Атмосфера Земли постоянно циркулирует: поднимающийся
вверх теплый воздух у экватора замещается холодными воздушными потоками,
движущимися от полюсов. Направление ветра зависит от величины перемещающего воздушные
массы градиента атмосферного давления, а скорость ветра возрастает с
увеличением перепада атмосферного давления. Воздушные массы могут перемещаться
потоками, параллельными поверхности Земли, а также вертикальными струями,
которые возникают под действием тепловых градиентов. Турбулентное перемешивание
приземного слоя атмосферы может происходить при взаимодействии с поверхностью
почвы или при тепловом расслоении атмосферы. Механические и температурные
перемещения наблюдаться могут одновременно. На содержание вредных веществ в
атмосфере оказывают влияние их рассеивание турбулентными потоками, действие
осадков или их оседание из-за наличия гравитационных сил. Между атмосферным
загрязнением и круговоротом главных биогенных элементов отмечается четкая связь
(рис. 14.4).
Рис. 14.4. Связь между атмосферным загрязнением и
круговоротом
главных биогенных элементов (по Ф. Рамаду, 1981)
Здесь четко прослеживается, что сжигание ископаемого
топлива (уголь, нефть) играет определяющую роль в загрязнении атмосферы. За
счет газов антропогенного происхождения образуются кислотные осадки и смог.
Кислотные осадки — это серная и азотная
кислоты, образующиеся при растворении в воде диоксидов серы и азота, и
выпадающие на поверхность земли вместе с дождем, туманом, снегом или пылью
(рис. 14.5).
Попадая в озера, кислотные осадки нередко вызывают
гибель рыб или всего животного населения. Они также могут вызывать повреждения
листвы, а часто гибель растений, ускорять коррозию металлов и разрушение
здания. Кислотные дожди большей частью наблюдаются в районах с развитой промышленностью.
Хотя капельки воды и быстро удаляются из атмосферы, они все же распространяются
на сотни километров от производящих выбросы теплостанций, промышленных
предприятий и т. д. Среди вредных веществ, содержащихся в воздухе городов,
имеется большая группа, обладающая канцерогенной активностью.
Рис. 14.5.
Кислотные осадки (по Б. Небелу, 1993)
Это в первую очередь бенз(а)пирен и другие
ароматические углеводороды, поступающие от котельных промышленных предприятий и
с выхлопными газами автотранспорта (рис. 14.6).
Рис. 14.6. Схема загрязнения среды канцерогенным
углеводородом бенз(а)пиреном (по Н. Ф. Реймерсу, 1990):
Исследования канцерогенных веществ, содержащихся в
воздушной среде, показывают, что возникновение раковых болезней у людей
происходит, в частности, от постоянного суммирования небольших доз канцерогенов
в течение длительного времени. Неблагоприятное влияние на организм человека
оказывают соединения свинца, имеющиеся в выхлопных газах автотранспорта. Присутствие
свинца в крови человека возрастает с увеличением его содержания в воздухе, что
приводит к снижению активности ферментов, участвующих в насыщении крови кислородом,
к нарушению обменных процессов.
В атмосферном воздухе, в первую очередь промышленных
центров и городов, в результате сложных химических реакций смеси газов (главным
образом окислов азота и углеводородов, содержащихся в выхлопных газах автомобилей),
протекающих в нижних его слоях под действием солнечного света, образуются
различные вещества, ядовитый туман. Такой ядовитый туман получил название
«смог». Его возникновению способствуют определенные метеорологические условия:
отсутствие ветра и дождя, а также температурная инверсия. Смог крайне вреден
для живых организмов. Во время смога ухудшается самочувствие людей, резко
увеличивается число легочных и сердечно-сосудистых заболеваний, возникают
эпидемии гриппа. Густой ядовитый туман, появляющийся в осенне-зимнее время,
получил название смога лондонского типа.
Его главным компонентом является сернистый газ, вызывающий катар верхних дыхательных
путей, бронхит. Более опасный тип смога —фотохимический, или лос-анджелеский,
наблюдающийся в теплое время года, например в Нью-Йорке, Бостоне, Детройте, Чикаго,
Милане, Мадриде. Он возникает в воздухе, загрязненном выбросами автотранспорта,
под действием солнечной радиации и в результате фотохимических реакций.
Фотохимический смог вызывает раздражение глаз, слизистых оболочек носа и горла,
обострение легочных и различных хронических заболеваний, приводит к болезни и
гибели домашних животных, растений. Он вызывает коррозию металлов,
растрескивание красок, резиновых и синтетических изделий, порчу одежды.
Одним из вредных компонентов смога является и озон
(Од). В крупных городах при образовании смога его естественная концентрация (1×10-8) повышается в 10
раз и более. Озон здесь начинает оказывать вредное воздействие на легкие и
слизистые оболочки человека и на растительность.
С антропогенными изменениями атмосферы связано и
разрушение озонового слоя, который является защитным экраном от
ультрафиолетового излучения. Особенно быстро процесс разрушения озонового слоя
происходит над полюсами планеты, где появились так называемые озоновые дыры. В 1987 г. зарегистрирована расширяющаяся год от
года (темпы расширения — 4% в год)
озоновая дыра над Антарктикой (выходящая за контуры материка) и менее значительное
аналогичное образование в Арктике. Исследованиями в течение 1969—1986 гг. установлено, что наибольшее
уменьшение общего количества озона в зоне 53—64°
с. ш. наблюдалось в зимние месяцы (рис. 14.7).
Рис. 14.7. Уменьшение общего количества озона в
зимние месяцы
1969—1986 гг. (по А. Д. Данилову, И. Л.
