнителями воздуха, зависят от трех факторов:

  • типа загрязнителя,
  • поглощенной дозы;
  • индивидуальной восприимчивости.

Поглощенная доза - это количество загрязняющего вещества, которое проникает в организм.

Эта доза зависит от трех факторов.
1) Концентрации загрязнителей в воздухе: концентрации загрязняющих веществ на открытом воздухе
отличаются, например, от концентраций в помещении. Наружные загрязнители могут также влиять на воздух в помещении, хотя внутренняя среда имеет свои особенности загрязнения (строительные материалы, сигаретный дым, кондиционеры, ксероксы и т.д.).
2) Продолжительность воздействия: воздействие - это взаимодействие между индивидуумом и
окружающей средой, в которой он/она живет. В большинстве промышленно развитых странах люди более 80% своего времени проводят в помещениях и в транспорте, что увеличивает воздействие загрязняющих веществ в закрытых стенах. Таким образом, поглощенная доза частично обусловлена
загрязнением воздуха в помещении.
3) Уровень физической активности: физическая нагрузка связана с увеличением легочной вентиляции
и, следовательно, с увеличением количества загрязняющих веществ, поступающих в организм при вдыхании.

Даже если два человека получают одинаковую дозу загрязняющих веществ, они могут испытывать различные эффекты, поскольку у них может быть разная индивидуальная восприимчивость. Некоторые группы населения являются более уязвимыми, например, дети, пожилые люди, беременные женщины и люди с заболеваниями сердца или легких. Кроме того, недавние исследования показали, что восприимчивость частично регулируется генетически.

Влияние основных показателей загрязнения атмосферного воздуха на здоровье человека

Загрязнители воздуха могут привести к проблемам со здоровьем либо непосредственно, когда они проникают в организм, либо косвенно, путем изменения окружающей среды.
Загрязняющие вещества проникают в организм через три различных механизма.

1) Ингаляция: человек вдыхает ~15 м3 воздуха, включая загрязняющие вещества, каждый день.

2)Проглатывание: некоторые загрязнители воздуха могут оседать на почву или поверхностные воды, где они поглощаются растениями и проглатываются животными.

3) Непосредственный контакт: этот вид проникновения встречается реже, за исключением случаев аварийного загрязнения или вооруженных конфликтов.

Загрязнители воздуха могут вызывать серьезные проблемы со здоровьем, включая проблемы с дыхательной системой (астма, раздражение легких, бронхит, пневмония, снижение устойчивости к респираторным инфекциям), аллергии, неблагоприятные неврологические, репродуктивные и последствия для развития, рак и даже ранняя смерть.

Загрязнение атмосферного воздуха - выводы

Воздействие загрязняющих веществ может привести к увеличению не только заболеваемости, но и смертности. Даже если был достигнут значительный прогресс в деле сокращения выбросов промышленных источников, со значительным снижением концентрации SO2, автомобильный транспорт стал первым источником выбросов в городских районах, с последующим увеличением фотооксидантного загрязнения воздуха.
Разработка альтернативных видов топлива и типов двигателей, которые могут снизить выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, а также использование общественного транспорта или
например, велосипедов, являются в наше время необходимостью.

Необходимы:

  • новые исследования долгосрочных последствий воздействия малых доз загрязнителей воздуха;
  • новые исследования долгосрочного воздействия малых доз загрязнителей воздуха, включая важные партнерские отношения между эпидемиологами, токсикологами, метрологами, химиками, физиками и биологами.

 

 

Поделиться
Похожие записи
Комментарии:
Комментариев еще нет. Будь первым!
Имя
Укажите своё имя и фамилию
E-mail
Без СПАМа, обещаем
Текст сообщения
Отправляя данную форму, вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности и правилами нашего сайта.
Adblock
detector