Изменение состава воздуха связано с хозяйственной деятельностью человека, в результате которой всё более нарушается природное соотношение кислорода и углекислого газа. С одной стороны, природное содержание кислорода в приземном слое атмосферы постепенно сокращается из-за: сжигания топлива (ежегодно сжигается 9 млрд. т условного топлива, на что потребляется 15,8 млрд. т кислорода); авиации, особенно реактивной (только один реактивный самолёт на трассе Европа — Америка сжигает за полёт 35 т кислорода, которого хватило бы для дыхания 12 тыс. чел. в течение суток); автотранспорта (автопарк мира за год расходует более 5 млрд. т кислорода); вырубки лесов, то есть сокращения лесопокрытых площадей (леса — поставщики кислорода, а, например, тропические леса на планете сокращаются со скоростью 44 га/мин.); производственных процессов (имеются в виду металлургические, химические и другие технологические процессы, потребляющие кислород); процессов окисления (металлов, окисления при разложении органических остатков и др.). Ежегодная антропогенная убыль кислорода в приземном воздухе оценивается в 10–31,5 млрд. т, а содержание кислорода в воздухе крупных промышленных центров снижается до 19%, содержание же кислорода в воздухе, пригодном для дыхания человека, должно быть не менее 17%. Люди расходуют кислорода на 15–20% больше, чем его вырабатывают растения планеты. Так, некоторые страны (США, Швейцария, страны с преобладанием пустынных ландшафтов) находятся уже на «кислородном иждивении» стран, имеющих большие площади лесов, — Канады, Бразилии, России, так как общепланетарная циркуляция атмосферы в определённой степени компенсирует антропогенную убыль кислорода в отдельных регионах. На территории России имеются регионы, которые тоже имеют отрицательный баланс кислорода. Например, в пределах Центрального экономического района (ЦЭР) в результате только сжигания предприятиями около 100 млн.т горючего ежегодно нарастает дефицит кислорода, превышающий 120 млн.т, несмотря на то, что общая площадь лесов, восстанавливающих запасы кислорода, составляет не менее 45% территории ЦЭР. С другой стороны, увеличивается выделение углекислого газа в атмосферу из-за: сжигания топлива (на предприятиях, транспортом и в котельных), лесных пожаров, сокращения лесопокрытых площадей и ряда других причин. В результате роста концентрации в атмосфере, в первую очередь, углекислого газа в последнее время наблюдается усиление парникового эффекта. Парниковый (тепличный) эффект атмосферы — её защитное действие в процессе лучистого теплообмена Земли с мировым пространством. Атмосфера достаточно хорошо пропускает к земной поверхности солнечную радиацию, но длинноволновое излучение земной поверхности сильно поглощается атмосферой: водяной пар задерживает около 60% теплового излучения Земли и углекислый газ — до 18%. Нагретая таким образом атмосфера посылает к земной поверхности встречное излучение, в значительной мере компенсирующее радиационную потерю тепла земной поверхностью (рис.11). В отсутствие атмосферы средняя температура земной поверхности была бы -23°, а в действительности она составляет +15°С.
Рис. 11. Механизм формирования парникового эффекта
Таким образом, углекислый газ поглощает радиацию в инфракрасной части спектра и поэтому способствует уменьшению длинноволновой радиации поверхностью Земли. При этом сокращается тепловое излучение и повышаются температуры приземного слоя воздуха. За последние 50 лет содержание углекислого газа в атмосфере возросло с 0,027 до 0,036%. Это привело к повышению среднегодовой температуры на планете на 0,6°. Если этот процесс продолжится и температуры приземного слоя атмосферы поднимутся ещё на 0,6°–0,7°, произойдёт интенсивное таяние ледников Антарктиды и Гренландии. Это приведёт к повышению уровня воды в океанах и затоплению до 5 млн. км2 низменных, наиболее густо заселенённых равнин. Вследствие антропогенных процессов происходит поступление в тропосферу целого ряда других газов, выбрасываемых автотранспортом и промышленными предприятиями. Ежегодное антропогенное попадание загрязняющих газов в тропосферу неуклонно растёт, что видно из таблицы 7.
