Атмосфера определяет световой и регулирует тепловой режимы Земли, способствует перераспределению тепла на земном шаре. Лучистая энергия Соли на – практически единственный источник тепла для поверхности Земли частично поглощается атмосферой. Достигшая поверхности Земли энергия частично поглощается почвой и водоемами, морями и океанами, частично отражается в атмосферу.

Газовая оболочка предохраняет Землю от чрезмерного остывания и нагревания. Благодаря ей на Земле не бывает резких перепадов от морозов к жаре и обратно. Если бы Земля не была окружена воздушной оболочкой, то в течение одних суток амплитуда колебаний температуры достигла бы 200°С: днем стояла бы сильная жара (выше 100°С), а ночью мороз (– 100°С). Еще большая разница была бы между зимними и летними температурами. Именно благодаря атмосфере средняя температура на Земле составляет приблизительно 15°С.

Газовая оболочка спасает все живущее на Земле от губительных ультрафиолетовых, рентгеновских и космических лучей. Верхние слои атмосферы частично поглощают, частично рассеивают эти лучи. Атмосфера защищает нас и от «звездных осколков». Метеориты, в подавляющем большинстве не превышающие по величине горошину, под влиянием земного притяжения с огромной скоростью (от 11 до 64 км/с) врезаются в атмосферу планеты, раскаляются там в результате трения о воздух и на высоте около 60–70 км по большей части сгорают. Атмосфера защищает Землю и от крупных космических осколков.

Велико значение атмосферы и в распределении света. Воздух атмосферы разбивает солнечные лучи на миллион мелких лучей, рассеивает их и создает то равномерное освещение, к которому мы привыкли. Наличие воздушной оболочки придает нашему небу голубой цвет, так как молекулы основных элементов воздуха и различные примеси, содержащиеся в нем, рассеивают главным образом лучи с короткой длиной волны, т. е. фиолетовые, синие и голубые. По мере удаления от Земли, а следовательно, уменьшения плотности и загрязнения воздуха, цвет неба становится темнее, воздушная оболочка приобретает густо-синюю, а в стратосфере черно-фиолетовую окраску.

Атмосфера является проводником звуков. Без нее на Земле царила бы тишина, невозможна была бы человеческая речь.

2. Антропогенные выбросы в атмосферу

Атмосферный воздух загрязняется путем привнесения в него или образования в нем загрязняющих веществ в концентрациях, превышающих нормативы качества или уровень естественного содержания.

Загрязняющее вещество примесь в атмосферном воздухе, оказывающая при определенных концентрациях неблагоприятное воздействие на здоровье человека, растения и животных, другие компоненты окружающей природной среды или наносящая ущерб материальным объектам.

Качество атмосферного воздуха – совокупность физических, химических и биологических свойств атмосферного воздуха, отражающих степень его соответствия гигиеническим и экологическим нормативам качества атмосферного воздуха.

Гигиенический норматив качества атмосферного воздуха – критерий качества атмосферного воздуха, отражающий предельно допустимое максимальное содержание вредных (загрязняющих) веществ в атмосферном воздухе, при котором отсутствует вредное воздействие на здоровье человека.

Экологический норматив качества атмосферного воздуха – критерий качества атмосферного воздуха, отражающий предельно допустимое максимальное содержание вредных (загрязняющих) веществ в атмосферном воздухе, при котором отсутствует вредное воздействие на окружающую природную среду.

Предельно допустимая (критическая) нагрузка – показатель воздействия одного или нескольких вредных (загрязняющих) веществ на окружающую природную среду, превышение которого может привести к вредному воздействию на нее.

Вредное (загрязняющее) вещество – химическое или биологическое вещество (либо их смесь), содержащееся в атмосферном воздухе, которое в определенных концентрациях оказывает вредное воздействие на здоровье человека и окружающую природную среду.

