Как влияет загрязненный воздух на человека. Влияние загрязнений на здоровье человека
Воздействие загрязнителей воздуха на организм человека может быть как прямым, так и косвенным.
К прямому вредному влиянию на организм человека следует отнести воздействие воздуха, насыщенного пылью разнообразного происхождения - частицами горных пород, почвы, сажи, золы. Общее количество пыли, ежегодно поступающей в атмосферу Земли, оценивается в 2 млрд. т, причем антропогенные аэрозоли составляют 10-20%. При длительном вдыхании запыленного воздуха у людей и домашних животных возникает болезнь, получившая название пыльной пневмонии.
К косвенному вредному влиянию следует отнести запыленность воздуха в городах. С увеличением запыленности атмосферы над крупными городами снижается прямая солнечная радиация. В их центрах суммарная солнечная радиация на 20-50% ниже, чем в пригородах. Существенно уменьшается поступление ультрафиолетовых лучей. Это приводит к увеличению в городском воздухе болезнетворных бактерий. В запыленном воздухе резко возрастает число ядер конденсации воды. В результате этого количество туманных и облачных дней в крупных городах в несколько раз больше, чем за их пределами.
Существующее загрязнение воздуха представляет собой сложную смесь. В атмосфере присутствуют твердые, жидкие и газообразные вещества, результаты многих реакций. Поэтому влияние озона, диоксида азота или частиц РМ, отдельно взятых, оценить достаточно сложно, оно может быть усилено смесью всех других загрязняющих атмосферу веществ. Смесь создается, например, под влиянием солнечной радиации, когда происходит взаимодействие диоксида азота с органическими компонентами и образуется озон.
Характерным загрязнителем воздуха, занимающим первое место среди других (около 30 % всего объема загрязнений), является продукт неполного окисления углерода – СО – оксид углерода или угарный газ.
Концентрация этого газа, превышающая предельно допустимую, способствует отложению липидов на стенках кровеносных сосудов, ухудшая их проводимость, приводит к физиологическим изменениям в организме человека. Объясняется это тем, что СО – исключительно агрессивный газ, легко соединяющийся с гемоглобином. При соединении образуется карбоксигемоглобин, повышение содержания которого в крови (сверх нормы, равной 0,4 %) сопровождается:
Ухудшением остроты зрения и способности оценивать длительность интервалов времени;
Нарушением некоторых психомоторных функций головного мозга (при содержании 2-5 %);
Изменениями деятельности сердца и легких (при содержании более 5 %);
Головными болями, сонливостью, спазмами, нарушениями дыхания и в некоторых случаях смертью (при содержании более 10 %).
Степень воздействия оксида углерода на организм зависит не только от его концентрации, но и от времени пребывания (экспозиции) человека в загазованном СО воздухе. К счастью, образование карбоксигемоглобина в крови – процесс обратимый: после прекращения вдыхания СО начинается его постепенный вывод из крови; у здорового человека содержание СО в крови каждые 3–4 часа уменьшается в 2 раза.
Оксид углерода – очень стабильное вещество, время его жизни в атмосфере составляет 2–4 мес. При ежегодном поступлении 350 млн. т концентрация СО в атмосфере должна была бы увеличиваться примерно на 0,03 млн. т/год. Однако этого, к счастью, не наблюдается, чем человечество обязано, в основном, почвенным грибам, очень активно разлагающим СО (положительную роль играет также переход СО в СО 2).
Среди соединений серы наиболее токсичными для человеческого организма являются ее диоксид (SO 2) и серный ангидрид (SO 3). В комбинации с взвешенными частицами и влагой они оказывают наиболее вредное воздействие на живые организмы. SO 2 – бесцветный и негорючий газ; в смеси с твердыми частицами (при концентрации дыма 150-200 мкг/м 3) приводит к нарастанию симптомов затрудненного дыхания и обострению болезней легких, а при концентрации дыма 500–750 мкг/м 3 резко увеличивается число больных и повышается количество смертельных исходов. Бронхиальная астма – наиболее частое заболевание у людей, дышащих воздухом с повышенным содержанием диоксида серы. Установлена тесная связь повышенной смертности от бронхитов с повышенной концентрацией диоксида серы в воздухе.
Оксиды азота и некоторые другие вещества.
Оксиды азота (наиболее ядовит диоксид азота – NO 2), соединяясь при участии ультрафиолетовой солнечной радиации с углеводородами (среди которых наибольшей реакционной способностью обладают олефины), образуют пероксиацетилнитрат (ПАН) и другие фотохимические окислители, в том числе пероксибензоилнитрат (ПБН), озон, перекись водорода, диоксид азота. Эти окислители – основные составляющие фотохимического смога, который часто возникает в сильно загрязненных городах, расположенных в низких широтах северного и южного полушарий.
Оценка скорости фотохимических реакций, приводящих к образованию ПАН, ПБН и озона, показывает, что в ряде южных городов летом в околополуденные часы (когда велик приток ультрафиолетовой радиации) эти скорости превосходят значения, при которых начинает образовываться смог. Так, в Одессе и других городах при наблюдаемых уровнях загрязнения воздуха максимальная скорость образования СО достигала 0,70-0,86 мг/м 3 в час, в то время как смог возникает уже при скорости 0,35 мг/м 3 в час.
Наличие в составе ПАН диоксида азота и йодистого калия придает смогу коричневый оттенок. При высокой концентрации ПАН выпадает на землю в виде клейкой жидкости, губительно действующей на растительный покров.
Все окислители – в первую очередь ПАН и ПБН – сильно раздражают слизистую оболочку глаз и вызывают воспаление. В комбинации с озоном эти вещества раздражают носоглотку, приводят к спазмам сосудов, а при высокой концентрации (свыше 3–4 мг/м 3) способствуют появлению сильного кашля.
Назовем некоторые другие загрязняющие воздух вещества, вредно действующие на человека. Установлено, что у людей, профессионально имеющих дело с асбестом, повышена вероятность раковых заболеваний. Бериллий оказывает вредное воздействие на дыхательные пути, а также на кожу и глаза. Пары ртути нарушают работу центральной нервной системы и почек. Поскольку ртуть может накапливаться в организме, то в конечном итоге ее воздействие приводит к расстройству умственных способностей человека. Отрицательно действуют на нервную систему соединения свинца. Проникая через кожу и накапливаясь в крови, свинец снижает активность ферментов, участвующих в насыщении крови кислородом. Это, в свою очередь, нарушает нормальные обменные процессы.
Как уже отмечалось выше, атмосфера содержит большое количество разнообразных веществ, сложную смесь субстанций, находящихся в твердом, газообразном и жидком состоянии.
Твердые вещества по своему составу и размерам не однородны, они состоят из органических и неорганических веществ. В составе твердых веществ в атмосферном воздухе содержатся бенз(а)пирен, металлы, их окислы и многие вторичные продукты реакций. Размеры твердых частиц, находящихся в атмосфере, составляют от нескольких десятков нанометров до сотен микрометров.
В последнее десятилетие среди взвешенных веществ стали выделять частицы размером менее 10 мкм. Международная организация по стандартизации разработала определения для этих малых частиц. Выделяют частицы диаметром 10 мкм, которые названы РМ 10 , и более мелкие – диаметром менее 2,5 мкм, названные РМ 2,5 . В книге «Мониторинг качества атмосферного воздуха для оценки воздействия на здоровье человека», изданной Европейским отделением ВОЗ (Европейская серия, №85. 293 с. 38), содержится определение понятий этих частиц.
Частицы с аэродинамическим диаметром 10 мкм и менее в основном составляют респирабельную фракцию общих взвешенных частиц, т.е. ту их часть, которая попадает в организм, минуя гортань.
Частицы с аэродинамическим диаметром 2,5 мкм и менее составляют респирабельную часть общих взвешенных частиц, проникающих в нецилиарную область дыхательных путей у лиц из групп высокого риска (дети и взрослые с определенными легочными заболеваниями).
В материалах, подготовленных Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ), сказано, что около 6,4 млн. лет здоровой жизни потеряно из-за длительного воздействия на человека частиц содержащихся в атмосфере.
В городах вследствие увеличивающегося загрязнения воздуха неуклонно растет число больных, страдающих хроническим бронхитом, эмфиземой, раком легких, различными аллергическими заболеваниями.
В современных условиях организм человека подвергается комбинированному – одновременному или последовательному воздействию вредных веществ при одном и том же пути поступления.