Таблица 7 Рост антропогенного поступления в мире загрязняющих воздух газов в тропосферу
Загрязнители Оценка выбросов в тропосферу, млн.т в 1976 г. в 1990 г. Угарный газ 142,5 300 Сернистый ангидрид 110,4 150 Окись азота 37,0 50
Антропогенные процессы поставляют в воздух тропосферы ряд аэрозолей: при сгорании топлива поступают твёрдые частицы дыма, сажи, пепла; промышленными предприятиями выбрасываются капли кислот; при испытательных взрывах атомных и термоядерных бомб в воздух попадают продукты искусственного радиоактивного распада. Особенно много антропогенных аэрозолей поступает в воздух больших городов, где в 1 см3 воздуха содержатся десятки тысяч аэрозольных частиц, а за год на каждый квадратный километр выпадают из атмосферы сотни тонн аэрозолей. В сельской местности воздух содержит на порядок, а над океанами — на два порядка меньше аэрозолей, чем воздух крупных городов. Основные антропогенные источники загрязнения воздуха Загрязнение воздуха автотранспортом. В результате работы автомобильных двигателей — бензиновых и дизельных — в воздух с выхлопными газами поступает около 200 вредных примесей: углекислый газ (особенно много дают бензиновые двигатели), угарный газ (возникает от горения при недостатке кислорода и, рассеиваясь, превращается в углекислый газ, но может скапливаться на перекрестках, когда большое количество машин работает у светофора на холостом ходу), окислы азота, разные углеводороды (включая канцерогенный бенз/а/пирен), альдегиды, сернистый ангидрид и другие соединения. Один автомобиль ежегодно поглощает 4 т кислорода и выбрасывает с выхлопными газами 800 кг СО, около 40 кг окислов азота и 200 кг углеводородов. А современный автопарк мира составляет более 500 млн. автомашин. Широко используемый этилированный бензин содержит тетраэтилсвинец, который добавляется к бензину в качестве антидетонатора. При сгорании тетраэтилсвинца получаются соединения свинца, которые распространяются в атмосферном воздухе по всей планете, в результате за 100 лет в гренландских льдах содержание свинца увеличилось в 5 раз; соединения свинца, растворяясь в воде, за 20 лет повысили содержание свинца в воде океана в 10 раз. Дым из глушителя автомобиля с бензиновым двигателем бывает связан с излишне обогащённой смесью или с повышенным износом двигателя. На степень загрязнения воздуха влияет и режим езды: быстрая плавная езда способствует уменьшению вредных выбросов и их быстрому рассеиванию; езда рывками с чередованием разгонов и торможений увеличивает загрязняющие выбросы; работа двигателя на холостом ходу тоже поставляет повышенное количество загрязнителей. Загрязнение воздуха авиацией. В аэропорту при взлёте и посадке самолётов наблюдаются пики поступления загрязнителей в воздух. Так, при взлёте только одного самолёта «Боинг» выделяется столько же вредных веществ, сколько выбрасывают 6850 одновременно разгоняющихся легковых автомашин «Фольксваген». Высотная авиация, выделяя в стратосфере большое количество окислов азота, вызывает реакции, ведущие к резкому сокращению озона в атмосфере. Загрязнение воздуха ракетоносителями. В связи с освоением околоземного космического пространства происходит усиленное воздействие человека на термосферу. В околоземное пространство, в результате запуска нескольких десятков тысяч космических ракет и космических кораблей, выведены сотни тысяч тонн твёрдого и газообразного вещества. Например, запуск ракеты типа «Аполлон» образует в воздухе термоэрозионную колонну с интенсивностью горения маршевых двигателей 140 т/сек. В результате сгорания в атмосфере металлических конструкций ракет и ракетоносителей, а также вследствие выгорания сопл ракет, происходит загрязнение высоких и более плотных слоёв атмосферы такими тугоплавкими