Повітря як екологічний фактор

§ 6. Повітря як екологічний фактор

Атмосфера – газова оболонка Землі.

Її маса – близько 5,15х10¹⁵ т, і це усього лише одна мільйонна маси Землі.

Газовий склад атмосфери – результат тривалої еволюції планети.

Повітря являє собою суміш двох десятків газів. Основні компоненти – азот (78,09%), кисень (20,95%), аргон (0,93%), вуглекислий газ (0,03%), незначна кількість інертних газів (неон, гелій, криптон, ксенон), аміаку, метану, озону, діоксиду сірки й інших газів.

В атмосфері також містяться пари води, тверді частки, що надходять з поверхні Землі (пил, сажа, частки морської солі, продукти вулканічної діяльності), космічний пил (83 кг у добу), а також органічні частки рослинного і тваринного походження (пилок рослин, бактерії, спори, цвілеві гриби, органічний пил).

Природний пил необхідний для нормального розвитку ряду процесів в атмосфері. Тверді частки служать ядрами конденсації пари при утворенні опадів. У зовсім чистому повітрі конденсація пари неможлива. Від вмісту пилу і пари в повітрі залежать оптичні властивості атмосфери. Тверді частки захищають поверхню Землі від зайвого нагрівання й у той же час перешкоджають тепловіддачі.

Гази, що входять до складу повітря, мають певну щільність і здійснюють на кожен квадратний сантиметр земної поверхні тиск, рівний вазі стовпа повітря від поверхні моря і до верхньої межі атмосфери, що становить у середньому 1033 кг/см². У техніці ця величина прийнята за одиницю тиску, її так і називають – одна атмосфера.

Роль атмосфери в природних процесах біосфери величезна. Вона визначає тепловий режим поверхні землі, регулює сезонні і добові коливання температури, захищає її від шкідливих космічного й ультрафіолетового випромінювань, метеоритних «дощів». Циркуляція повітря впливає на клімат, а через нього на режим рік, ґрунтово-рослинний покрив і на процеси рельєфоутворення.

Атмосфера – джерело кисню для дихання, джерело вуглекислого газу для фотосинтезу, сховище газоподібних відходів.

Повітря – найголовніший життєво необхідний фактор для людини. Без їжі людина може прожити 5 тижнів, без води – 5 днів, без повітря – 5 хвилин. Людина щодоби споживає в середньому 1кг їжі, 2 л води, у той час як через її легені проходить 25 кг повітря. Потреба людини в кисні – 1,5 кг на добу. Кисень – найбільш важлива для людини складова частина повітря. Для життєдіяльності потрібно повітря певної чистоти. Будь-яке відхилення від норми, зниження кількості кисню або забруднення повітря несприятливо впливають на здоров'я людей. Повітря необхідне всьому живому на Землі, від його якості залежать здоров'я людей, стан рослинного і тваринного світу, міцність і довговічність будь-яких конструкцій будинків і споруджень.

За своїми фізичними властивостями і складом повітря атмосфери поділяється на декілька шарів:

• тропосфера (із грец. ігороз – зміна, сфера, шар) – найщільніший шар повітря, що прилягає до земної поверхні. Потужність тропосфери в середніх широтах 10-12 км над рівнем моря, на полюсах – 7-10, і над екватором – 16-18 км. Тропосфера містить 80% усієї вологи. У ній спостерігаються потужні вертикальні струми повітря, характеризується нестійкістю температури, що знижується з висотою, залежить від вологості й тиску. У тропосфері розвиваються фізичні процеси, що визначають зміну погоди і впливають на кліматичні умови різних районів нашої планети;
• стратосфера – від 12 до 51 км, у якій вміст легких газів зростає, а важких зменшується;
• мезосфера (до 80 км);
• іоносфера – від 100 км до 1 тис. км, де гази здебільшого іонізовані або перебувають в атмосферному стані.

В атмосфері виділяють ще один особливий шар, названий озоносферою, що знаходиться на висоті від 10 до 60 км. Тут проходять фотохімічні процеси утворення озону, трьохатомного кисню (О₃), максимальний вміст якого виявлено на рівні 20-25 км. Озон здатний поглинати ультрафіолетові промені сонячної радіації, що є смертельними для всього живого на Землі. Озоновий шар – могутній захисний екран життя.

На висоті 2 тис. – 20 тис. км розташована воднева корона Землі. На цих висотах Земля оточена оболонкою із заряджених часток, температура яких досягає декількох десятків тисяч градусів. І далі простирається космічний вакуум.

Забруднення повітря. Поняття про забруднення

Забруднення – привнесення в яке-небудь середовище або виникнення нових, не характерних для нього фізичних, хімічних і біологічних агентів або перевищення природного рівня концентрації цих агентів у середовищі.