Эти действия проявляются следующим образом:
Аддитивное действие – суммарный эффект смеси равен сумме эффектов действующих компонентов, что указывает на однонаправленность их действия;
Потенцированное действие (синергизм) – одно вещество усиливает действие другого, в результате совместное действие больше аддитивного; наблюдается только при остром отравлении;
Антагонистическое действие – одно вещество ослабляет действие другого, в результате совместное действие меньше аддитивного;
Независимое действие – комбинированный эффект не отличается от изолированного действия каждого вредного вещества; это смеси продуктов сгорания, пыли и др.
Проблемы экологии крупных городов напрямую связаны с высокой концентрацией автомобильного транспорта и предприятий промышленности, расположенных на сравнительно небольших территориях. В результате этого нарушается хрупкое экологическое равновесие.
Проводимыми в разное время исследованиями подтверждается тот факт, что межу выбросами в атмосферу смеси разнообразных загрязнителей и широким спектром заболеваний существует прямая связь. Однако связать возникшую болезнь с каким-либо одним загрязнителем можно не часто. В основном на здоровье воздействует комплекс вредных выбросов.
Как влияет на здоровье загрязненный воздух?
Как установили ученые, около 10 % вредных веществ попадают в воздушную атмосферу вследствие природных явлений. Например, из-за вулканических извержений, сопровождающихся выбросами пепла, а также попаданием в атмосферу кислот, в том числе серы, и вредных для здоровья ядовитых газов.
Помимо этого, серную кислоту поставляют в воздушную атмосферу разлагающиеся остатки растений. Кроме того, свою лепту в загрязнение воздуха вносят лесные пожары. Они являются источниками задымлений, которые обволакивают значительные площади земной поверхности. Свой негативный вклад вносят и пыльные бури.
Нужно сказать, что воздух, который мы вдыхаем, насыщен различными микроорганизмами, в том числе пыльцой, бактериями, грибками плесени. Это в значительной степени влияет на здоровье многих людей, вызывая аллергию, приступы астмы, инфекционные заболевания.
Оставшиеся 90 % веществ загрязняющих воздух являются продуктами промышленности. Главными их источниками являются выбросы и дым от сжигания топлива на электростанциях, многочисленные открытые участки хранения ТБО (твердых бытовых отходов), а также разнообразные смешанные источники.
Вредные вещества, которые попадают в атмосферу, разносятся на значительные расстояния, после чего выпадают на землю в виде твердых частиц, химических соединений, которые растворены в атмосферных осадках.
Пути воздействия грязного воздуха на здоровье человека
Вредные вещества оказывают негативное влияние на здоровье человека несколькими путями:
Вредные вещества, ядовитые газы попадают напрямую в дыхательную систему человека.
Загрязнения повышают кислотность атмосферных осадков. Выпадая в качестве дождя и снега, вредные вещества нарушают химический состав почвы и воды.
Попадая в атмосферу, они вызывают определенные химические реакции в воздушной атмосфере, которые провоцируют более продолжительное воздействие солнечной радиации на живые организмы.
Глобально изменяют химический состав, температуру воздуха, создавая, таким образом, неблагоприятные условия для выживания.
Какие заболевания провоцирует загрязнение воздуха?
Вредные вещества, находящиеся в атмосфере, по-разному воздействуют на людей. Это зависит от степени здоровья человека, объема его легких, а также длительности времени, проведенного в загрязненной атмосфере.
Вдыхаемые крупные твердые частицы оказывают негативное воздействие на верхние дыхательные пути. Малые частицы и ядовитые вещества попадают в мелкие дыхательные пути, а также альвеолы легких.
Постоянное, длительное и регулярное воздействие вредных веществ из вдыхаемого воздуха и табачного дыма нарушает защитную систему человека. В результате чего возникают заболевания системы дыхания: аллергическая астма, хронические бронхиты, рак и эмфизема легких. Причем, люди, постоянно дышащие загрязненным воздухом, могут испытать все последствия этого не сразу, а в отдаленной перспективе.
Как установили ученые, грязный воздух в городах значительно увеличивает число обращений граждан к услугам скорой помощи и последующей госпитализацией в связи с заболеваниями легких, сердца и инсультами.
Ранее исследования проводились исключительно по факту негативного воздействия грязной атмосферы на дыхательную систему человека, так как именно она является органом первичного контакта с загрязняющими веществами. Однако в последнее время появляется все больше фактов, показывающих, что от этого страдают не только органы дыхания, но и сердце человека.
Заболевания, вызываемые вредными веществами, находящимися в воздушной атмосфере, фиксируются все чаще. К ним, прежде всего, нужно отнести острые и хронические бронхиты с выделением мокроты, инфекционные заболевания легких, онкологические болезни органов дыхательной системы, заболевания сердца, инсульты и инфаркты.
Кроме того, данными исследований подтвержден тот факт, что ядовитые вещества, содержащиеся в выхлопных газах, негативно сказываются на беременных женщинах. Они способны вызывать задержку развития плода, а также могут спровоцировать преждевременные роды.
Атмосферный воздух и здоровье населения
В заключение:
Согласно предоставленному отчету ETC/ACC (европейский тематический центр, изучающий качество атмосферного воздуха и изменение климата), каждый год в 27 странах – членах ЕС фиксируется 455 000 случаев ранней смерти от загрязнений воздуха.
Вообще, примерно 85% всех болезней современного человека связано с постоянно ухудшающимися условиями окружающей среды, которые возникают по его же вине.
Но помимо этого, кроме известных науке заболеваний, появляются новые, неизвестные и неизученные недуги, причины возникновения которых, очень сложно установить. В связи с этим, нельзя забывать о том, что здоровье человека – это самый важный из его капиталов. Он подарен ему природой изначально, и если его потерять, очень трудно будет восполнить впоследствии. Помните об этом и будьте здоровы!
Светлана, www.сайт
4.2 Влияние загрязнений на здоровье человека
Масса атмосферы нашей планеты ничтожна - всего лишь одна миллионная массы Земли. Однако ее роль в природных процессах биосферы огромна. Наличие вокруг земного шара атмосферы определяет общий тепловой режим поверхности нашей планеты, защищает ее от вредного космического и ультрафиолетового излучений. Циркуляция атмосферы оказывает влияние на местные климатические условия, а через них - на режим рек, почвенно-растительный покров и на процессы рельефообразования.
Современный газовый состав атмосферы - результат длительного, многовекового исторического развития земного шара. Он представляет собой в основном газовую смесь двух компонентов - азота (78,09%) и кислорода (20,95%). В норме в нем присутствуют также аргон (0,93%), углекислый газ (0,03%) и незначительные количества инертных газов (неон, гелий, криптон, ксенон), аммиака, метана, озона, диоксидов серы и других газов. Наряду с газами в атмосфере содержатся твердые частицы, поступающие с поверхности Земли (например, продукты горения, вулканической деятельности, частицы почвы) и из космоса (космическая пыль), а также различные продукты растительного, животного или микробного происхождения. Кроме того, важную роль в атмосфере играет водяной пар (11, с. 117).
Наибольшее значение для различных экосистем имеют три газа, входящих в состав атмосферы: кислород, углекислый газ и азот. Эти газы участвуют в основных биогеохимических циклах.
В связи с быстрым развитием автотранспорта и авиации существенно увеличилась доля выбросов, поступающих в атмосферу от подвижных источников: грузовых и легковых автомобилей, тракторов, тепловозов и самолетов. Наибольшее количество загрязняющих веществ выбрасывается при разгоне автомобиля, особенно при быстром, а также при движении с малой скоростью. Относительная доля (от общей массы выбросов) углеводородов и оксида углерода наиболее высока при торможении и на холостом ходу, доля оксидов азота - при разгоне. Из этих данных следует, что автомобили особенно сильно загрязняют воздушную среду при частых остановках и при движении с малой скоростью.
В последние 10 - 15 лет большое внимание уделяется исследованию тех эффектов, которые могут возникнуть в связи с полетами сверхзвуковых самолетов и космических кораблей. Эти полеты сопровождаются загрязнением стратосферы оксидами азота и серной кислотой (сверхзвуковые самолеты), а также частицами оксида алюминия (транспортные космические корабли). Поскольку эти загрязняющие вещества разрушают озон, то первоначально создалось мнение (подкрепленное соответствующими модельными расчетами), что планируемый рост числа полетов сверхзвуковых самолетов и транспортных космических кораблей приведет к существенному уменьшению содержания озона со всеми последующими губительными воздействиями ультрафиолетовой радиации на биосферу Земли (1, с. 56).
