Реферат: Типы экологических кризисов. Критерии выхода из экологических кризисов

Угарный газ. Сжигание топлива, которое соз дает большую часть газообраз ных, да и аэроз ольных загряз нений атмосферы, служит источником другого углеродного соединения — угарного газа (окиси углерода). Он ядовит, причем его опасность усугубляется тем, что он не имеет ни цвета, ни запаха, и отравление им может произ ойти совершенно незаметно. Его ядови­тые свойства объясняются тем, что он жадно поглощается гемоглоби­ном крови и вместо кислорода переносится от легких к различным тканям, что ведет к кислородному голоду и гибели организма.

Выше говорилось, что очень малые концентрации составля­ющих смесей принято выражать через миллионные или миллиард­ные доли некоторого объема (реже — в долях массы) и обоз начать чнм или чнб, что означает одну часть на миллион или на биллион (мил­лиард). Так вот, при концентрации угарного газа в 100 чнм возникает ощущение вялости, головная боль, головокружение, а концентрация в 1000 чнм (или 0.1 процента) быстро приводит к смерти человека. В естественных условиях концентра­ция этого газа в воз духе состав­ляет 0,1—0,2 чнм (в Северном полушарии 0,2, в Южном — 0,06 чнм). В городах эта концентрация колеблется от 1 до 140 чнм (в сред­нем 20 чнм), в крупных городах на оживленных перекрестках в часы пик она нередко может превышать 100 чнм, а в лондонских транспорт­ных туннелях отмечались концент­рации до 295 чнм.

В настоящее время в результате деятельности человека в атмос­феру поступает около 300 миллио­нов тонн угарного газа в год (в 1968 году в атмосферу его было выброшено 257 миллионов тонн). Причем 70—75 процентов выбросов соз­дается сжиганием бензина в двига­ телях внутреннего сгорания, около 10 процентов сжиганием угля и дров, примерно столько же сжига­нием бытовых отходов и около 5 процентов лесными пожарами. Некоторая часть угарного газа соз­дается технологическими потерями в промышленности (например, металлургической, нефтеперера­батывающей, химической).

Немалое количество угарного газа поступает в атмосферу и из естественных источников. Точно определить это количество трудно, так что имеющиеся оценки суще­ственно расходятся (от 90 до 30 процентов). Основные естествен­ные источники — это прежде всего вулканы, а также разложение орга­ нического вещества в придонных илах стоячих водоемов, электри­ческие разряды в атмосфере, био­логические процессы в океане, естественные лесные пожары и, наконец, окисление так называе­мых терпенов — выделяемых рас­тительностью (главным образом вечнозеленой тропической) лету­чих органических продуктов ее жизнедеятельности.

Болотный газ. Значительную долю атмосферного загрязнения составляют углеводороды — орга­нические вещества, состоящие из углерода и водород а. Из естествен­ных и сточников в атмосферу посту­пают прежд е в сего метан, простей­ших и з углеводородов, состоящий из одн ого атома углерода, и четы­рех атомов водорода, и упом инав­шиеся выше терпены. Основ ные и сточники метана — деятельность ми кроорганизм ов при захоронении органического углерода без доступа в оз духа, например, на дне болот (поэтому его иногда наз ы­вают болотным газ ом), в насыщен­ных водой почвах, в пищеварительных органах жвачных животных. Некоторое количество метана (около 30 процентов ) поступает из антропогенных источников, напри­мер. при добыче природного газа (в н ем до 97 процентов метана), н ефти, угля (известны многочи­сленные случаи накопления м етана в угольных шахтах), а также при сжигании растительной массы ( для обогрева и ли же при сельско­хоз яйственных ра ботах). В послед­ние десятилети я поступление м етана в атмосферу росло со ско­рост ью 1, 1 п роцента в год и в насто­ящее время соста вляет, по недав ним оценкам, около 400—-500 милли онов тонн в год. С такой же ско­ростью росло и его содержание в атмосфере, которое в средних широтах Северного полушария оце­нивается в 1,7 чнм. Для такого роста атмосферного содержания м етана достаточно 11—12 процен­тов его нынешних источников, остальные 88—89 процентов уда­л яются из атмосферы (считается, что основным механиз мом удале­ни я метана является его окисле­н ие , а также его разложение почв енными микроорганизмами).

В последнее время роль различ­ных источников метана измени­лась. В 1940- х годах на первом м есте стояли болота и заболочен­н ые ме стности, а в 1980-х годах этот источник ослабел, и переме­стился на четвертое место, уступив место з атопля емым полям для воз­делывания риса (« чекам»), живот­новодству и сжиганию биомассы налицо влияние деятельности человека.