Каролю, 1991)
Опасность истощения озонового слоя заключается в
том, что может снизиться поглощение губительного для живых организмов
ультрафиолетового излучения. Ученые считают, что основной причиной истощения
озонового слоя (экрана) является применение людьми хлорфторуглеродов (фреонов),
которые широко используются в быту и производстве в виде аэрозолей,
дореагентов, пенообразователей, растворителей и т. д. В 1990 г. мировое производство озоноразрушающих веществ составляло
более 1300 тыс. т. Хлорфторуглероды (CFC13
и СР2С12), попадая в атмосферу, разлагаются в стратосфере
с выделением атомов хлора, которые катализируют превращение озона в кислород. В
нижних слоях атмосферы фреоны могут сохраняться в течение десятилетий. Отсюда
они поступают в стратосферу, где в настоящее время их содержание ежегодно
увеличивается на 5 %. Предполагается, что
одной из причин истощения озонового слоя может быть и сведение лесов как
продуцентов кислорода на Земле.
Быстрыми темпами растет в атмосфере содержание
углекислого газа и метана. Эти газы обусловливают «парниковый эффект» (рис. 14.8).
Они пропускают солнечный свет, но частично
задерживают тепловое излучение, испускаемое поверхностью Земли. За последние 100 лет концентрация в атмосфере углекислого
газа выросла на 25%, а метана — на 100%.
Это сопровождалось глобальным повышением температуры. Так, за 80-е гг. средняя
температура воздуха в северном полушарии повысилась по сравнению с концом XIX в. на
0,5—0,6 С. На Земле, по прогнозам, средняя температура к 2000 году повысится на 1,2°С, а в ближайшие 50 лет — на 2—5°С
по сравнению с доин-дустриальной эпохой.
Рис. 14.8. «Парниковый эффект» (по Е. А. Криксунову
и др., 1995):
1— нагревание
земной поверхности; 2 — отражение
теплового излучения Земли
вследствие загрязнения атмосферы
Потепление может привести к интенсивному таянию
ледников и повышению на 0,5—1,5 м уровня
Мирового океана, при этом окажутся затопленными многие густонаселенные
прибрежные районы. Однако при общем увеличении количества осадков в центральных
районах материков климат может стать более засушливым. Например, в 80—90-х гг. XX
в. в Африке и Северной Америке участились катастрофические засухи, которые
связывают с глобальным потеплением. Нужно учитывать и высокую опасность для
здоровья людей насыщения воздуха (особенно актуально для крупных, промышленных
городов) диоксидом углерода. При высоких концентрациях в атмосферном воздухе
СОд наступают отравления, первыми симптомами которых являются головные боли,
тошнота, чувство слабости. Некоторые люди, страдающие анемиями и сердечно-сосудистыми
заболеваниями, обладают повышенной чувствительностью к воздействию СО2.
Установлено, что загрязнение атмосферы оказывает отрицательное воздействие на
животных, сельскохозяйственные культуры. Эти вопросы более подробно будут
рассмотрены в дальнейшем.
В конце XX в.
огромную опасность представляет радиоактивное и химическое загрязнение
атмосферы, да и биосферы в целом в результате деятельности человека. Все острее
встает проблема складирования и хранения радиоактивных отходов военной
промышленности и атомных электростанций, хранения химического оружия. С каждым
годом они представляют все большую опасность для окружающей среды.
На примере загрязнения атмосферы видно, что даже
слабые воздействия человека могут приводить к крупным неблагоприятным
последствиям для природных систем. Нужно учитывать и то, что загрязняющие
вещества переносятся воздушными потоками на большие расстояния, создавая тем
самым опасность загрязнения территорий других стран. Так, по оценкам
международных организаций, в 90-х гг. XX
в. на долю английских выбросов приходилось 14%
загрязненности окружающей среды в Швеции, 7% —
в ФРГ, 7% — в Норвегии.
Выпадение загрязняющих веществ на территории
Российской Федерации за счет трансграничного переноса из других стран (Украина,
Беларусь, Польша, Великобритания, Румыния и др.) в 1990 г. составили: соединений серы —
1355,0 ктS, соединений окисленного азота — 596,0 ктN и соединений восстановленного
азота—42,2 ктN.
Современное промышленное производство загрязняет
атмосферу не только газообразными и твердыми примесями, но и тепловыми
выбросами, электромагнитными полями, ультрафиолетовыми, инфракрасными,
световыми излучениями и другими физическими факторами. Наиболее распространенным
видом физического воздействия на атмосферу в городах и крупных поселках
является шум, возникающий при работе транспортных средств, оборудования
промышленных и бытовых предприятий, вентиляционных и газотурбинных установок,
реактивных самолетов при взлете и посадке. Как уже было отмечено ранее,
величину звуковых давлений измеряют и нормируют в децибелах (дБ), рис. 14.9.
Рис. 14.9.
Шкала интенсивности шума (в дБ)
Уровень шума в 20—30
дБ практически безвреден для человека, является естественным шумовым фоном. У
людей же, живущих и работающих в неблагоприятных акустических условиях (80 дБ и более),
имеются признаки изменения функционального состояния центральной нервной
и сердечно-сосудистой систем.
В настоящее время уровень электромагнитных полей
(ЭМП), созданных человеком и «загрязняющих» атмосферу, в сотни раз превышают
средний уровень естественных диапазонов.
Электромагнитные поля оказывают влияние на нервную и
эндокринную системы, на репродуктивную функцию, на сердечно-сосудистую систему
и обмен веществ. Наиболее высока чувствительность организмов к многократным
воздействиям электромагнитных полей.