Загрязнение атмосферы – результат выбросов загрязняющих веществ из различных источников. Причинно-следственные связи этого явления нужно искать в природе земной атмосферы. Так, загрязнения переносятся по воздуху от источников появления к местам их разрушающего воздействия; в атмосфере они могут претерпевать изменения, включая химические превращения одних загрязнений в другие, еще более опасные вещества.
Установившееся содержание загрязнений в воздухе (выбросы) определяет степень разрушающего воздействия на данный регион. Можно сказать, что степень загрязнения атмосферы зависит от числа и массы выбросов.
При оценке результатов загрязнения атмосферы учитывается отрицательное воздействие на отдельные объекты живой природы, т.е. людей, животных, растения; на неживые составляющие природы, включая воду, почву и ландшафт в целом, строенийя и материалы. В более широком смысле в качестве такого отрицательного воздействия можно рассматривать саму загрязненную атмосферу, климат, а также ряд экономических и социальных условий. Рисунок 8.1 иллюстрирует динамику загрязнения атмосферы /9/.
В общем плане концепция загрязнения атмосферы включает значительное число действий и явлений, ведущих к ухудшению ее исходного природного качества. В более узком смысле, соответствующем концепции, согласованной в рамках стран, входящих в систему Комекон (Соmесоn), и ряда других, загрязнение атмосферы понимается как выброс твердых, жидких и газообразных загрязняющих веществ, Считается, что загрязняющие вещества – это те, которые оказывают отрицательное воздействие на окружающую среду либо непосредственно, после химических изменений в атмосфере, либо в сочетании с другими веществами.
В соответствии с концепцией защиты атмосферы, принятой в некоторых промышленно-развитых странах, например, в Федеративной Республике Германии, загрязнением атмосферы считается прямое или косвенное введение в нее любого вещества в таком количестве, которое воздействует на качество и состав наружного воздуха, нанося вред людям, живой и неживой природе, экосистемам, строительным материалам, природным ресурсам – всей окружающей среде /9/.
В соответствии с этим определением к загрязнению атмосферы следовало бы отнести выброс больших количеств водяного пара от градирен электростанций, если бы это привело к ухудшению видимости из-за тумана, образованию гололедицы на дорогах, повышению коррозионного воздействия атмосферы и т.д.
В рамках конвенции по обширным межгосударственным загрязнениям воздуха загрязнением атмосферы, помимо выбросов в воздух материальных частиц, считаются выбросы энергии. Следовательно, выбросы теплоты, шума, вибраций и излучений (не только радиоактивных, но и электромагнитных, таких как микроволновые, радарные, ультравысокочастотные, т.е. тех, которые испускаются высоковольтными линиями и т.д.) могут считаться видами загрязнения.
В таблице 8.1 дана классификация степеней загрязнения атмосферы и возникающих при этом проблем в зависимости от высоты, расстояния и времени. Как видно, динамическое загрязнение атмосферы происходит, главным образом, в нижних ее слоях, а долговременные изменения вследствие загрязнений воздействуют на всю земную атмосферу.
Таблица 8.1
Классификация загрязнения атмосферы
Проблема |
Масштаб |
Компетенция организации |
||
по региону |
по высоте |
по времени |
||
Глобальная |
Глобальный |
Атмосфера |
Десятилетие |
Международных |
Континентальная |
Континентальный |
Стратосфера |
Годы |
|
Государственная |
Государственный |
Тропосфера |
Месяцы |
Государственных |
Промышленного конгломерата |
Обширный район |
Недели |
Региональных |
|
Малая зона |
Нижний слой |
Дни |
||
Города |
Городской |
До 500 – 1500 м |
||
Локальная |
Непосредственное окружение источника |
Высота дымовой трубы |
Часы |
При оценке загрязнения атмосферы важен также период времени, в течение которого загрязняющие вещества сохраняются в ней. В таблице 8.2 приведены данные о среднем времени пребывания некоторых веществ в атмосфере, которые были опубликованы Молданом и Месарошем /9/.
Таблица 8.2
Время пребывания веществ в атмосфере
Элемент или соединение |
Формула |
Среднее время пребывания в атмосфере |
Гелий |
Не |
107 лет |
Азот |
N2 |
106 – 2 · 107 лет |
Кислород |
02 |
5·103 – 104 лет |
Диоксид углерода |
СО2 |
5 – 10 лет |
Водород |
Н2 |
4 – 8 лет |
Метан |
СН4 |
4 – 7 лет |
Оксид диазота |
N2O |
2,5 – 4 года |
Озон |
О3 |
0,3 – 2 года |
Оксид углерода |
СО |
0,2 – 0,5 лет |
Диоксид азота |
NO2 |
8 – 11 суток |
Продолжение табл. 8.2
Элемент или соединение |
Формула |
Среднее время пребывания в атмосфере |
Вода |
Н2О |
10 суток |
Сульфат-ион |
|
10 суток |
Оксид азота |
NO |
9 суток |
Аммиак |
NH3 |
5 – 6 суток |
Ион аммония |
|
6 суток |
Нитрат-ион |
|
5 суток |
Диоксид серы* |
SO2 |
2 – 4 суток |
Дигидросульфид |
H2S |
0,5 – 4 суток |
Органический углерод (за исключением связанного в СН4 и галогенуглеродов) |
– |
2 суток |
* Установлено, что количество диоксида серы в атмосфере в течение 24 ч сокращается наполовину, т.е. по истечении 4 суток остаточное содержание его составляет около 6 % от исходного содержания. Это время пребывания еще более сокращается за счет вымывания дождями |
В зависимости от места образования следует различать первичное загрязнение (результат выброса из источника собственно загрязняющих веществ) и вторичное загрязнение (результат химических превращений веществ в атмосфере).
Иногда вместо термина «вторичное загрязнение» применяют выражение «химизм атмосферы». При этом в рассмотрение принимаются:
· основные химические реакции (например, окисление), приводящие к изменениям газообразных веществ в атмосфере;
· изменения степени агрегирования (например, превращение некоторых газообразных веществ в тонкодисперсные твердые частицы, которые остаются в верхних слоях атмосферы);
· фотохимические превращения, в которых в результате сложных взаимодействий загрязняющих веществ, озона и других компонентов природной атмосферы в сочетании с солнечным излучением образуются фотохимические смоги.
На рисунке 8.2 в соответствии с данными Хьюсара /9, 28/ приведены данные о времени пребывания тонкодисперсных частиц в атмосфере. В непосредственной близости от поверхности земли этот период составляет от 1 до 5 суток, в тропосфере – от 5 до 10 суток, а в стратосфере – порядка 1 года.