Терпены, непрерывно выделя­ емые в атмосферу деревьями и другими растениями, поступают в атмосферу приблиз ительно в таком же количестве, что и метан, то е сть около 400 миллионов тонн в год (хотя некоторые оценки дости­гают 1000 миллионов тонн). Эти веще ства очень активны, особенно в присутствии оз она. Считается, что именно они соз дают атмосфер­ную дымку, часто наблюдаемую на суше в далеке от промышленных источников загрязнения. Многие читатели наверняка наблюдали голубоватую дымку и ощущали запах озона в утреннем, освещен­ном солнцем сосновом бору.

Углеводород ы, поступающие в атмосферу в рез ультате деятель­ности человека, составляют небольшую долю от углев одородов естественного происхождени я, но загрязнение ими имеет весьма важ­ное значение в густонаселенных районах. В 1970 году в США было выброшено в атмосферу около 35 миллионов тонн углеводородов (в течение нескольких предшеству­ющих лет роста почти не происхо­дило), а глобальный выброс в тот же период оценивается в 90 мил­лионов тонн в год. Их поступление в атмосферу может происходить на любой стадии произ водст ва, обра­ботки, хранения, перевозки и использования веществ и материалов, содержащих углеводороды. Так, уже при добыче нефти проис­ходит утечка попутного нефтяного газа, испарение легких фракций нефти, неполное сгорание в газо­вых факелах. Более половины углеводородов, производимых человеком, поступает в возд ух в результате неполного сгорания бенз ина и дизельного топлива при эксплуатации автомобилей и дру­гих средств транспорта. Виной тому не только конструктивные недо­статки двигателей, но и экологи­ческая безграмотность многих автомобилистов, не утруждающих себя регулировкой двигателей. Особенно неприятны выбросы плохо отрегулированных дизель­ных двигателей; в них имеется большое количество сложных циклических и ароматических угле­водородов, являющихся канцеро­генными веществами.

Такие опасные для человека и животных вещества образуются при сжигании угля, нефти, быто­вого мусора и даже при изготовле­нии на открытом огне шашлыков и при курении. Немало углеводоро­дов поступает в атмосферу от химических заводов, при испарении различных растворителей в быту, изготовлении и использовании синтетических красок, при разливах бензина на бенз околонках. При определенных условиях высокая концентрация углеводородов может привести к образованию так называемого фотохимического смога с ядовитыми веществами, вызывающими раздражение и заболе вания дыхательных путей и глаз у людей и губящими расти­тельность.

Сернистый газ. Загрязнение атмосферы соединениями серы имеет важные экологические последствия. В атмосферу посту­пают главным образом сернистый газ и сероводород. В последнее время начинают привлекать внима­ние и другие соединения серы, образующиеся в результате микро­биологических процессов. Главные естественные источ­ники сернистого газа — вулкани­ческая деятельность, а также про­цессы окисления сероводорода и других соединений серы. По неко­торым расчетам, вследствие вул­канической де ятельности в атмо­сферу ежегодно попадае т около 4 миллионов тонн серн истого газ а. Но гораз до больше — около 200— 215 миллионов тонн сернистого газа — образуется из сероводоро­да, который поступает в атмосферу при разложении органического вещества.

Промышленные источники серни­стого газ а по интенсивности давно превз ошли вулканы и сейчас срав­нялись с суммарной интенсивно­стью всех естественных источни­ков. В природе нет ископаемого топлива, которое состояло бы из одних углеводородов. Всегда име­ется примесь других элементов, и один из них — сера. Даже природ­ный газ содержит по крайней мере следы серы. В сырой нефти, в зави­симости от месторождения, содер­жится от 0,1 до 5,5 процента серы, а уголь содержит от 0,2 до 7 про­центов серы. Поэ тому сжигание топлива дает 80—90 процентов всего антропогенного сернистого газа, причем больше всего (70 про­центов и более) дает сжигание угля. Остальные 10—20 процентов приходятся на выплавку цветных металлов и произ водство серной кислоты. Сырьем для получения меди, свинца и цинка служат глав­н ым образ ом руды, содержащие большое количество серы (до 45 процентов). Те же самые руды и другие богатые серой минералы служат сырьем для получения сер­ной кислоты.