Забруднення розрізняють:

• за походженням – природне і антропогенне;
• за джерелами – хімічне, фізичне, механічне, біологічне;
• за тривалістю дії – тимчасове і постійне;
• за масштабом поширення – локальне, регіональне і глобальне.

Джерела природного забруднення атмосфери:

• надходження космічного пилу (83 кг/доб.);
• вулканічна діяльність;
• вітрова ерозія грунтів;
• вивітрювання гірських порід;
• лісові і степові пожежі;
• масове цвітіння рослин;
• випаровування морської води;
• гниття рослин і тварин.

Антропогенне забруднення – наслідок людської діяльності. Швидкість нагромадження забруднювачів в атмосфері міст часто перевищує можливості самоочищення. Порушується екологічна рівновага в регіонах. Через збільшення масштабів антропогенного впливу (господарської діяльності людини), особливо в останнє сторіччя, порушується рівновага в біосфері, що може привести до необоротних процесів і порушити питання про можливість життя на планеті. Це зв'язано з розвитком промисловості, енергетики, транспорту, сільського господарства й інших видів діяльності людини без урахування можливостей біосфери Землі. Уже сьогодні перед людством постали серйозні екологічні проблеми, що вимагають негайного вирішення.

Сучасні джерела забруднення атмосферного повітря

Атмосферне повітря є найважливішим життєзабезпечуючим природним середовищем і являє собою суміш газів і аерозолів приземного шару атмосфери, що сформувалося в ході еволюції Землі, діяльності людини і знаходиться за межами житлових, виробничих і інших приміщень.

Забруднення приземної атмосфери – найпотужніший постійно діючий фактор впливу на людину, харчовий ланцюг і навколишнє середовище. Атмосферне повітря має необмежену місткість і відіграє роль найбільш рухливого, хімічно агресивного і всепроникаючого агента взаємодії поблизу поверхні компонентів біосфери, гідросфери і літосфери.

В останні роки отримані дані про істотну роль для збереження біосфери озонового шару атмосфери, що поглинає згубне для живих організмів ультрафіолетове випромінювання Сонця і формує на висоті близько 40 км тепловий бар'єр, який запобігає охолодженню земної поверхні.

Атмосфера інтенсивно впливає не тільки на людину і біоту, але і на гідросферу, ґрунтово-рослинний покрив, геологічне середовище, будинки, спорудження й інші техногенні об'єкти. Тому охорона атмосферного повітря й озонового шару є найбільш пріоритетною проблемою екології, якій приділяється пильна увага в усіх розвинених країнах.

Основний шлях забруднення атмосферного повітря – зростання споживання паливних ресурсів. Згідно з прогнозами, світове споживання їх наприкінці сторіччя досягне 22 млрд умовного палива. Більше половини паливних ресурсів використовують розвинеш країни, що займають близько 1/4 населеної території Землі. При спалюванні палива в атмосферу викидаються летуча зола (гар), оксиди сірки й азоту. Іноді гази містять сполуки ванадію, фтору, продукти неповного згоряння. У результаті широкого залучення в паливний баланс сірчистих і високосірчистих видів палива, на які у природних ресурсах припадає значна частка, в атмосферу викидається понад 152 млн т діоксиду сірки.

У зв'язку з бурхливим розвитком промисловості і спалюванням величезної кількості палива темпи витрати запасів вільного кисню і нагромадження діоксиду вуглецю в атмосфері різко зросли. У результаті кругообіг вуглецю в природі виявився порушеним. Академік А.П. Виноградов зазначав, що вміст діоксиду вуглецю в атмосфері щорічно збільшується на 0,2%. Це узгоджується і з темпами витрат кисню при спалюванні. З моменту, коли людина опанувала вогнем, і до наших днів на спалювання палива витрачено приблизно 273 млрд т кисню, з них 246 млрд т (близько 90%) спалено за останні півстоліття. Порушення кругообігу вуглецю в атмосфері впливає на хімічну рівновагу на Землі.

При процесах згоряння палива найбільш інтенсивне забруднення приземного шару атмосфери відбувається в мегаполісах і великих містах, промислових центрах через поширення в них автотранспортних засобів, ТЕЦ, котельних та інших енергетичних установок, що працюють на вугіллі, мазуті, дизельному паливі, природному газі і бензині. Внесок автотранспорту в загальне забруднення атмосферного повітря досягає тут 40-50%. Потужним і надзвичайно небезпечним фактором забруднення атмосфери є катастрофи на АЕС (Чорнобильська аварія) і випробування ядерної зброї в атмосфері. Це зв'язано як зі швидким розносом радіонуклідів на великі відстані, так і з довгостроковим характером забруднення території.