К числу вредных для человека загрязнений атмосферы относятся шумы. Раздражающее воздействие звука (шума) на человека зависит от его интенсивности, спектрального состава и продолжительности воздействия. Шумы со сплошными спектрами менее раздражительны, чем шумы узкого интервала частот. Наибольшее раздражение вызывает шум в диапазоне частот 3000 - 5000 Гц.
Работа в условиях повышенного шума на первых порах вызывает быструю утомляемость, обостряет слух на высоких частотах. Затем человек как бы привыкает к шуму, чувствительность к высоким частотам резко падает, начинается ухудшение слуха, которое постепенно развивается в тугоухость и глухоту. При интенсивности шума 140 - 145 децибел возникают вибрации в мягких тканях носа и горла, а также в костях черепа и зубах; если интенсивность превышает 140 Дб, то начинает вибрировать грудная клетка, мышцы рук и ног, появляются боль в ушах и голове, крайняя усталость и раздражительность; при уровне шума свыше 160 Дб может произойти разрыв барабанных перепонок (1, с. 89 – 93).
Шум губительно действует не только на слуховой аппарат, но и на центральную нервную систему человека, работу сердца, служит причиной многих других заболеваний. Одним из наиболее мощных источников шума являются вертолеты и самолеты особенно сверхзвуковые.
Шумы, создаваемые самолетами, вызывают ухудшение слуха и другие болезненные явления у работников наземных служб аэропорта, а также у жителей населенных пунктов, над которыми пролетают самолеты. Отрицательное воздействие на людей зависит не только от уровня максимального шума, создаваемого самолетом при полете, но и от продолжительности действия, общего числа пролетов за сутки и фонового уровня шумов. На интенсивность шума и площадь распространения существенное влияние оказывают метеорологические условия: скорость ветра, распределение ее и температуры воздуха по высоте, облака и осадки.
Особенно острый характер проблема шума приобрела в связи с эксплуатацией сверхзвуковых самолетов. С ними связаны шумы, звуковой удар и вибрация жилищ вблизи аэропортов. Современные сверхзвуковые самолеты порождают шумы, интенсивность которых значительно превышает предельно допустимые нормы.
Все загрязняющие атмосферный воздух вещества в большей или меньшей степени оказывают отрицательное влияние на здоровье человека. Эти вещества попадают в организм человека преимущественно через систему дыхания. Органы дыхания страдают от загрязнения непосредственно, поскольку около 50% частиц примеси радиусом 0,01 - 0,1мкм, проникающих в легкие, осаждаются в них (15, с. 63).
Проникающие в организм частицы вызывают токсический эффект, поскольку они:
а) токсичны (ядовиты) по своей химической или физической природе;
б) служат помехой для одного или нескольких механизмов, с помощью которых нормально очищается респираторный (дыхательный) тракт;
в) служат носителем поглощенного организмом ядовитого вещества.
В некоторых случаях воздействие одни из загрязняющих веществ в комбинации с другими приводят к более серьезным расстройствам здоровья, чем воздействие каждого из них в отдельности. Статистический анализ позволил достаточно надежно установить зависимость между уровнем загрязнения воздуха и такими заболеваниями, как поражение верхних дыхательных путей, сердечная недостаточность, бронхиты, астма, пневмония, эмфизема легких, а также болезни глаз. Резкое повышение концентрации примесей, сохраняющееся в течение нескольких дней, увеличивает смертность людей пожилого возраста от респираторных и сердечно-сосудистых заболеваний. В декабре 1930 года в долине реки Маас (Бельгия) отмечалось сильное загрязнение воздуха в течение 3 дней; в результате сотни людей заболели, а 60 человек скончались - это более чем в 10 раз выше средней смертности. В январе 1931 года в районе Манчестера (Великобритания) в течение 9 дней наблюдалось сильное задымление воздуха, которое явилось причиной смерти 592 человек (21, с. 72).
Широкую известность получили случаи сильного загрязнения атмосферы Лондона, сопровождавшиеся многочисленными смертельными исходами. В 1873 году в Лондоне было отмечено 268 непредвиденных смертей. Сильное задымление в сочетании с туманом в период с 5 по 8 декабря 1852 года привело к гибели более 4000 жителей Большого Лондона. В январе 1956 года около 1000 лондонцев погибли в результате продолжительного задымления. Большая часть тех, кто умер неожиданно, страдали от бронхита, эмфиземы легких или сердечно-сосудистыми заболеваниями (21, с. 78).
В городах вследствие постоянно увеличивающегося загрязнения воздуха неуклонно растет число больных, страдающих такими заболеваниями, как хронический бронхит, эмфизема легких, различные аллергические заболевания и рак легких. В Великобритании 10% случаев смертельных исходов приходится на хронический бронхит, при этом 21 процент населения в возрасте 40 - 59 лет страдает этим заболеванием. В Японии в ряде городов до 60% жителей болеют хроническим бронхитом, симптомами которого является сухой кашель с частыми отхаркиваниями, последующее прогрессирующее затруднение дыхания и сердечная недостаточность. В связи с этим следует отметить, что так называемое японское экономическое чудо 50 - 60-х годов сопровождалось сильным загрязнением природной среды одного из наиболее красивых районов земного шара и серьезным ущербом, причиненным здоровью населения этой страны. В последние десятилетия с вызывающей сильную озабоченность быстротой растет число заболевших раком бронхов и легких, возникновению которых способствуют канцерогенные углеводороды (19, с. 107).
Животных находящиеся в атмосфере и выпадающие вредные вещества поражают через дыхательные органы и проникают в организм вместе со съедобными запыленными растениями. При поглощении больших количеств вредных загрязняющих веществ животные могут получить острые отравления. Хроническое отравление животных фтористыми соединениями получило среди ветеринаров название «промышленный флюороз», который возникает при поглощении животными корма или питьевой воды, содержащих фтор. Характерными признаками являются старение зубов и костей скелета.
Пчеловоды некоторых районов ФРГ, Франции и Швеции отмечают, что вследствие отравления фтором, оседающим на медоносных цветах, наблюдается повышенная смертность пчел, уменьшается количество меда и резко снижается численность пчелиных семей (11, с. 120).
Действие молибдена на жвачных животных наблюдалось в Англии, в штате Калифорния (США) и в Швеции. Молибден, проникающий в почву, препятствует поглощению растениями меди, а отсутствие меди в пище у животных вызывает потерю аппетита, веса. При отравлении мышьяком на теле крупного рогатого скота появляются изъязвления.
В ФРГ наблюдали сильное отравление свинцом и кадмием серых куропаток и фазанов, а в Австрии свинец накапливался в организмах зайцев, которые питались травой вдоль автострад. Трех таких зайцев, съеденных за одну неделю, вполне достаточно, чтобы человек мог заболеть в результате свинцового отравления (11, с. 118).
Заключение
На сегодняшний день в мире существует множество экологических проблем: начиная от исчезновения некоторых видов растений и животных и заканчивая угрозой вырождения человеческой расы. Экологическое действие загрязняющих агентов может проявляться по-разному: оно может затрагивать либо отдельные организмы (проявляться на организменном уровне), либо популяции, биоценозы, экосистемы и даже биосферу в целом.
На организменном уровне может происходить нарушение отдельных физиологических функций организмов, изменение их поведения, снижение темпов роста и развития, снижение устойчивости к воздействиям иных неблагоприятных факторов внешней среды.
На уровне популяций загрязнение может вызывать изменение их численности и биомассы, рождаемости, смертности, изменения структуры, годовых циклов миграций и ряда других функциональных свойств.
На биоценотическом уровне загрязнение сказывается на структуре и функциях сообществ. Одни и те же загрязняющие вещества по-разному влияют на разные компоненты сообществ. Соответственно меняются количественные соотношения в биоценозе, вплоть до полного исчезновения одних форм и появления других. В конечном счете происходит деградация экосистем, ухудшение их как элементов среды человека, снижение положительной роли в формировании биосферы, обесценение в хозяйственном отношении.
Таким образом, на основании всего вышеизложенного, можно сделать следующие выводы:
1. За последние сто лет развитие промышленности «одарило» нас такими производственными процессами, последствия которых вначале человек еще не мог себе представить. Возникли фабрики, заводы, города-миллионеры, рост которых остановить нельзя. На сегодняшний день существуют три основных источника загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт. Доля каждого из этих источников в общем загрязнении воздуха сильно различается в зависимости от места их расположения. Однако сейчас общепризнанно, что наиболее сильно загрязняет воздух промышленное производство.
