Атмосфера Земли постоянно циркулирует: поднимающийся вверх теплый воздух у экватора замещается холодными воздушными потоками, движущимися от полюсов. Направление ветра зависит от величины перемещающего воздушные массы градиента атмосферного давления, а скорость ветра возрастает с
455
увеличением перепада атмосферного давления. Воздушные массы могут перемещаться потоками, параллельными поверхности Земли, а также вертикальными струями, которые возникают под действием тепловых градиентов. Турбулентное перемешивание приземного слоя атмосферы может происходить при взаимодействии с поверхностью почвы или при тепловом расслоении атмосферы. Механические и температурные перемещения наблюдаться могут одновременно. На содержание вредных веществ в атмосфере оказывают влияние их рассеивание турбулентными потоками, действие осадков или их оседание из-за наличия гравитационных сил. Между атмосферным загрязнением и круговоротом главных биогенных элементов отмечается четкая связь (рис. 14.4).
Рис. 14.4. Связь между атмосферным загрязнением и круговоротом главных биогенных элементов (по Ф. Рамаду, 1981)№
Здесь четко прослеживается, что сжигание ископаемого топлива (уголь, нефть) играет определяющую роль в загрязнении
456
атмосферы. За счет газов антропогенного происхождения образуются кислотные осадки и смог. Кислотные осадки - это серная и азотная кислоты, образующиеся при растворении в воде диоксидов серы и азота, и выпадающие на поверхность земли вместе с дождем, туманом, снегом или пылью (рис. 14.5).
Попадая в озера, кислотные осадки нередко вызывают гибель рыб или всего животного населения. Они также могут вызывать повреждения листвы, а часто гибель растений, ускорять коррозию металлов и разрушение здания. Кислотные дожди большей частью наблюдаются в районах с развитой промышленностью. Хотя капельки воды и быстро удаляются из атмосферы, они все же распространяются на сотни километров от производящих выбросы теплостанций, промышленных предприятий и т.д. Среди вредных веществ, содержащихся в воздухе городов, имеется большая группа, обладающая канцерогенной активностью. Это в первую очередь бенз(а)пирен и другие ароматические углеводороды, поступающие от котельных промышленных предприятий и с выхлопными газами автотранспорта (рис. 14.6).
Исследования канцерогенных веществ, содержащихся в воздушной среде, показывают, что возникновение раковых болезней у людей происходит, в частности, от постоянного суммирования небольших доз канцерогенов в течение длительного времени.
457
Рис. 14.6. Схема загрязнения среды канцерогенным углеводородом бенз(а)пиреном (по Н.Ф. Реймерсу, 1990):1 - промышленные предприятия; 2 - авиатранспорт; 3 - автомобильный и рельсовый транспорт; 4 - отопление жилищ; 5 - ультрафиолетовое излучение; 6 - озон; 7 - метаболизм у высших животных; 8 - разрушение растениями; 9 - разрушение почвенными микроорганизмами
Неблагоприятное влияние на организм человека оказывают соединения свинца, имеющиеся в выхлопных газах автотранспорта. Присутствие свинца в крови человека возрастает с увеличением его содержания в воздухе, что приводит к снижению активности ферментов, участвующих в насыщении крови кислородом, к нарушению обменных процессов.
В атмосферном воздухе, в первую очередь промышленных центров и городов, в результате сложных химических реакций смеси газов (главным образом окислов азота и углеводородов, содержащихся в выхлопных газах автомобилей), протекающих в нижних его слоях под действием солнечного света, образуются различные вещества, ядовитый туман. Такой ядовитый туман получил название "смог". Его возникновению способствуют определенные метеорологические условия: отсутствие ветра и дождя, а также температурная инверсия. Смог крайне вреден для живых организмов. Во время смога ухудшается самочувствие людей, резко увеличивается число легочных и сердечно-сосудистых заболеваний, возникают эпидемии гриппа. Густой ядовитый туман, появляющийся в осенне-зимнее время, получил название смога лондонского типа. Его главным компонентом является
458
сернистый газ, вызывающий катар верхних дыхательных путей, бронхит. Более опасный тип смога - фотохимический, или лос-анджелеский, наблюдающийся в теплое время года, например в Нью-Йорке, Бостоне, Детройте, Чикаго, Милане, Мадриде. Он возникает в воздухе, загрязненном выбросами автотранспорта, под действием солнечной радиации и в результате фотохимических реакций. Фотохимический смог вызывает раздражение глаз, слизистых оболочек носа и горла, обострение легочных и различных хронических заболеваний, приводит к болезни и гибели домашних животных, растений. Он вызывает коррозию металлов, растрескивание красок, резиновых и синтетических изделий, порчу одежды.
Одним из вредных компонентов смога является и озон (О3). В крупных городах при образовании смога его естественная концентрация (1 • 10-8) повышается в 10 раз и более. Озон здесь начинает оказывать вредное воздействие на легкие и слизистые оболочки человека и на растительность.
С антропогенными изменениями атмосферы связано и разрушение озонового слоя, который является защитным экраном от ультрафиолетового излучения. Особенно быстро процесс разрушения озонового слоя происходит над полюсами планеты, где появились так называемые озоновые дыры. В 1987 г. зарегистрирована расширяющаяся год от года (темпы расширения-4% в год) озоновая дыра над Антарктикой (выходящая за контуры материка) и менее значительное аналогичное образование в Арктике. Исследованиями в течение 1969- 1986 гг. установлено, что наибольшее уменьшение общего количества озона в зоне 53-64° с.ш. наблюдалось в зимние месяцы (рис. 14.7).