Сернистый газ очень ядовит, он представляет угрозу здоровью и даже жизни человека и животных, наносит ущерб растительности. В СССР для сернистого газ а в атмос­фере предельно допустимые кон­центрации (ПДК) для разового воз ­действия — 0,5 миллиграмма на кубометр, средняя за сутки — 0,05, что в перерасчете на объемные концентрации дает 0,17 и 0,017 чнм, соответственно,

Обычная концентрация серни­стого газа в нижней части атмос­феры равна 0,2 чнб. Однако его распределение по земному шару очень неравномерно. По измере­ниям на станциях наблюдения з а фоном (мониторинга), расположен­ных в различных районах мира и находящихся в удалении от не­посредственных антропогенных источников этого газа, концентра­ции раз личаются в десятки и сотни раз . Наибольшие концентрации наблюдаются в Северном полуша­рии, причем максимальных значе­ний они достигают в восточных и центральных районах США, в Цент­ральной Европе (10—14 микрограммов на кубометр, или 3 ,4—4,8 чнб). В районах, где крупных городов и промышленных центров меньше (з апад США, Европейская террито­рия СССР и др.), концентрация сер­нистого газа на порядок меньше (1—4 микрограмма на кубометр, или 0,34—1,37 чнб), а в некоторых более чистых районах, как Кавказ и озеро Байкал, меньше 0,1 микро­грамма на кубометр, или 0,03 4 чнб. В Южном полушарии концентрация сернистого газа в 1,5—2 раз а ниже, чем в Северном, над океаном суще­ственно ниже, чем над контине­нтом, причем над океаном концент­рация увеличивается с высотой, тогда как над континентами она уменьшается,

При концентрации 8—12 чнм сер­нистый газ сильно раз дражает дыхательные пути и вызывает кашель, при 20 чнм он раз дражает глаз а. В присутствии других загряз­нителей, например при наличии аэрозольных частиц, для такого же воз действия достаточно гораздо более низ ких концентраций серни­стого газ а. Это объясняется тем, что совместный эффект двух загрязнителей превосходит сумму воздействий каждого из загряз ни­телей, действующих порознь. Именно это произ ошло во время печально з наменитого сернистого смога 5—9 декабря 1952 года в Лондоне, когда погибли 4 тысячи человек и были зарегистрированы десятки тысяч з аболеваний легких и верхних дыхательных путей. Рост ежедневной смертности стал заме­тен, когда содержание сернистого газ а достигло 0,20 чнм, а содержа­ние аэроз ольных частиц составило 750 микрограммов на кубометр. В дальнейшем эти показатели, а также и смертность продолжали расти, причем смертность увеличи­лась на 20 процентов, когда содер­жание сернистого газ а достигло 0,52 чнм, а аэрозолей — 2000 микрограммов на кубометр.

Лондон был, по-видимому, пер­вым из крупных городов мира, кото­рые столкнулись с проблемой загрязнения атмосферы се рнистым газом. Из вестно, что еще в сере­дине XIII века стали раздаваться протесты против использ ования угля для отопления, но несмотря на королевский запрет, изданный Эдуардом 1 в 1276 году, его потреб­ление в каминах для отопления домов продолжало расти. К этому вскоре прибавилось использ ование угля в промышленности, и уже в XVIII веке содержание сернистого газа в воз духе над Лондоном часто в несколько раз превосходило сов­ременную предельно допустимую концентрацию. Сохранились свиде­тельства современников о том, что путники, приближавшиеся к Лондону, уже за несколько миль до города чувствовали резкий запах сернистого газ а.

Лондонская трагедия 1952 года и аналогичные случаи «смогов-убийц» в других крупных городах (Нью- Йорк, Роттердам и многие другие) сыграли свою роль и во многих промышленно развитых странах побуди ли принять реши­тельные меры по сокращ ению выбросов сернистого газ а (да и дру­гих з агрязнителей). По-видимому, э то отраз илось и на статистике гло­бальных антропогенных выбросов сернистого газ а в атмосферу. После быстрого роста выбросов в 1950-х годах (ежегодный рост составлял 4,6 процента по сравне­нию с 1,2 процента в предыдущее десятилетие, включавшее годы второй мировой войны). Последовало уменьшение темпов роста вдвое (до 2,3 процента в год) в 1960-х годах и дальнейшее умень­шение (до 2 процентов) в 1970— 1980 годах (но это все еще был рост!).

Принятые меры не замедлили сказ аться. После издания закона об охране воздуха Большого Лондо­на, замены традиционных угольных каминов бутафорскими (пред­ставьте себе, что означал для анг­личан отказ от традиции!), введе­ния парового отопле ния и расшире­ния использ ования электричества смоги, да и обычные туманы в анг­лийской столице стали гораздо более редкими гостями . Их воз­ действие теперь никак нельзя сравнивать с убийственным воз­действием смогов 1950—1960-х годов.