Висока небезпека хімічних і біохімічних виробництв полягає в потенційній можливості аварійних викидів в атмосферу надзвичайно токсичних речовин, а також мікробів і вірусів, що можуть викликати епідемії серед населення і тварин.

На сьогодні у приземній атмосфері знаходяться багато десятків тисяч забруднюючих речовин антропогенного походження. Через зростання промислового і сільськогосподарського виробництва з'являються нові хімічні сполуки, у тому числі сильно токсичні. Головними антропогенними забруднювачами атмосферного повітря крім оксидів сірки, азоту, вуглецю, пилу і сажі є складні органічні, хлорорганічні і нітросполуки, техногенні радіонукліди, віруси і мікроби. Найбільш небезпечні: діоксин, бензопірен, феноли, формальдегід, сірковуглець.

У Західній Європі враховуються 28 особливо небезпечних хімічних елементів, сполук і їхніх груп. У групу органічних речовин входять акрил, нітрил, бензол, формальдегід, стирол, толуол, вінілхлорид, неорганічних – важкі метали (As, Cd, Cr, Pb, Mn, Hg, Ni, V), гази (чадний газ, сірководень, оксиди азоту і сірки, радон, озон), азбест.

Переважно токсичні свинець, кадмій. Інтенсивний неприємний запах мають сірковуглець, сірководень, стирол, тетрохлоретан, толуол. Ореол впливу оксидів сірки й азоту поширюється на великі відстані. Вищевказані 28 забруднювачів повітря входять до міжнародного реєстру потенційно токсичних хімічних речовин.

Основні забруднювачі повітря житлових приміщень – пил і тютюновий дим, чадний і вуглекислий гази, двоокис азоту, радон і важкі метали, інсектициди, дезодоранти, синтетичні миючі речовини, аерозолі ліків, мікроби.

Для атмосфери характерна надзвичайно висока динамічність, обумовлена як швидким переміщенням повітряних мас у горизонтальному і вертикальному напрямках, так і високими швидкостями, розмаїтістю фізико-хімічних реакцій, що протікають у ній. Атмосфера розглядається зараз як величезний «хімічний казан», що перебуває під впливом численних і мінливих антропогенних і природних факторів.

Забруднення атмосфери викидами транспорту

Відкриття першого бензинового двигуна за минуле століття значно змінило життя і поведінку людей. Кількість автомобілів зростає астрономічно. Більшість великих міст перетворюються в гігантські автостоянки.

Зараз на Землі експлуатуються близько 1 млрд автомобілів. У Запорізькій області в 2005 р. їхня кількість досягла 514 тисяч.

Викиди шкідливих речовин від автомобілів забруднюють атмосферу, порушується хімічний склад всієї атмосфери Землі.

У таблиці десяти головних забруднювачів повітряного середовища, що наводиться ООН, окис вуглецю, позначений силуетом автомобіля, перебуває на другому місці.

На сьогодні на долю автотранспорту припадає 30-40% усіх шкідливих викидів у навколишнє середовище, що є головним джерелом забруднення повітря, особливо у великих містах.

У відпрацьованих газах автотранспорту й авіації міститься близько 280 компонентів. До них належать в основному продукти неповного згоряння (оксид вуглецю, вуглеводні, альдегіди, тверді частки вуглецю або сажа), а також оксиди азоту і неорганічні сполуки тих чи інших речовин, що є присутніми у паливі (сірчистий ангідрид, сполуки свинцю й ін.).

Особливу групу серед токсичних речовин, що містяться у відпрацьованих газах, становлять канцерогенні поліциклічні вуглеводні, у тому числі найбільш активний –бензопірен).

У середньому, проїжджаючи 15 тис. км за рік, кожен автомобіль спалює 2 т палива і використовує близько 26-30 т повітря, у тому числі 4,5 т кисню, що в 50 разів більше потреб людини. При цьому за рік автомобіль викидає в атмосферу: чадного газу – 700 кг, діоксиду азоту – 40, незгорілих вуглеводнів – 230 і твердих речовин – 2-5 кг. Крім того, викидається багато сполук свинцю через застосування здебільшого етилованого бензину.

Застосування етилованого бензину викликає забруднення атмосферного повітря дуже токсичними сполуками свинцю. Близько 70% свинцю, доданого до бензину з етиловою рідиною, потрапляє в атмосферу з відробленими газами, з них 30% осідає на землі відразу за зрізом вихлопної труби автомобіля, 40% залишається в атмосфері. Один вантажний автомобіль середньої вантажопідйомності виділяє 2,5-3 кг свинцю в рік. Концентрація свинцю в повітрі залежить від вмісту свинцю в бензині.