Рис. 14.7. Уменьшение общего количества озона в зимние месяцы 1969-1986 гг. (по А.Д. Данилову, И.Л. Каролю, 1991)
459
Опасность истощения озонового слоя заключается в том, что может снизиться поглощение губительного для живых организмов ультрафиолетового излучения. Ученые считают, что основной причиной истощения озонового слоя (экрана) является применение людьми хлорфторуглеродов (фреонов), которые широко используются в быту и производстве в виде аэрозолей, дореагентов, пенообразователей, растворителей и т.д. В 1990 г. мировое производство озоноразрушающих веществ составляло более 1300 тыс. т. Хлорфторуглероды (CFCl3 и CF2Cl2), попадая в атмосферу, разлагаются в стратосфере с выделением атомов хлора, которые катализируют превращение озона в кислород. В нижних слоях атмосферы фреоны могут сохраняться в течение десятилетий. Отсюда они поступают в стратосферу, где в настоящее время их содержание ежегодно увеличивается на 5 %. Предполагается, что одной из причин истощения озонового слоя может быть и сведение лесов как продуцентов кислорода на Земле.
Быстрыми темпами растет в атмосфере содержание углекислого газа и метана. Эти газы обусловливают "парниковый эффект" (рис. 14.8).
Рис. 14.8. "Парниковый эффект" (по Е.А. Криксунову и др., 1995):1- нагревание земной поверхности; 2 - отражение теплового излучения Земли вследствие загрязнения атмосферы
Они пропускают солнечный свет, но частично задерживают тепловое излучение, испускаемое поверхностью Земли. За последние 100 лет концентрация в атмосфере углекислого газа выросла на 25%, а метана - на 100%. Это
460
сопровождалось глобальным повышением температуры. Так, за 80-е гг. средняя температура воздуха в северном полушарии повысилась по сравнению с концом XIX в. на 0,5-0,6°С. На Земле, по прогнозам, средняя температура к 2000 году повысится на 1,2°С, а в ближайшие 50 лет - на 2-5°С по сравнению с доиндустриальной эпохой. Потепление может привести к интенсивному таянию ледников и повышению на 0,5-1,5 м уровня Мирового океана, при этом окажутся затопленными многие густонаселенные прибрежные районы. Однако при общем увеличении количества осадков в центральных районах материков климат может стать более засушливым. Например, в 80-90-х гг. XX в. в Африке и Северной Америке участились катастрофические засухи, которые связывают с глобальным потеплением. Нужно учитывать и высокую опасность для здоровья людей насыщения воздуха (особенно актуально для крупных, промышленных городов) диоксидом углерода. При высоких концентрациях в атмосферном воздухе СО2 наступают отравления, первыми симптомами которых являются головные боли, тошнота, чувство слабости. Некоторые люди, страдающие анемиями и сердечно-сосудистыми заболеваниями, обладают повышенной чувствительностью к воздействию СО2. Установлено, что загрязнение атмосферы оказывает отрицательное воздействие на животных, сельскохозяйственные культуры. Эти вопросы более подробно будут рассмотрены в дальнейшем.
В конце XX в. огромную опасность представляет радиоактивное и химическое загрязнение атмосферы, да и биосферы в целом в результате деятельности человека. Все острее встает проблема складирования и хранения радиоактивных отходов военной промышленности и атомных электростанций, хранения химического оружия. С каждым годом они представляют все большую опасность для окружающей среды.
На примере загрязнения атмосферы видно, что даже слабые воздействия человека могут приводить к крупным неблагоприятным последствиям для природных систем. Нужно учитывать и то, что загрязняющие вещества переносятся воздушными потоками на большие расстояния, создавая тем самым опасность загрязнения территорий других стран. Так, по оценкам международных организаций, в 90-х гг. XX в. на долю английских выбросов приходилось 14% загрязненности окружающей среды в Швеции, 7% - в ФРГ, 7% - в Норвегии.
Выпадение загрязняющих веществ на территории Российской Федерации за счет трансграничного переноса из других стран
461
(Украина, Беларусь, Польша, Великобритания, Румыния и др.) в 1990 г. составили: соединений серы - 1355,0 кт8, соединений окисленного азота - 596,0 KTN и соединений восстановленного азота - 42,2 ктN.
Современное промышленное производство загрязняет атмосферу не только газообразными и твердыми примесями, но и тепловыми выбросами, электромагнитными полями, ультрафиолетовыми, инфракрасными, световыми излучениями и другими физическими факторами. Наиболее распространенным видом физического воздействия на атмосферу в городах и крупных поселках является шум, возникающий при работе транспортных средств, оборудования промышленных и бытовых предприятий, вентиляционных и газотурбинных установок, реактивных самолетов при взлете и посадке. Как уже было отмечено ранее, величину звуковых давлений измеряют и нормируют в децибелах (дБ), рис. 14.9.
Уровень шума в 20-30 дБ практически безвреден для человека, является естественным шумовым фоном. У людей же, живущих и работающих в неблагоприятных акустических условиях (80 дБ и более), имеются признаки изменения функционального состояния центральной нервной и сердечно-сосудистой систем.
В настоящее время уровень электромагнитных полей (ЭМП), созданных человеком и "загрязняющих" атмосферу, в сотни раз превышают средний уровень естественных диапазонов.
Электромагнитные поля оказывают влияние на нервную и эндокринную системы, на репродуктивную функцию, на сердечно-сосудистую систему и обмен веществ. Наиболее высока чувствительность организмов к многократным воздействиям электромагнитных полей.
Рис. 14.9. Шкала интенсивности шума (в дБ)
462