По данным регулярных наблюдений Росгидромета, за 5-летний период (2003–2007 гг.) средние за год концентрации взвешенных веществ, диоксида серы, фенола и формальдегида снизились на 5–13%, аммиака, сероуглерода, фторида водорода и сажи – на 16–37%. За этот же период концентрации сероводорода, оксида углерода, диоксида азота возросли на 5–11%. За 10-летний период (1988-2007 гг.) концентрация оксида углерода повысилась на 11%, оксида азота – на 3%, двуокиси азота – на 18%.

Уровень загрязнения атмосферы в городах остается высоким. В 2007 г. средние за год концентрации какого-либо из веществ, за содержанием которых ведутся регулярные наблюдения, превышали ПДК в 187 городах, где проживает 65,4 млн человек. Концепт рации взвешенных веществ превышали ПДК в 71 городе (3,8 млн человек), диоксида азота – в 93 (9,4 млн человек), бенз(а)пирена – в 39 (8,6 млн человек).

Максимальные разовые концентрации превышали 10 ПДК в 66 городах, в том числе среднемесячные концентрации бенэ(а)пирена – в 25 городах. В семи городах (Кемерово, Красноярске, Магнитогорске, Омске, Стерлитамаке, Норильске, Томске) наблюдались разовые концентрации выше 10 ПДК трех и более веществ.

В 2008 г. валовый выброс вредных веществ от стационарных источников в атмосферу в целом по РФ составил 18,66 млн т. Наибольший вклад в загрязнение атмосферы (по объему выбросов) внесли предприятия электроэнергетики (29,1% общего объема промышленных выбросов), цветной (22%) и черной (14,6%) металлургии (рис. 1).

2.1 Электроэнергетика

Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу составили 4345,7 тыс. т (твердые вещества, диоксиды серы, оксиды углерода, оксиды азота и др.). Наибольшие выбросы вредных веществ в атмосферу отмечены в 2008 г. на следующих предприятиях: Новочеркасская ГРЭС – 131,4 тыс. т, Череповецкая ГРЭС, г. Суворов – 89 тыс. т, Приморская ГРЭС, г. Лучегорск 73,6 тыс. т, Рязанская ГРЭС, г. Новомичуринск – 66,5 тыс. т, Омская ТЭЦ-4 – 65,6 тыс. т, Омская ТЭЦ-5 – 60,5 тыс. т.

Рис. 1. Доля отраслей промышленности РФ в выбросах загрязняющих веществ в атмосферный воздух в 2008 г

2.2 Черная металлургия

Выбросы вредных веществ в атмосферу в 2008 г. составили 2188,9 тыс. т. Наибольшее количество загрязняющих веществ в атмосферу выброшено крупнейшими в отрасли предприятиями: АО «Северосталь», г. Череповец – 374,8 тыс. т, АО «Новолипецкий металлургический комбинат» – 327,8 тыс. т, АО «Магнитогорский металлургический комбинат» – 217,3 тыс. т, АО «Западно-Сибирский металлургический комбинат» – 205 тыс. т.

Процессы выплавки чугуна и переработки его на сталь сопровождаются выбросом в атмосферу различных газов. Выброс пыли в расчете на 1 т предельного чугуна составляет 4,5 кг, сернистого газа – 2,7 кг, марганца – 0,1–0,6 кг. Вместе с доменным газом в атмосферу в небольших количествах выбрасываются также соединения мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, пары ртути и редких металлов, цианистый водород и смолистые вещества.

Источником загрязнения воздуха сернистым газом являются агломерационные фабрики. Во время агломерации руды происходит выгорание серы из пиритов. Сульфидные руды содержат до 10% серы, а после агломерации ее остается 0,2–0,8%. Выброс сернистого газа при этом может составить до 190 кг на 1 т руды (т. е. работа одной ленточной машины дает около 700 т сернистого газа в сутки).