2. Любые формы загрязнения водоёмов наносят огромный вред природным экосистемам и приводят к пагубному изменению среды обитания человека. Эффекты антропогенного воздействия на водную среду проявляются на индивидуальном и популяционно-биоценотическом уровнях, и длительное действие загрязняющих веществ приводит к упрощению экосистемы.
3. Почвенный покров Земли представляет собой важнейший компонент биосферы Земли. Именно почвенная оболочка определяет многие процессы, происходящие в биосфере. Важнейшее значение почв состоит в аккумулировании органического вещества, различных химических элементов, а также энергии. Почвенный покров выполняет функции биологического поглотителя, разрушителя и нейтрализатора загрязнений различного рода. Если это звено биосферы будет разрушено, то сложившееся функционирование биосферы необратимо нарушится.
На данный момент в мире существует много теорий, в которых большое внимание уделяется нахождению наиболее рациональных путей решения экологических проблем. Но, к сожалению, на бумаге все оказывается значительно проще, чем в жизни.
Воздействие человека на окружающую среду приняло угрожающие масштабы. Чтобы в корне улучшить положение, понадобятся целенаправленные и продуманные действия. Ответственная и действенная политика по отношению к окружающей среде будет возможна лишь в том случае, если мы накопим надёжные данные о современном состоянии среды, обоснованные знания о взаимодействии важных экологических факторов, если разработает новые методы уменьшения и предотвращения вреда, наносимого природе человеком.
На наш взгляд, для предотвращения дальнейшего загрязнения окружающей среды в первую очередь необходимо:
Усилить внимание к вопросам охраны природы и обеспечения рационального использования природных ресурсов;
Установить систематический контроль за использованием предприятиями и организациями земель, вод, лесов, недр и других природных богатств;
Усилить внимание к вопросам по предотвращению загрязнений и засоления почв, поверхностных и подземных вод;
Уделять большое внимание сохранению водоохранных и защитных функций лесов, сохранению и воспроизводству растительного и животного мира, предотвращению загрязнения атмосферного воздуха;
Усилить борьбу с производственным и бытовым шумом.
Охрана природы - задача нашего века, проблема, ставшая социальной. Снова и снова мы слышим об опасности, грозящей окружающей среде, однако до сих пор многие из нас считают их неприятным, но неизбежным порождением цивилизации и полагают, что мы ещё успеем справиться со всеми выявившимися затруднениями. Экологическая проблема - это одна из наиболее важных задач человечества. И уже сейчас люди должны это понимать и принимать активное участие в борьбе за сохранение природной среды. Причем везде: и в маленьком городе Балашове, и в Саратовской области, и в России, и во всем мире. От решения этой глобальной проблемы зависит, без малейшего преувеличения, будущее всей планеты.
Литература
1. Агаджанян, Н.А., Торшин, В.И. Экология человека / Под ред. В. И. Торшина. - М.,1994.
2. Агесс, П. Ключи к экологии / П. Агесс. - Л., 1982.
3. Артамонов, В.И. Растения и чистота природной среды / В. И. Артамонов. – М., 1986.
4. Богдановский, Г. А. Химическая экология / Отв. ред. Г. А. Богдановский. – М., 1994.
5. Болбас, М. М. Основы промышленной экологии / Под ред. М. М. Болбас. – М., 1993.
6. Владимиров, А. М. Охрана окружающей среды / А. М. Владимиров и др. – СПб., 2001.
7. Добровольский, Г. В., Гришина, Л. А. Охрана почв / Г. В. Добровольский. - М., 1985.
8. Дронова, Т. Я. Влияние атмосферного загрязнения на свойства почв / Т. Я. Дронова. - М., 1990.
9. Израэль, Ю.А., Ровинский Ф.Я. Берегите биосферу / Ю. А. Израэль и др. – М., 1987.
10. Ильин, В. Б. Тяжёлые металлы в системе «почва-растение» / В. Б. Ильин. - Новосибирск, 1991.
11. Криксунов, Е. А., Пасечник, В.В., Сидорин, А.П. Экология. Уч. пособие / Под ред. Е. А. Криксунова и др. – М., 1995.
12. Круглов, Ю. В. Микрофлора почвы и пестициды / Ю. В. Круглов. - М., 1991.
13. Куллини, Дж. Леса. Моря / Дж. Куллини. – Л., 1981.
14. Плотников, В.В. На перекрестках экологии / В. В. Плотников. – М., 1985.
15. Протасов, В. Ф. и др. Экология, здоровье и природопользование в России / Под ред. В. Ф. Протасова. – М., 1995.
16. Рэуце, Н., Кырста, С. Борьба с загрязнением почвы / Н. Рэуце и др. - М., 1986.
17. Соколова, Т. А. и др. Изменение почв под влиянием кислотных выпадений / Под ред. Т. А. Соколовой. - М., 1993.
18. Федоров, Л. А. Диоксины в питьевой воде / Л. А. Федоров // Химия и жизнь. - №8. – 1995.
19. Хефлинг, Г. Тревога в 2000 году / Г. Хефлинг. - М., 1990.
20. Щебек, Ф. Вариации на тему одной планеты / Ф. Щебек. – М., 1972.
21. Черняк, В.З. Семь чудес и другие / В. З. Черняк. - М., 1983.
Приложение 1
Поступление веществ (в млн. т/год) в город с населением 1 млн. человек
Название вещества Количество
Чистая вода 470,0
Воздух 50,2
Минерально-строительное сырье 10,0
Сырая нефть 3,6
Сырье черной металлургии 3,5
Природный газ 1,7
Жидкое топливо 1,6
Горно-химическое сырье 1,5
Сырье цветной металлургии 1,2
Техническое растительное сырье 1,0
Сырье пищевой промышленности,
готовые продукты питания 1,0
Энергохимическое сырье 0,22
Приложение 2
Выбросы (в тыс.т/год) в атмосферу
города с населением 1 млн. человек
Ингредиенты атмосферных выбросов Количество
Вода (пар, аэрозоль) 10800
Углекислый газ 1200
Сернистый ангидрид 240
Окись углерода 240
Углеводороды 108
Окислы азота 60
Органические вещества
(фенолы, бензол, спирты, растворители, жирные кислоты) 8
Хлор, аэрозоли соляной кислоты 5
Сероводород 5
Аммиак 1,4
Фториды (в перерасчете на фтор) 1,2
Сероуглерод 1,0
Цианистый водород 0,3
Соединения свинца 0,5
Никель (в составе пыли) 0,042
ПАУ (в том числе бензопирен) 0,08
Мышьяк 0,031
Уран (в составе пыли) 0,024
Кобальт (в составе пыли) 0,018
Ртуть 0,0084
Кадмий (в составе пыли) 0,0015
Бериллий (в составе пыли) 0,0012
Приложение 3
Твердые и концентрированные отходы (в тыс.т/год) города с населением 1 млн. человек
Вид отходов Количество
Зола и шлаки ТЭЦ 550,0
Твердые осадки из общей канализации
(95% влажности) 420,0
Древесные отходы 400,0
Галитовые отходы 400,0
Сырой жом сахарных заводов 360,0
Твердые бытовые отходы* 350,0
Шлаки черной металлургии 320,0
Фосфогипс 140,0
Отходы пищевой промышленности
(без сахарных заводов) 130,0
Шлаки цветной металлургии 120,0
Осадки стоков химических заводов 90,0
Глинистые шламы 70,0
Строительный мусор 50,0
Пиритные огарки 30,0
Горелая земля 30,0
Хлорид кальция 20,0
Автопокрышки 12,0
Бумага (пергамент, картон, промасленная бумага) 9,0
Текстиль (ветошь, пух, ворс, промасленная ветошь) 8,0
Растворители (спирты, бензол, толуол и т.д.) 8,0
Резина, клеенка 7,5
Полимерные отходы 5,0
Костра от производственного льна 3,6
Отработанный карбид кальция 3,0
Стеклобой 3,0
Кожа, шерсть 2,0
Аспирационная пыль (кожа, перо, текстиль) 1,2
* Твердые бытовые отходы состоят из: бумага, картон - 35%, пищевые отходы - 30%, стекло - 6%, дерево - 3%, текстиль - 3,5%, черные металлы - 4%. Кости - 2,5%, пластмассы - 2%, кожа, резина - 1,5%, цветные металлы - 0,2%, прочее - 13,5%.