Виключити надходження високотоксичних сполук свинцю в атмосферу можна заміною етилованого бензину неетилованим.

Вихлопні гази газотурбінних двигунових установок літаків і ракетних двигунів містять також токсичні компоненти: оксид вуглецю, оксиди азоту, вуглеводні, сажу, альдегіди й ін.

Ракетні двигуни несприятливо впливають не тільки на приземний шар атмосфери, але і на космічний простір, руйнуючи захисний озоновий шар Землі.

У зв'язку з розвитком авіації і ракетної техніки суттєво зростає загальний викид шкідливих речовин, частка яких становить 5% токсичних речовин, що надходять в атмосферу від транспортних засобів усіх типів.

Зрозуміло, що люди не перестануть користуватися таким благом, як автомобіль, проте не перестають думати над тим, як зменшити шкоду навколишньому середовищу, а значить і здоров'ю людини.

У багатьох західних країнах, у США застосовують спеціальні очисники вихлопних газів. Проте вже є автотранспорт, що працює на газі, на спирті, на сонячних батареях, електромобілі, автомобілі, працюючі на бензині і солярці (з «двома серцями»).

Джерела забруднення повітря Запорізької області. Промисловість

Одна із найбільш актуальних екологічних проблем України і Запорізької області – це забруднення атмосферного повітря, що завдає величезної непоправної шкоди не тільки навколишньому середовищу, де все труїть, губить і вбиває, але і здоров'ю населення.

Екологічний стан атмосферного повітря визначається наявністю забруднюючих речовин і оцінюється в залежності від їхньої концентрації.

У Запорізькій області в 2004 р. отруювали повітря 469 підприємств, у т.ч. 30 гірничо-добувних. Загальна кількість викидів забруднювачів від підприємств і автотранспорту –352 тис. тонн.

В обласному центрі димить майже двісті підприємств, що включають понад 12 тис. джерел викидів. Основними забруднювачами, на частку яких припадає 96% від загальної кількості викидів, є дванадцять підприємств. Серед них найбільш «забійна сила», що перетворює місто в газову камеру, ВАТ «Запоріжсталь», ВАТ «Запорізький феросплавний завод», ВАТ «Запорізький виробничий алюмінієвий комбінат», ВАТ «Запорізький абразивний комбінат», ВАТ «Запоріжкокс» (коксохімічний комбінат) – дає 70% усіх міських викидів фенолу, 90% оксиду вуглецю і 60% сірководню, ВАТ «Укрграфіт», ВАТ «Дніпроспецсталь», Запорізька теплова електростанція «Дніпроенерго», ВАТ «Запоріжвогнетрив» та ін.

У Запоріжжі щорічно викидається в атмосферу 130 тис. т шкідливих речовин, що становить 189 кг на кожного жителя.

На території області за станом на 2003 р. працює 30 гірничодобувних виробництв. Атмосфера кар'єрів цих підприємств забруднюється пилом і шкідливими газами, що є наслідком процесу виробничої діяльності. Потужними джерелами утворення шкідливих речовин і викидом їх в атмосферу є масові вибухи, в результаті яких утворюються газопилові хмари, що забруднюють суміжні території у напрямку вітру.

Поліпшити стан атмосферного повітря можливо лише за рахунок упровадження нових технологій виробництва й будівництва нових газоочисних споруд на промислових підприємствах.

Джерела забруднення в сільській місцевості

У сільських районах основними забруднювачами повітря є тваринницькі і птахівницькі ферми, промислові комплекси з виробництва м'яса, підприємства районного об'єднання «Сільгосптехніка», енергетичні й теплосилові підприємства, пестициди, застосовувані в сільському господарстві. У районі розташування приміщень для утримання худоби і птахів в атмосферу можуть надходити й поширюватися на значні відстані аміак, сірководень і інші гази з поганим запахом.

До джерел забруднення атмосферного повітря належать склади, у яких відбувається протравлення насіння пестицидами; поля, на які в тому чи іншому виді вносяться пестициди і мінеральні добрива; а також бавовноочисні заводи. При протравленні насіння ядохімікатами забруднення повітря відбувається на значну відстань.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Яку будову і склад має атмосфера?
2. Які хімічні речовини входять до складу повітря? (Назвіть газовий склад повітря.)
3. Назвіть основні біосферні функції атмосфери.
4. Які види забруднення вам відомі?
5. Яку небезпеку становить забруднення атмосфери?
6. Що є основними джерелами забруднення повітря?
7. Назвіть речовини-забруднювачі атмосфери.