§ 5. ВЛИЯНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА НА АТМОСФЕРУ

Влияние деятельности человека на атмосферу, климат и погоду. Изменение энергетического и водного режимов, газового состава атмосферы и климата Земли происходит в результате крупномасштабных и локальных антропогенных преобразований природы: добычи полезных ископаемых, возникновения и развития городов, создания оросительных и других земледельческих систем, преобразования пастбищ, строительства водохранилищ и т. д.

Клуб знатоков-географов. Считается, что до середины XIX в. содержание кислорода в атмосфере было относительно стабильным. В наши дни только сжигание топлива приводит к расходованию 10 млрд т свободного кислорода в год. Легковой автомобиль на каждые 100 км пробега потребляет годовой кислородный «паёк» одного человека, а все автомобили забирают столько кислорода, сколько хватило бы для 5 млрд человек в течение года. За один трансатлантический рейс реактивный лайнер сжигает 35 т кислорода.

Все перечисленные изменения создают серьёзные геоэкологические проблемы. К ним относятся загрязнение атмосферы, нарушение естественного состояния озонового слоя, повышение кислотной реакции компонентов окружающей среды, антропогенное изменение климата.

Загрязнение атмосферы и его воздействие на биоту и человека. Антропогенное загрязнение атмосферы охватывает территорию всего мира. Оно связано с загрязняющими веществами, которые относительно продолжительное время находятся в атмосфере. Это парниковые газы, оксиды азота и серы и другие вещества. Рост концентрации загрязняющих веществ в атмосфере свидетельствует о нарушении естественного экологического баланса и природной поглотительной способности атмосферы. Значительное влияние на загрязнение воздуха оказывают большие города и крупные промышленные предприятия.

П1

Поработаем с атласом. Найдите на карте и назовите города, которые являются крупнейшими промышленными центрами мира.

В мире всё взаимосвязано. Как изменяется состояние биоты вблизи крупных городов и промышленных предприятий?

Мир и Беларусь. В Беларуси выбросы загрязняющих веществ в атмосферу в 2019 г. составили 1201,9 тыс. т. Из них 775,8 тыс. т — от мобильных источников и 426,1 тыс. т — от стационарных. Список городов с наибольшим количеством выбросов возглавляет Новополоцк.

Пространственно-временные закономерности распространения различных видов антропогенных загрязнителей атмосферы.

Масштабы загрязнения определяются мощностью выбросов загрязняющих веществ и длительностью их нахождения в атмосфере. Они также зависят от особенностей движения воздушных потоков, которые определяют процессы рассеивания или накопления этих примесей в атмосфере. В зависимости от масштаба процессов загрязнение может быть глобальным, региональным и локальным (местным). Макромасштабный циркуляционный перенос воздушных масс определяет глобальный фон атмосферного загрязнения от природных и антропогенных источников. Под региональным загрязнением понимается загрязнение атмосферного воздуха на территории радиусом до сотен километров. Они обусловлены выбросами крупных городов, групп промышленных и сельскохозяйственных объектов. Местное загрязнение определяется совокупностью выбросов локальных источников и распространяется на территорию в десятки километров.

Клуб знатоков-географов. Концентрация диоксида серы в промышленных районах достигает 0,05–0,10 мг/м, в сельских районах она ниже в несколько раз, а над океанами — в 10–100 раз. Концентрация оксидов азота в промышленных районах обычно около нескольких десятков микрограммов на кубический метр, в сельских районах близка к 1–2 мкг/м³. Концентрации загрязнителей в атмосфере урбанизированных районов на 1–2 порядка превышают фоновые величины.

Мир и Беларусь. В поступление загрязняющих веществ в атмосферу Беларуси основной вклад вносят Украина, Польша, Россия, Германия. В свою очередь, 40 % соединений серы, 16 % оксидов азота и 43 % аммонийного азота от источников на территории Беларуси выпадает за её пределами.

Объёмы антропогенных выбросов существенно выше выбросов от естественных природных источников. Над любым географическим пунктом могут выпасть загрязняющие вещества, которые попали в атмосферу в любой точке земного шара.

В мире всё взаимосвязано. Почему над любым географическим пунктом могут выпасть загрязняющие вещества, которые попали в атмосферу в любой другой точке земного шара?