Значительно загрязняют атмосферу выбросы мартеновских и конверторных сталеплавильных цехов. При выплавке стали в мартеновских печах пыль образуется при окислении металлической шихты из шлака, руды, известняка и окалины, идущих на окисление примесей шихты, и из доломита, применяющегося для заправки пода печи. В период кипения стали выделяются также пары металла, окислов шлака и металла, газы. Преобладающая часть пыли мартеновских печей состоит из триокиси железа (67%) и триокиси алюминия (6,7%). При бескислородном процессе на 1 т мартеновской стали выделяется 3000-4000 м³ газов с концентрацией пыли в среднем 0,5 г/м³ . При подаче кислорода в зону расплавленного металла пылеобразование многократно увеличивается, достигая 15–52 г/м³ . Кроме того, плавление стали сопровождается выгоранием некоторых количеств углерода и серы, в связи с чем в отходящих газах мартеновских печей при кислородном дутье содержится до 60 кг окиси углерода и до 3 кг сернистого газа в расчете на 1 т выплавляемой стали.

Главной особенностью конверторного процесса является получение стали из жидкого чугуна без применения топлива. Варение стали по такому принципу осуществляется в конверторах емкостью 50, 100, 250 т и более путем продувания жидкого чугуна кислородом, что обеспечивает выгорание нежелательных примесей, например марганца, фосфора и углерода, содержащихся в предельном чугуне. Процесс получения конверторной стали носит цикличный характер и при кислородном дутье длится 25-30 мин. Образующиеся дымовые газы состоит из частиц окислов кремния, марганца и фосфора. В составе дыма содержится значительное количество окиси углерода – до 80%. Концентрация пыли в отходящих газах составляет примерно 17 г/м³ .

Большинство современных заводов черной металлургии имеют цехи коксования углей и отделения по переработке коксового газа. Коксохимические производства загрязняют атмосферный воздух пылью и смесью летучих соединений. В некоторых случаях, например при нарушении режима работы, в атмосферу выбрасываются значительные количества неочищенного коксового газа.

Загрязнение воздуха пылью при коксовании углей происходит при подготовке шихты и загрузке ее в коксовые печи, выгрузке кокса в тушильные вагоны и мокром тушении кокса. К тому же мокрое тушение сопровождается выбросом в атмосферу веществ, входящих в состав используемой воды.

Промышленные аварии в этой отрасли приводят к обострению экологической ситуации в регионе. Строительство объектов большой мощности при недостаточной проработке вопросов аспирации, вентиляции, пылегазоочистки приводит к постоянным аварийным выбросам в атмосферу значительного количества вредных веществ.

2.3 Цветная металлургия

Крупные предприятия цветной металлургии расположены в Красноярском крае, Мурманской, Оренбургской, Челябинской, Свердловской и Новосибирской областях, Республике Башкортостан, Приморском крае. Предприятия отрасли оказывают существенное влияние на формирование экологической обстановки в районах их расположения, а в некоторых случаях и полностью ее определяют. Во многих районах с развитой цветной металлургией сложилась неблагоприятная экологическая обстановка.

Наибольшее количество загрязняющих веществ в 2008 г. выброшено в атмосферный воздух следующими предприятиями: АО «Норильский комбинат» – 2139.5 тыс. т, АО «ГМК «Печенганикель», пос. Никель – 197,4 тыс. т, АО «Комбинат «Североникель», г. Мончегорск – 99,3 тыс. т, АО «Красноярский алюминиевый завод» – 86 тыс. т, АО «Святогор» (Красноярский медеплавильный завод) – 75,8 тыс. т, АО «Среднеуральский медеплавильный завод» – 71,4 тыс. т, Медногорский медно-серный комбинат 52,6 тыс. т, АО «Ачинский глиноземный комбинат» – 47,3 тыс. т, АО «Комбинат «Южуралникель», г. Орск – 39,6 тыс. т, Уфалейский никелевый комбинат – 33,8 тыс. т. Загрязнение атмосферного воздуха характеризуется в основном выбросом сернистого ангидрида (75% от суммарного выброса в атмосферу), окиси углерода (10,5%) и мыли (10,4%). Источниками образования вредных выбросов при производства глинозёма, алюминия, меди, свинца, олова, цинка, никеля и других металлов являются различные виды печей (для спекания, выплавки, обжига, индукционные и др.), дробильно-размольное оборудование, конверторы, места -погрузки, выгрузки и пересылки материалов, сушильные агрегаты, открытые склады.

2.4 Нефтедобывающая промышленность