Приложение 4
Сточные воды (в тыс. тонн) города с населением 1 млн. человек
Показатель Количество
Взвешенные вещества 36,0
Фосфаты 24,0
Нефтепродукты 2,5
Синтетические поверхностно-активные вещества 0,6
В атмосферу, предельно допустимый сброс (ПДС) загрязняющих веществ в водоемы и предельно допустимое количество сжигаемого топлива (ПДТ). Эти нормативы устанавливаются для каждого источника поступления загрязнений в окружающую среду и тесно связаны с профилем работы, объемом и характером загрязнений конкретного предприятия цеха, агрегата. Градостроительные нормативы разрабатывают для обеспечения...
Взаимного расположения очистных камер и подготовительных выработок, форм и размеров очистных забоев и способов выкалывания монолитных блоков из массива. Глава 2. Технологический процесс добычи марганцевой руды используемый на ОАО "Орджоникидзевский горно-обогатительный комбинат" Наиболее чистый марганец получают в промышленности по способу советского электрохимика Р. И. Агладзе (...
В течение которого сумма приносимого этими затратами эффекта становится равной затратам. При расчете срока окупаемости необходимо учитывать, что экологические издержки позволяют не только снизить загрязнение окружающей среды, но и повысить эффективность производства. ОАО «МПОВТ» (головной завод) за март месяц 2008 г. произвел расчет по налогу за выбросы загрязняющих веществ в атмосферу в размере...
установок, дислокация предприятий, выбор единичных мощностей энергетического оборудования и многое другое). Цель данной работы – исследовать проблему тепловых выбросов в атмосферу и их влияние на окружающую среду. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: - охарактеризовать теплоэнергетику и её выбросы; - рассмотреть воздействие установок на атмосферу при...
На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор, как появилось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширился объем этого вмешательства, оно стало многообразнее, и сейчас грозит стать глобальной опасностью для человечества.
Человеку приходится все больше вмешиваться в хозяйство биосферы – той части нашей планеты, в которой существует жизнь. Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному воздействию. При этом можно выделить несколько наиболее существенных процессов, любой из которых не улучшает экологическую ситуацию на планете.
Наиболее масштабным и значительным является химическое загрязнение среды несвойственными ей веществами химической природы. Среди них газообразные и аэрозольные загрязнители промышленно-бытового происхождения. Прогрессирует и накопление углекислого газа в атмосфере. Не вызывает сомнений и значение химического загрязнения почвы пестицидами и ее повышенная кислотность, ведущая к распаду экосистемы. В целом все рассмотренные факторы, которым можно приписать загрязняющий эффект, оказывают заметное влияние на процессы, происходящие в биосфере.
Поговорка «необходим как воздух» не случайна. Народная мудрость не ошибается. Без пищи человек может прожить 5 недель, без воды – 5 суток, без воздуха – не более 5 минут. В большинстве мира воздух тяжёлый. То, чем он засорён, на ладони не ощутить, глазом не увидеть. Однако ежегодно на головы горожан падает до 100 кг загрязняющих веществ. Это твёрдые частицы (пыль, зола, сажа), аэрозоли, выхлопные газы, пары, дым и др. Многие вещества вступают в атмосфере в реакции между собой, образуя новые, часто ещё более токсичные соединения.
Среди веществ, вызывающих химическое загрязнение городского воздуха, наиболее распространены оксиды азота, серы (сернистый газ), угарный газ (окись углерода), углеводороды, тяжёлые металлы.
Загрязнение воздуха отрицательно сказывается на состоянии здоровья человека, на животных и растениях. Например, механические частицы, дым и копоть в воздухе вызывают лёгочные заболевания. Угарный газ, содержащийся в выхлопных выбросах автомобилей, в табачном дыму, приводит к кислородному голоданию организма, т. к. связывает гемоглобин крови. В выхлопных газах содержатся соединения свинца, вызывающие общую интоксикацию организма.
Что касается почвы, то можно отметить, что северные таежные почвы относительно молоды и неразвиты, поэтому частичное механическое разрушение не сказывается существенно на их плодородии по отношению к древесной растительности. Но срезание гумусового горизонта или насыпка грунта вызывает гибель корневищ ягодных кустарничков брусники и черники. А поскольку эти виды размножаются в основном корневищами, они исчезают на трассах трубопроводов и дорогах. Их место занимают хозяйственно менее ценные злаки и осоки, которые вызывают естественное задернение почвы и затрудняют естественное возобновление хвойных пород. Такая тенденция и характерна для нашего города: кислая почва по своему первоначальному составу и без того малоплодородна (учитывая бедную микрофлору почв и видовой состав почвенных животных), а также загрязнена токсичными веществами, поступающих из воздуха и талых вод. Почвы в городе в большинстве случаев перемешанные и насыпные с высокой степенью уплотнения. Опасно и вторичное засоление, возникающее при применении соляных смесей против дорожного обледенения, и процессы урбанизации, и применение минеральных удобрений.
Безусловно, посредством методов химического анализа можно установить присутствие вредных веществ в окружающей среде даже в самых незначительных количествах. Однако этого оказывается недостаточно для того, чтобы определить качественное воздействие этих веществ на человека и окружающую среду, и тем более, отдаленные последствия. К тому же можно лишь в неполной мере оценить угрозу со стороны содержащихся в атмосфере, воде, почве загрязняющих веществ, рассматривая влияние только отдельных веществ без их возможного взаимодействия с другими веществами. Поэтому контроль за качеством компонентов природы должен отслеживаться на более ранней стадии в целях предупреждения опасности. Окружающий нас мир растений чувствительнее и информативнее всяких электронных приборов. Этой цели могут служить специально подобранные виды растений, содержащиеся в соответствующих условиях, так называемые фитоиндикаторы, которые обеспечивают раннее распознавание возможной опасности для атмосферы и почв города, исходящей от вредных веществ.
Основные загрязняющие вещества
Человек загрязняет атмосферу уже тысячелетиями, однако последствия употребления огня, которым он пользовался весь этот период, были незначительны. Приходилось мириться с тем, что дым мешал дыханию, а сажа ложилась черным покровом на потолке и стенах жилища. Получаемое тепло было для человека важнее, чем чистый воздух и не закопченные стены пещеры. Это начальное загрязнение воздуха не представляло проблемы, ибо люди обитали тогда небольшими группами, занимая обширную нетронутую природную среду. И даже значительное сосредоточению людей на сравнительно небольшой территории, как это было в классической древности, не сопровождалось еще серьезными последствиями.
Так было вплоть до начала девятнадцатого века. Лишь за последние столетие развитие промышленности "одарило" нас такими производственными процессами, последствия которых вначале человек еще не мог себе представить. Возникли города-миллионеры, рост которых остановить нельзя. Все это результат великих изобретений и завоеваний человека.
В основном существуют три основных источника загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт. Доля каждого из этих источников в загрязнении воздуха сильно различается в зависимости от места. Сейчас общепризнанно, что наиболее сильно загрязняет воздух промышленное производство. Источники загрязнений – теплоэлектростанции, бытовые котельные, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ; металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в воздух окислы азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка; химические и цементные заводы. Вредные газы попадают в воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов. Атмосферные загрязнители разделяют на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения последних. Так, поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется до серного ангидрида, который взаимодействует с парами воды и образует капельки серной кислоты. При взаимодействии серного ангидрида с аммиаком образуются кристаллы сульфата аммония. Вот некоторые из загрязнителей: а) Оксид углерода. Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает при сжигании твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 1250млн. т. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.
б) Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд (до 170 млн. т. в год). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах. Только в США общее количество выброшенного в атмосферу сернистого ангидрида составило 65% от общемирового выброса.
в) Серный ангидрид. Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Листовые пластинки растений, произрастающих на расстоянии менее 11км. от таких предприятий, обычно бывает густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в местах оседания капель серной кислоты. Пирометаллургические предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида.
г) Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.
д) Окислы азота. Основными источниками выброса являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество окислов азота, поступающих в атмосферу, составляет 20 млн. т. в год.
е) Соединения фтора. Источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Фторосодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений – фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами.
ж) Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлоросодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией. В металлургической промышленности при выплавке чугуна и при переработке его на сталь происходит выброс в атмосферу различных металлов и ядовитых газов.