Клуб знатоков-географов. Модельные оценки показывают, что если на локальном уровне суммарные выбросы диоксида серы не превышают 100 т в год, то при переходе на региональный уровень они достигнут нескольких сотен тысяч в год, а на глобальном превысят 30 млн т за год.

Мир и Беларусь. Приведите примеры загрязнения воздуха в Беларуси на различном территориальном уровне.

Поразмышляем. Почему различаются процессы загрязнения воздуха в антициклонах и циклонах?

Источники и важнейшие компоненты антропогенного загрязнения атмосферы. Основными антропогенными источниками загрязнения воздуха являются тепловые электростанции, чёрная и цветная металлургия, химическая, нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность, транспорт, производство строительных материалов и сельское хозяйство. Каждый индустриальный источник загрязнения выделяет в воздух десятки тысяч веществ.

Влияние тепловых электростанций на атмосферу в основном связано со сжиганием органического топлива (рис. 27). Во время этого процесса в воздух поступают сернистый и серный ангидриды, окислы азота, соединения ванадия, солей натрия, углекислый газ и другие газообразные и твёрдые вещества.

Поразмышляем. Возможно ли полностью прекратить загрязнение атмосферы в результате хозяйственной деятельности человека?

Основные загрязняющие вещества металлургической промышленности — отходы и побочные продукты на предприятиях. В структуре жидких и газообразных выбросов предприятий чёрной металлургии преобладают оксиды углерода, составляющие около 78 % всех выбросов. На втором месте находятся оксиды серы, на третьем — оксиды азота. Немного меньше выбросы пылевых частиц, загрязнённых тяжёлыми металлами. Среди тяжёлых металлов основными загрязнителями являются свинец, кадмий и ртуть.

Клуб знатоков-географов. Ежегодно предприятия цветной металлургии выбрасывают в атмосферу до 3 млн т вредных веществ. В основном это диоксид серы (75 % от суммарного выброса в атмосферу), оксиды углерода (10,5 %) и пыль (10,4 %).

Химическая промышленность объединяет предприятия, применяющие химические методы переработки веществ и выпускающие химические продукты. В зависимости от типа производства в атмосферу могут поступать оксиды азота, аммиак, оксид серы, сероводород, диоксид углерода, галогенпроизводные углеводороды, диоксиды и др. Также в атмосферу попадают аэрозоли, содержащие тяжёлые металлы, различные органические и неорганические вещества.

В результате работы предприятий нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности в атмосферный воздух поступает более 200 видов загрязняющих веществ (рис. 28). Они включают опасные канцерогенные вещества: бензапирен, формальдегид, бензол, этилбензол, хром, свинец, никель и кадмий и другие.

Клуб знатоков-географов. Степень и дальность загрязнения атмосферного воздуха находится в прямой зависимости от объёма перерабатываемой нефти и размеров потерь нефтепродуктов. Загрязнение углеводородами, сероводородом и сернистым ангидридом вокруг НПЗ, перерабатывающих до 3 млн т нефти в год, достигает, как правило, километровой зоны. Увеличение объёма переработки нефти в 3–4 раза увеличивает дальность рассеивания до 5 км.

Автомобили и другие транспортные средства относятся к мобильным источникам загрязнения. Они во многом определяют уровень загрязнения атмосферы городов. В состав автомобильных выхлопных газов входит около 200 химических веществ (рис. 29). Среди них оксид углерода, летучие органические вещества, оксиды азота, углекислый газ, взвешенные вещества. При истирании тормозных колодок в воздух попадают медь, ванадий, молибден, никель, хром. При износе покрышек — кадмий, свинец, цинк. Транспорт также является источником пыли, которая возникает при разрушении дорожных покрытий и истирании шин. Количество вредных веществ, поступающих в атмосферу, зависит от типа двигателя, режима его работы и технического состояния автомобиля.

При производстве строительных материалов основными источниками поступления в атмосферу твёрдых частиц являются цементные и керамические заводы, карьеры, предприятия по производству извести, кирпича, асфальта и изоляционных материалов. В частности, при производстве цемента и извести твёрдые частицы включают карбонат кальция, оксид кальция, шлак, цемент, глину, уголь и др. При производстве кирпича и стекла — соединения фтора, диоксида серы и оксидов азота.