элементами, как титан, тантал, ниобий, никель, а также железом, алюминием, бором и др. Всё это приводит к металлизации верхних слоёв атмосферы в 3–4 раза выше по отношению к естественной (кстати, потому и спутники раньше срока падают), но пока ещё не признают, что именно запуски космических аппаратов накачали туда инородные вещества. Испытание ракетоносителя типа «Сатурн» в 1973 г. и нового топлива на маршевых режимах привело к выгоранию 99% свободных электронов на атомах водорода, который по термоэрозионным колоннам диссипировал в межпланетное пространство. Только один старт «Шаттла» гасит не менее 10 млн.т озона. Загрязнение воздуха при сжигании топлива. Ежегодно сжигается на планете более 10 млрд. т условного топлива. При этом только углекислого газа выбрасывается более 25 млрд. т. Кроме того, при сгорании топлива выделяется ряд вредных веществ: окись углерода (как и углекислый газ, образуется даже при нормальной работе топочных установок), альдегиды, соединения серы (обычно сернистый и серный ангидриды в присутствии воды или её паров образуют сернистую и серную кислоты, что приводит к выпадению так называемых «кислотных дождей»), окислы азота (образуются особенно при высоких температурах), сажа, дым и пыль. Загрязнение воздуха выбросами промышленных предприятий наиболее существенно при производстве чёрных и цветных металлов (особенно алюминия), цемента, продуктов химии и нефтехимии, а также бумаги. Предприятия чёрной металлургии содержат в выбросах: обычные и тонкие пыли, разные дымы (в том числе рыжие от окислов железа), сернистый ангидрид, окись углерода и соединения фтора. В передельной металлургии на 1 т чугуна происходит выброс пыли 4,5 кг, сернистого ангидрида 2,7, марганца 0,1–1,5 кг. Доменные выбросы содержат соединения мышьяка, фосфора, свинца, пары ртути, цианистый водород и смолистые вещества. Агломерационные фабрики поставляют в воздух 190 кг сернистого ангидрида на каждую тонну руды при выгорании серы из пиритов. Мартеновский и конверторный сталеплавильные процессы выбрасывают при подаче кислорода в расплавленный металл 15–52 г/м3 пыли на 1 т стали, до 60 кг окиси углерода и до 3 кг сернистого ангидрида. Предприятия цветной металлургии поставляют загрязнители: аммиак, сернистый ангидрид, углекислый газ, окись углерода, пыль окислов металлов и др. При электролитическом способе получения алюминия на 1 его тонну выделяется 33–47 кг фтора в виде газообразных и пылевидных фтористых соединений; из них 65% попадает в атмосферу. Цементная промышленность даёт пыль, особенно при измельчении клинкера (обожжённой сырьевой смеси для изготовления цемента) в шаровых мельницах и дробилках. Химическая и нефтеперерабатывающая промышленность поставляют очень разнообразные загрязнители в виде газов, аэрозолей и паров. Производство бумаги даёт загрязнители часто с неприятными запахами — меркаптаны (тиолы), а также копоть, сернистый ангидрид, сероводород и др. Загрязнение воздуха в сельских районах осуществляется животноводческими и птицеводческими фермами, промышленными комплексами по производству мяса, энергетическими и теплосиловыми предприятиями. В районе расположения помещений для содержания скота и птиц в воздух могут поступать аммиак, сероводород и другие дурнопахнущие газы. Использование пестицидов, особенно при авиахимической обработке земли, может приводить к их распространению в воздухе в зависимости от направления ветра в момент опыления или опрыскивания. Кроме того, в сельской местности может возникать повышенное содержание в воздухе пыли при обработке земли, от использования грунтовых дорог и при обмолачивании зерна.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Антропогенные процессы в атмосфере» з дисципліни «Геоекологія»