В СССР в 1950—1960-х годах проблема з агрязн ения атмосферы сернистым газом стояла не так остро, как а промышленно разви­тых капиталистических странах. Однако и в нашей стране в те годы можно было з аметить тенденцию к ухудшению обстановки. В з астой­ ный период в отсутствии широкой гласности возобладал ведомствен­ный диктат, результатом которого стало раз витие ради раз вития и полнейшее игнорирование провоз ­глашаемых гуманистических прин­ципов, таки х, например, как «все на благо человека». Сейчас, с прихо­дом гласности, вдруг стало ясно, что у нас не только неблагополучно с экологической обстановкой, но, по мнению многих авторитетных экологов, мы находимся на пороге национальной экологической ката­ строфы. На Съез де народных депу­татов СССР впервые было сказано о наличии в нашей стране неблаго­получных с точки зрения экологии городов. В 1988 году в их список вошли 104 города из 23 6 городов с населением св ыше 100 тысяч чело­век. В этих городах в течение года хотя бы один раз содержание того или иного из з агрязнителей было превышено десятикратно, более сложный индекс з агрязнения, учи­тывающий не только содержание загряз нителей, но и их динамику, поз воляет выделить 68 особенно неблагополучных городов с сум­марным населением в 43 миллиона человек. В этих городах (например, в Нижнем Тагиле) так дальше жить уже невоз можно.

В СССР выбрасывается в воз дух ежегодно около 23 миллионов тонн сернистого газ а, что составляет приблизительно де сятую долю от глобального выброса этого газа и около четверти от в сех выбросов вредных веществ в атмосферу в нашей стране.

Для растений сернистый газ ядо­вит при содержании 2—3 чнм (или 6—9 миллиграммов на кубометр), но хронические повреждения наступают уже при 0.03 чнм (0,09 миллиграмма на кубометр). При больших конц ентрациях сернистого газа происходит быстрое отми ра­ние листьев и гибель всего расте­н ия. Хронические повреждения при длительном воздействии малых концентраци й серни стого газа выражаются в накоплени и вредн ых веществ в тканях растения , разру­шении хлорофилла, снижении интенсив ности фотосинтез а, нару­шении роста, снижении урожая. Сернистый газ нарушает водный обмен у растений, в ызыв ает опадание листьев, усыхание молодых побегов. Особенно чувствительны окисляется до серного ангидрида, кото рый жадно соединяется с водой или слабыми водными рас­твора ми облачных или дождевых капель и образ ует сульфатные аэроз ольные частицы. Их время пребывания в нижней атмосфере несколько больше, чем у серни­стого газ а.

Аммиак и окислы азота. Третий по массе и по з начению вид газо­образного загряз нения атмосферы образ уют соединения аз ота — аммиак, з акись азота, окись азота и двуокись, или перекись, аз ота. Два первых газа имеют в основном естественное происхождение, и мы не будем здесь на них останавли­ваться.

Главные аз отсодержащие з агряз нители атмосферы — окись и перекись азота. Оба газа ядовиты. Окись аз ота поступает в атмос­феру в рез ультате жизнедеятель­ности микроорганиз мов и горения. Естественные источники дают около 450 миллионов тонн в год, антропогенные — вдесятеро мень­ше. Основным антропогенным источником является высокотем­пературное сжигание ископаемого топлива, прежде всего в двигате­лях внутреннего сгорания и дизе­лях. В атмосфере окись азота дов ольно быстро окисляется в дву­окись, которая также образуется при горении. Некоторая доля дву­окиси образуется при вулканичес­кой деятельности и электрических разрядах в верхних слоях атмосфе­ ры.

Средняя концентрация окиси азота достигает 2 чнб (3 микро­грамма на кубометр), двуокиси азота — 4 чнб (6 микрограммов на кубометр). В крупных промышлен­ных центрах их концентрация уве­личивается в 10—100 раз . Так, например, в пяти крупных городах США, расположенных в промыш­ ленном поясе северо-востока и Среднего З апада, средняя годовая концентрация двуокиси аз ота составляла 30—50 чнб (60—100 микрограммов на кубометр), а среднегодовое значение максиму­мов — 140— 260 чнб (290— 530 микрограммов на кубометр.

Окислы азота в атмосфере при­водят к образ ованию коричнева­того смога, че?