Сельскохозяйственными источниками загрязнения атмосферы являются животноводческие и птицеводческие комплексы, энергетические предприятия, удобрения и пестициды. В атмосферу в основном поступает аммиак, сероуглерод и мелкозернистые аэрозольные частицы.

Загрязнение атмосферного воздуха является одной из основных проблем экологического состояния окружающей среды. Оно непосредственно воздействует на биоту, снижает продуктивность экосистем, нарушает их способность к самовосстановлению, ухудшает здоровье людей.

Клуб знатоков-географов. По статистике, собранной в США, в городах с высоким загрязнением воздуха заболеваемость выше, чем в сельской местности, на 15–17 %. В экосистемах городов и прилегающих территорий накапливаются вредные вещества (например, тяжёлые металлы), а растительность трансформирована или угнетена. Радиус зоны вредных воздействий достигает нескольких десятков километров.

В список загрязняющих веществ, приоритетных для мониторинга атмосферного воздуха на фоновых станциях, входят взвешенные частицы, озон, оксиды и диоксиды углерода и азота, углеводороды, фреоны, тяжёлые металлы, органические соединения хлора и др.

Мир и Беларусь. Мониторинг атмосферного воздуха в Беларуси проводится в 19 городах и на станции фонового мониторинга, расположенной в Березинском заповеднике. Всего же в нашей стране 66 станций, в том числе 16 автоматических. Регулярными наблюдениями охвачена территория, на которой проживает 87 % населения крупных и средних городов Беларуси. Назовите самые загрязнённые города Беларуси.

Особый риск для здоровья человека представляют твёрдые частицы, двуокиси серы и азота, приземной озон. Высокая концентрация этих веществ отмечается в городских районах стран с низким и средним уровнем жизни населения.

Клуб знатоков-географов. По данным Всемирной организации здравоохранения, в 2016 г. загрязнение атмосферного воздуха в городах и сельских районах привело в мире к 4,2 млн случаев преждевременной смерти. 91 % этих случаев приходится на страны с низким и средним уровнем жизни населения. Около 58 % случаев преждевременной смерти, связанной с загрязнением атмосферного воздуха, произошли в результате ишемической болезни сердца и инсульта, 18 % — в результате хронической болезни лёгких или острых инфекций нижних дыхательных путей и 6 % — в результате рака лёгких.

Твёрдые частицы оказывают негативное воздействие на большее число людей, чем какой-либо другой загрязнитель воздуха. Основными их компонентами являются сульфаты, нитраты, аммиак, хлористый натрий, сажа, минеральная пыль и вода. Они находятся в воздухе в виде сложной смеси твёрдых и жидких органических и неорганических веществ. Постоянное воздействие твёрдых частиц приводит к развитию сердечно-сосудистых и респираторных заболеваний, а также рака лёгких.

Двуокись серы воздействует на дыхательную систему и функции лёгких, вызывает раздражение глаз. Воспаление дыхательных путей приводит к появлению кашля, выделению слизи, обострению астмы и развитию хронического бронхита, делает людей более подверженными инфекциям дыхательных путей. В дни с повышенным уровнем концентрации двуокиси серы возрастает число случаев госпитализации с болезнями сердца и смертность.

Взаимодействие оксидов азота с сернистым ангидридом, кислородом, углеводородами обусловливает фотохимическое загрязнение атмосферы. При длительном воздействии диоксида азота у людей, страдающих астмой, усиливаются симптомы болезни, ухудшаются функции лёгких.

Кроме озона, образующего защитный слой в атмосфере на высоте от 12 до 50 км, в воздухе около поверхности Земли наблюдается приземный озон. Он образуется в результате химических реакций между оксидами азота и летучими органическими соединениями в присутствии солнечного излучения. Основными источниками оксидов азота и летучих органических соединений являются выбросы промышленных предприятий, тепловых электростанций и автотранспорта. Самый высокий уровень загрязнения воздуха приземным озоном отмечается в солнечную погоду. Приземный озон — опасный загрязнитель воздуха. Это один из главных компонентов городского смога. Содержащийся в воздухе в избыточном количестве озон может привести у человека к появлению проблем с дыханием, спровоцировать астму и вызвать болезни лёгких. Он повреждает посевы сельскохозяйственных культур, деревья и другую растительность.