з) Диоксид серы (SO2) и серный ангидрид (SO3). В комбинации со взвешенными частицами и влагой оказывают наиболее вредное воздействие на человека, живые организмы и материальные ценности. SO2 - бесцветный и негорючий газ, запах которого начинает ощущаться при его концентрации в воздухе 0,3-1,0 млн. , а при концентрации свыше 3 млн. имеет острый раздражающий запах. Это один из самых распространенных загрязнителей атмосферы. Широко встречается как продукт металлургической и химической промышленности, полупродукт производства серной кислоты, главный компонент выбросов тепловых электростанций и многочисленных котельных, работающих на сернистых видах топлива, особенно на угле. Сернистый газ – один из главных компонентов, принимающих участие в образовании кислотных дождей. По своим свойствам бесцветен, ядовит, канцерогенен, имеет острый запах. Диоксид серы в смеси с твердыми частицами и серной кислотой уже при среднегодовом содержании 0,04-0,09 млн. и концентрации дыма 150-200 мкг/м3 приводит к увеличению симптомов затрудненного дыхания и болезней легких. Так при среднесуточном содержании SO2 0,2-0,5 млн. и концентрации дыма 500-750 мкг/м3 наблюдается резкое увеличение числа больных и смертельных исходов.
Малые концентрации SO2 при воздействии на организм раздражают слизистые оболочки, более высокие – вызывают воспаление слизистых носа, носоглотки, трахеи, бронхов, а иногда приводят к носовым кровотечениям. При длительном контакте открывается рвота. Возможны острые отравления со смертельным исходом. Именно сернистый газ был главным действующим компонентом знаменитого Лондонского смога 1952 года, когда погибло большое количество людей.
Предельно допустимая концентрация SO2 -10 мг/м3. порог запаха – 3-6 мг/м3. Первая помощь при отравлении сернистым газом – свежий воздух, свобода дыхания, кислородные ингаляции, промывание глаз, носа, полоскание носоглотки 2% раствором соды.
В черте нашего города выбросы в атмосферу осуществляются котельной и автотранспортом. В основном это углекислый газ, соединения свинца, оксиды азота, серы (сернистый газ), угарный газ (окись углерода), углеводороды, тяжёлые металлы. Месторождения практически не загрязняют атмосферу. Это подтверждают данные.
Но наличие далеко не всех загрязнителей можно определить при помощи фитоиндикации. Однако этот метод обеспечивает более раннее, по сравнению с инструментальным, распознаванием возможностей опасности, исходящей от вредных веществ. Спецификой этого метода является подбор растений – индикаторов, обладающих характерными чувствительными свойствами при контакте с вредными веществами. Методы биоиндикации, с учетом климатических и географических особенностей региона, могут быть успешно применены в качестве составной части отраслевого производственного экологического мониторинга.
Проблема контролирования выброса в атмосферу загрязняющих веществ промышленными предприятиями (ПДК)
Приоритет в области разработки предельно допустимых концентраций в воздухе принадлежит СССР. ПДК – такие концентрации, которые влияют на человека и его потомство прямого или косвенного воздействия, не ухудшают их работоспособности, самочувствия, а также санитарно-бытовых условий жизни людей.
Обобщение всей информации по ПДК, получаемой всеми ведомствами, осуществляется в ГГО – Главной Геофизической Обсерватории. Чтобы по результатам наблюдений определить значения воздуха, измеренные значения концентраций сравнивают с максимальной разовой предельно допустимо концентрацией и определяют число случаев, когда были превышены ПДК, а также во сколько раз наибольшее значение было выше ПДК. Среднее значение концентрации за месяц или за год сравнивают с ПДК длительного действия – среднеустойчивой ПДК. Состояние загрязнения воздуха несколькими веществами, наблюдаемые в атмосфере города, оценивается с помощью комплексного показателя – индекса загрязнения атмосферы (ИЗА). Для этого нормированные на соответствующее значение ПДК и средние концентрации различных веществ с помощью несложных расчетов приводят к величине концентраций сернистого ангидрида, а затем суммируют.
Степень загрязнения воздуха основными загрязняющими веществами находится в прямой зависимости от промышленного развития города. Наибольшие максимальные концентрации характерны для городов с численностью населения более 500тыс. жителей. Загрязнение воздуха специфическими веществами зависит от вида промышленности, развитой в городе. Если в крупном городе размещены предприятия нескольких отраслей промышленности, то создается очень высокий уровень загрязнения воздуха, однако проблема снижения выбросов до сих пор остается нерешенной.
ПДК (предельно допустимые концентрации) некоторых вредных веществ. ПДК, разработанные и утверждённые законодательством нашей страны, - это максимальный уровень содержания данного вещества, который человек может переносить без ущерба для здоровья.
В черте нашего города и за его пределами (на месторождениях) выбросы диоксида серы от производства (0,002-0,006) не превышают ПДК (0,5), выбросы общих углеводородов (менее 1) не превышают ПДК (1) . По данным УНИР концентрация массовых выбросов СО, NO, NO2 от котельных (паровых и водогрейных котлов) не превышает нормы ПДВ.
2. 3. Загрязнение атмосферы выбросами подвижных источников (автотранспорт)
Основной вклад в загрязнение воздуха вносят автомобили, работающие на бензине (в США на их долю приходится около 75%), затем самолеты (примерно 5%), автомобили с дизельными двигателями (около 4%), тракторы и сельскохозяйственные машины (около 4%), железнодорожный и водный транспорт (примерно 2%). К основным загрязняющим атмосферу веществам, которые выбрасывают подвижные источники (общее число таких веществ превышает 40%), относится оксид углерода, углеводороды (примерно 19%) и оксиды азота (около 9%). Оксид углерода (СО) и оксиды азота (NОх) поступают в атмосферу только с выхлопными газами, тогда как не полностью сгоревшие углеводороды (HnCm) поступают как вместе с выхлопными газами (это составляет примерно 60% от общей массы выбрасываемых углеводородов), так и из картера (около 20%), топливного бака (около 10%) и карбюратора (примерно 10%); твердые примеси поступают в основном с выхлопными газами (90%) и из картера (10%).
Наибольшее количество загрязняющих веществ выбрасывается при разгоне автомобиля, особенно при быстром, а также при движении с малой скоростью (из диапазона наиболее экономичных). Относительная доля (от общей массы выбросов) углеводородов и оксида углерода наиболее высока при торможении и на холостом ходу, доля оксидов азота – при разгоне. Из этих данных следует, что автомобили особенно сильно загрязняют воздушную среду при частых остановках и при движении с малой скоростью.
Создаваемые в городах системы движения в режиме "зеленой волны", существенно сокращающие число остановок транспорта на перекрестках, призваны сократить загрязнение атмосферного воздуха в городах. Большое влияние на качество и количество выбросов примесей оказывает режим работы двигателя, в частности, соотношение между массами топлива и воздуха, момент зажигания, качество топлива, отношение поверхности камеры сгорания к ее объему и др. При увеличении отношения массы воздуха и топлива, поступающих в камеру сгорания, сокращаются выбросы оксида углерода и углеводородов, но возрастает выброс оксидов азота.
Несмотря на то, что дизельные двигатели более экономичны, таких веществ, как СО, HnCm, NOх, выбрасывают не более чем бензиновые, они существенно больше выбрасывают дыма (преимущественно несгоревшего углерода), который к тому же обладает неприятным запахом создаваемом некоторыми несгоревшими углеводородами. В сочетании же с создаваемым шумом дизельные двигатели не только сильнее загрязняют среду, но и воздействуют на здоровье человека в гораздо большей степени, чем бензиновые.
Основные источники загрязнения атмосферы в городах – автотранспорт и промышленные предприятия. В то время как промышленные предприятия в черте города неуклонно снижают количество вредных выбросов, автомобильный парк представляет собой настоящее бедствие. Решению этой проблемы поможет перевод транспорта на высококачественный бензин, грамотная организация движения.
Ионы свинца накапливаются в растениях, но не проявляются внешне, т. к. ионы связываются со щавелевой кислотой, образуя оксолаты. Мы же в своей работе использовали фитоиндикацию по внешним изменениям (макроскопическим признакам) растений.
2. 4. Влияние загрязнения атмосферы на человека, растительный и животный мир
Все загрязняющие атмосферный воздух вещества в больше или меньшей степени оказывают отрицательное влияние на здоровье человека. Эти вещества попадают в организм человека преимущественно через систему дыхания. Органы дыхания страдают от загрязнения непосредственно, поскольку около 50% частиц примеси радиусом 0,01-0,1 мкм, проникающие в легкие, осаждаются в них.
Проникающие в организм частицы вызывают токсический эффект, поскольку они: а) токсичны (ядовиты) по своей химической или физической природе; б) служат помехой для одного или нескольких механизмов, с помощью которых нормально очищается респираторный (дыхательный) тракт; в) служат носителем поглощенного организмом ядовитого вещества.
3. ИССЛЕДОВАНИЕ АТМОСФЕРЫ С ПОМОЩЬЮ
РАСТЕНИЙ-ИНДИКАТОРОВ
(ФИТОИНДИКАЦИЯ СОСТАВА ВОЗДУХА)
3. 1. О методах фитоиндикации загрязнений наземных экосистем
Одним из важнейших направлений экологического мониторинга выступает сегодня фитоиндикация. Фитоиндикация – это один из способов биоиндикации, т. е. оценка состояния окружающей среды по реакции растений. Качественный и количественный состав атмосферы влияет на жизнь и развитие всех живых организмов. Присутствие вредных газообразных веществ в воздухе оказывает различное влияние на растения.
Метод биоиндикации как инструмент наблюдения за состоянием окружающей среды получил в последние годы большое распространение в Германии, Нидерландах, Австрии, Центральной Европе. Необходимость биоиндикации ясна в аспекте контроля за экосистемой в целом. Особую значимость методы фитоиндикации приобретают в черте города и его окрестностей. В качестве фитоиндикаторов используются растения, при этом исследуется целый комплекс их макроскопических признаков.
На основе теоретического анализа и собственных нами сделана попытка описания некоторых оригинальных, доступных в условиях школы методов фитоиндикации загрязнений наземных экосистем на примере изменений внешних признаков растений.
Вне зависимости от видовой принадлежности у растений можно в процессе индикации обнаружить следующие морфологические изменения
Хлороз – бледная окраска листьев между жилками, наблюдаемая у растений на отвалах, оставшихся после добычи тяжёлых металлов, или хвои сосны при слабом воздействии газовых выбросов;
Покраснение – пятна на листьях (накопление антоциана);
Пожелтение краёв и участков листьев (у лиственных деревьев под влиянием хлоридов);
Побурение или побронзовение (у лиственных деревьев это часто показатель начальной стадии тяжёлых некротических повреждений, у хвойных – служит для дальнейшей разведки зон дымовых повреждений);
Некрозы – отмирание участков ткани – важный симптом при индикации (в том числе: точечные, межжилковые, краевые и др.);
Опадение листвы – деформация – обычно происходит после некрозов (например, уменьшение продолжительности жизни хвои, её осыпание, опадение листвы у лип и каштанов под воздействием соли для ускорения таяния льда или у кустарников под действием оксида серы);
Изменение размеров органов растений, плодовитости.
Для того, чтобы определить, о чем же свидетельствуют данные морфологические изменения растений-фитоиндикаторов, мы применяли некоторые методики.
При обследовании повреждений хвои сосны важными параметрами считаются прирост побегов, верхушечные некрозы и продолжительность жизни хвои. Одним из позитивных моментов в пользу данного метода является возможность проводить обследования круглогодично, в том числе и в городской черте.
В изучаемом районе выбирались либо молодые деревья, отстоящие друг от друга на расстоянии 10 – 20 м, либо боковые побеги в четвёртой сверху мутовке очень высоких сосен. В обследовании выявлялись два важных биоиндикационных показателя: класс повреждения и усыхания хвои и продолжительность жизни хвои. В результате экспресс-оценки определилась степень загрязнения воздуха.
В основу описываемой методики были положены исследования С. В. Алексеева, А. М. Беккер.
Для определения класса повреждения и усыхания хвои объектом рассмотрения выступала верхушечная часть ствола сосны. По состоянию хвоинок участка центрального побега (второго сверху) предыдущего года определяли класс повреждения хвои по шкале.
Класс повреждения хвои:
I – хвоинки без пятен;
II – хвоинки с небольшим числом мелких пятен;
III – хвоинки с большим числом чёрных и жёлтых пятен, некоторые из них крупные, во всю ширину хвоинки.
Класс усыхания хвои:
I – нет сухих участков;
II – усох кончик, 2 – 5 мм;
III – усохла 1/3 хвоинки;
IV – вся хвоинка жёлтая или наполовину сухая.
Оценка продолжительности жизни хвои нами делалась по состоянию верхушечной части ствола. Прирост брался за несколько последних лет, причём считается, что за каждый год жизни образуется одна мутовка. Для получения результатов необходимо было определить полный возраст хвои – число участков ствола с полностью сохранённой хвоей плюс доля сохранённой хвои на следующем за ним участке. Например, если верхушечная часть и два участка между мутовками полностью сохранили свою хвою, а на следующем сохранилась половина хвои, то результат будет равен 3,5 (3 + 0, 5= 3,5).
Определив класс повреждения и продолжительность жизни хвои, можно было оценить класс загрязнения воздуха по таблице
В результате проведенных нами исследований хвои сосны на предмет класса повреждения и усыхания хвои выяснилось, что в городе небольшое количество деревьев, у которых наблюдается усыхание кончиков хвои. В основном это был хвоя 3-4 лет жизни, хвоинки были без пятен, но у некоторых наблюдалось усыхание кончика. Сделан вывод, что воздух в черте города чистый.
С использованием данной методики биоиндикации в течение ряда лет можно иметь возможность получить достоверные сведения о газодымовых загрязнениях как в самом городе, так и его окрестностях.
Другими растительными объектами биоиндикации загрязнений наземных экосистем могут выступать:
➢ кресс-салат как тест- объект для оценки загрязнения почвы и воздуха;
➢ лишайниковая растительность – при картировании местности по их видовому многообразию;
Лишайники очень чувствительны к загрязнению воздуха и погибают при высоком содержании в нем угарного газа, соединений серы, азота и фтора. Степень чувствительности у разных видов неодинакова. Поэтому их можно использовать в качестве живых индикаторов чистоты окружающей среды. Данный метод исследования называется лихеноиндикация.
Существует два способа применения метода лихеноиндикации: активный и пассивный. В случае активного метода листовые лишайники типа Гипогимнии выставляются на специальных досках по сетке наблюдений, а позднее определяются повреждения на теле лишайников вредными веществами (пример был взят из данных по определению методом биоиндикации степени загрязнения воздуха близ алюминиевого металлургического завода. Это позволяет сделать непосредственные выводы о существующей в данном месте угрозе растительности. В черте города Когалыма были найдены Пармелия вздутая и Ксантория настенная, но в малых количествах. За пределами города данные виды лишайников встречены в больших количествах, причем с неповрежденными телами.
В случае пассивного метода используется картирование лишайников. Уже в середине 19 столетия наблюдалось такое явление, что в связи с загрязнением воздуха вредными веществами лишайники исчезали из городов. Лишайники могут быть использованы для дифференцированного отображения как участков загрязнения воздушной среды на больших пространствах, так и источников загрязнения, действующих на небольших территориях. Нами была проведена оценка загрязнения воздуха с помощью лишайников-индикаторов. Степень загрязнения воздуха в городе мы оценивали по обилию различных лишайников
В нашем случае были собраны различные виды лишайников как на территории города, так и на прилегающей к городу территории. Результаты были занесены в отдельную таблицу.
Нами отмечено слабое загрязнение в городе и не отмечена зона загрязнения за пределами города. Об этом свидетельствуют найденные виды лишайников. Учитывался также медленный рост лишайников, разреженность крон городских деревьев в отличие от леса, действие прямых солнечных лучей на стволы деревьев.
И все же, растения-фитоиндикаторы говорили нам о слабом загрязнении воздуха в городе. Но чем же? Для того, чтобы определить, каким газом загрязнена атмосфера, мы использовали таблицу № 4 . Выяснилось, что концы хвоинок приобретают бурый оттенок при загрязнении атмосферы сернистым газом (от котельной), а при более сильных его концентрациях происходит гибель лишайников.
Для сравнения мы провели опытные работы, которые показали нам следующие результаты: действительно встречались обесцвеченные лепестки садовых цветков (петуния), но замечено было их небольшое количество, т. к. вегетационные процессы и процессы цветения в нашей местности непродолжительные, а также концентрация сернистого газа некритическая.
Что касается опыта № 2 «Кислотные дожди и растения» то, судя по собранным нами гербарным образцам, встречались листья с некротическими пятнами, но пятна проходили по краю листа (хлороз), а при действии кислотных дождей наблюдается появление бурых некротических пятен по всей пластинке листа.
3. 2. Исследование почвы с помощью растений-индикаторов – ацидофилов и кальцефобов
(фитоиндикация состава почвы)
В процессе исторического развития сложились виды или сообщества растений, связанные с определёнными условиями обитания настолько прочно, что экологические условия могут быть распознаны по присутствию этих видов растений или их сообществ. В этой связи выделены группы растений, связанных с наличием в составе почвы химических элементов:
➢ нитрофилы (марь белая, крапива двудомная, кипрей узколистный и др.);
➢ кальцефилы (лиственница сибирская, мордовник, венерин башмачок, др.);
➢ кальцефобы (вереск, сфагновые мхи, пушица, вейник тростниковидный, плаун сплюснутый, плаун булавовидный, хвощи, папоротники).
В процессе исследования нами было установлено, что на территории города сформировались почвы, бедные азотом. Этот вывод был сделан благодаря отмеченным нами видами следующих растений: кипрей узколистный, клевер луговой, вейник тростниковидный, ячмень гривастый. А в прилегающих к городу лесных районах очень много растений-кальцефобов. Это виды хвощей, папоротников, мхов, пушицы. Представленные виды растений оформлены в гербарную папку.
Кислотность почв определяется наличием следующих групп растений:
Ацидофильные – кислотность почвы от 3,8 до 6,7 (овёс посевной, рожь посевная, седмичник европейский, белоус торчащий, ячмень гривастый, др.);
Нейтрофильные – кислотность почвы от 6,7 до 7,0 (ежа сборная, тимофеевка степная, душица обыкновенная, таволга шестилепестная, др.);
Базофильные – от 7,0 до 7,5 (клевер луговой, лядвенец рогатый, тимофеевка луговая, костёр безостый, др.).
О присутствии кислых почв ацидофильного уровня нам говорят такие виды растений, как клевер луговой, ячмень гривастый, найденные нами на территории города. На небольшом расстоянии от города о таких почвах свидетельствуют виды осок, клюква болотная, подбел. Это виды, которые исторически сложились на влажных и болотистых территориях, исключающие присутствие в почве кальция, предпочитающие только кислые, торфяные почвы.
Другой апробированной нами методикой является изучение состояния берез как индикаторов засолённости почвы в условиях города. Такая фитоиндикация осуществляется с начала июля по август. На улицах и в лесопарковой зоне города встречается береза пушистая. Повреждение листвы березы под действием соли, применяемой для таяния льда, проявляется следующим образом: появляются ярко – жёлтые, неравномерно расположенные краевые зоны, затем край листа отмирает, а жёлтая зона продвигается от края к середине и основанию листа.
Нами были произведены исследования листьев березы пушистой, а также рябины обыкновенной. В результате исследования обнаружен краевой хлороз листьев, точечные вкрапления. Это говорит о 2 степени повреждения (незначительной). Результат такого проявления – внесение соли для таяния льда.
Анализ видового состава флоры в контексте определения химических элементов и кислотности почвы в условиях экологического мониторинга выступает как доступный и простейший метод фитоиндикации.
В заключение отметим, что растения выступают важными объектами биоиндикации загрязнений экосистем, а исследования их морфологических признаков при распознавании экологической обстановки является особенно эффективным и доступным в черте города и его окрестностях.
4. Выводы и прогнозы:
1. На территории города методом фитоиндикации и лихеноиндикации выявлено слабое загрязнение воздушной среды.
2. На территории города методом фитоиндикации выявлены кислые почвы. При наличии кислых почв для улучшения плодородности использовать известкование по навеске (расчетным способом), вносить доломитовую муку.
3. На территории города выявлено незначительное загрязнение (засоление) почвы соляными смесями против дорожного обледенения.
4. Одной из сложных проблем промышленности является оценка комплексного влияния различных загрязняющих веществ и их соединений на окружающую среду. В этой связи представляется чрезвычайно важной оценка здоровья экосистем и отдельных видов с помощью биоиндикаторов. В качестве биоиндикаторов, позволяющих наблюдать за загрязнением атмосферы на промышленных объектах и в городских условиях, мы можем рекомендовать:
➢ Листоватый лишайник Гипогимния вздутая, который наиболее чувствителен к кислотным загрязнителям, сернистому газу, тяжелым металлам.
➢ Состояние хвои сосны для биоиндикации газодымовых загрязнений.
5. В качестве биоиндикаторов, позволяющих оценить кислотность почв и наблюдать за загрязнением почвы на промышленных объектах и в городских условиях, можно рекомендовать:
➢ Городские виды растений: клевер луговой, ячмень гривастый для определения кислых почв ацидофильного уровня. На небольшом расстоянии от города о таких почвах свидетельствуют виды осок, клюква болотная, подбел.
➢ Береза пушистая как биоиндикатор антропогенной засоленности почв.
5. Широкое применение метода биоиндикации предприятиями позволит более оперативно и достоверно оценивать качество природной среды и в комплексе с инструментальными методами стать существенным звеном в системе промышленного экологического мониторинга (ПЭМ) объектов промышленности.
При реализации систем промышленного экологического мониторинга немаловажно учитывать экономические факторы. Стоимость приборов и аппаратов для ПЭМ только для одной линейной КС составляет 560 тысяч рублей
Загрязненный атмосферный воздух воздействует на здоровье человека и на окружающую природную среду медленно постепенно разрушая различные системы жизнеобеспечения организма. Так, диоксид серы, соединяясь с влагой, образует серную кислоту, которая разрушает легочную ткань человека и животных. Пыль, содержащая диоксид кремния, вызывает тяжелое заболевание легких -- силикоз. Оксиды азота раздражают, а в тяжелых случаях и разъедают слизистые оболочки, например глаз, легких, участвуют в образовании ядовиты туманов и т. д. Особенно опасны они, если содержатся в загрязненном воздухе совместно с диоксидом серы и другими токсичными соединениями. В этих случаях даже при малых концентрациях загрязняющих веществ возникает эффект синергизма, т. е. усиление токсичности всей газообразной смеси. Широко известно действие на человеческий организм оксида углерода (угарного газа). При остром отравлении появляются общая слабость, головокружение, тошнота, сонливость, потеря сознания, возможен летальный исход (Даже спустя 3-7 дней). Однако из-за низкой концентрации СО в атмосферном воздухе он, как правило, не вызывает массовых отравлений, хотя и очень опасен для лиц, страдающих анемией и сердечно-сосудистыми заболеваниями. Среди взвешенных твердых частиц наиболее опасны частицы размером менее 5 мкм, которые способны проникать в лимфатические узлы, задерживаться в альвеолах легких засорять слизистые оболочки.
Весьма неблагоприятные последствия, которые могут сказываться на огромном интервале времени, связаны и с такими незначительными, по объему выбросами, как свинец, фосфор, кадмий, мышьяк, кобальт и др. Они угнетают кроветворную систему, вызывают онкологические заболевания, снижают сопротивление организма инфекциям и т. д. Пыль, содержащая соединения свинца и ртути, обладает мутагенными свойствами и вызывает генетические изменения в клетках организма. Последствия воздействия на организм человека вредных веществ, содержащихся в выхлопных газах автомобилей, весьма серьезны и имеют широчайший диапазон действия от кашля до летального исхода.
Бензол является потенциальным возбудителем рака. Высокие концентрации бензола можно обнаружить в воздухе городов, и они могут увеличить количество заболеваний раком. Обнаружение этого источника затруднено из-за значительной роли других источников бензола для людей, например табачного дыма. Другим ароматическим соединением, присутствующим в больших концентрациях в бензине, является толуол (С 6 Н 5 СН 3).Толуол с меньшей вероятностью, чем бензол, может вызывать рак, но он имеет ряд нежелательных качеств. Возможно, наиболее важной является его реакция с образованием соединения типа ПАН, пероксибензилнитрата, который служит потенциальным раздражителем глаз.
Таблица 1 - Влияние выхлопных газов автомобиля на здоровье человека
|
ВРЕДНЫЕ ВЕЩЕСТВА |
ПОСЛЕДСТВИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА |
|
Оксид углерода |
Препятствует абсорбированию кровью кислорода, что ослабляет мыслительные способности, замедляет рефлексы, вызывает сонливость и может быть причиной потери сознания и смерти |
|
Оксид азота |
Влияет на кровеносную, нервную и мочеполовую системы: вызывает, вероятно, снижение умственных способностей у детей, откладываются в костях и других тканях, поэтому опасен в течение длительного времени |
|
Раздражает слизистую оболочку органов дыхания, вызывает кашель, нарушает работу легких; снижает сопротивляемость к простудным заболеваниям; может обострять хронические заболевания сердца, а также вызывать астму, бронхит. |