Экологический кризис

3.1.1. Углекислый газ.

В первой части мы уже рассматривали углекислый газ (двуокись углерода). В резуль­тате сжигания топлива, а также производства цемента в атмосферу поступает огромное количество этого газа. Например, в 1984 году в атмосферу было выброшено 19,5 миллиарда тонн углекислого газа. Сам этот газ не ядовит (некоторые специалисты считают даже, что он необходим для дыхания). Он нахо­дит широкое применение в быту (газированная вода, «сухой лед» и т. п.). Его экологическая роль заключается во влиянии на климат через парниковый эффект.

3.1.2. Угарный газ.

Сжигание топлива, которое создает большую часть газообразных, да и аэрозольных загрязнений 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 произойти 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 обозначать 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 воздухе 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 двига­телях 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 орга­нического 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.

3.1.3. Болотный газ.

Значительную долю атмосферного загрязнения составляют углеводороды — орга­нические вещества, состоящие из углерода и водорода. Из естествен­ных источников в атмосферу поступают, прежде всего, метан, простей­ших из углеводородов, состоящий из одного атома углерода, и четы­рех атомов водорода, и упоминав­шиеся выше терпены. Основные источники метана — деятельность микроорганизмов при захоронении органического   углерода   без доступа воздуха, например, на дне болот (поэтому его иногда назы­вают болотным газом), 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 нем до 97 процентов метана), нефти, угля (известны многочи­сленные   случаи   накопления метана в угольных шахтах), а также при сжигании растительной массы (для обогрева или же при сельско­хозяйственных работах). В послед­ние   десятилетия   поступление метана в атмосферу росло со ско­ростью 1,1 процента в год и в насто­ящее время составляет, по недавним оценкам, около 400—-500 миллионов 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 метана достаточно 11—12 процен­тов его нынешних источников, остальные 88—89 процентов уда­ляются из атмосферы (считается, что основным механизмом удале­ния метана является его окисле­ние, а также его разложение почвенными микроорганизмами).

Терпены, непрерывно выделя­емые в атмосферу деревьями и другими растениями, поступают в атмосферу   приблизительно   в таком же количестве, что и метан, то есть около 400 миллионов тонн в год (хотя некоторые оценки дости­гают 1000 миллионов тонн). Эти вещества очень активны, особенно в присутствии озона. Считается, что именно они создают атмосфер­ную дымку, часто наблюдаемую на суше вдалеке от промышленных источников загрязнения. Многие читатели наверняка наблюдали голубоватую дымку и ощущали запах озона в утреннем, освещен­ном солнцем сосновом бору.

3.1.4. Углеводороды.

Поступающие в атмосферу в результате деятель­ности   человека,   составляют небольшую долю от углеводородов естественного происхождения, но загрязнение ими имеет весьма важ­ное значение в густонаселенных районах. Более половины углеводородов,     производимых человеком, поступает в воздух в результате неполного сгорания бензина 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 бензоколонках. При определенных условиях высокая концентрация     углеводородов может привести к образованию так называемого    фотохимического смога с ядовитыми веществами, вызывающими  раздражение  и заболевания дыхательных путей и глаз у людей и губящими расти­тельность.

3.1.5. 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 деятельности в атмо­сферу ежегодно попадает около 4 миллионов тонн сернистого газа. Но гораздо больше — около 200— 215 миллионов тонн сернистого газа — образуется из сероводоро­да, который поступает в атмосферу при разложении органического вещества.

Промышленные источники серни­стого газа по интенсивности давно превзошли 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. Сырьем для получения меди, свинца и цинка служат глав­ным образом 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.

При концентрации 8—12 чнм сер­нистый газ сильно раздражает дыхательные пути и вызывает кашель, при 20 чнм он раздражает глаза. В присутствии других загряз­нителей, например при наличии аэрозольных частиц, для такого же воздействия достаточно гораздо более низких концентраций серни­стого газа.

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 концентрациях сернистого газа происходит быстрое отмира­ние листьев и гибель всего расте­ния. Хронические повреждения при длительном воздействии малых концентраций  сернистого  газа выражаются в накоплении вредных веществ в тканях растения, разру­шении   хлорофилла,  снижении интенсивности фотосинтеза, нару­шении роста, снижении урожая. Сернистый газ нарушает водный обмен у растений, вызывает опадание листьев, усыхание молодых побегов. Особенно чувствительны окисляется до серного ангидрида, который жадно соединяется с водой или слабыми водными рас­творами облачных или дождевых капель и образует сульфатные аэрозольные частицы. Их время пребывания в нижней атмосфере несколько больше, чем у серни­стого газа.

3.1.6. Аммиак и окислы азота.

Третий по массе и по значению вид газо­образного загрязнения атмосферы образуют соединения азота — аммиак, закись азота, окись азота и двуокись, или перекись, азота. Два первых газа имеют в основном естественное происхождение, и мы не будем здесь на них останавли­ваться.

Главные      азотсодержащие загрязнители атмосферы — окись и перекись азота. Оба газа ядовиты. Окись азота поступает в атмос­феру в результате жизнедеятель­ности микроорганизмов 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 довольно быстро окисляется в дву­окись, которая также образуется при горении. Некоторая доля дву­окиси образуется при вулканичес­кой деятельности и электрических разрядах в верхних слоях атмосферы.

Окислы азота в атмосфере при­водят к образованию коричнева­того смога, чему, как правило, спо­собствует   присутствие   Других загрязнителей — сернистого газа, углеводородов, а также местные метеорологические и топографи­ческие условия. Такие смоги нано­сят ущерб здоровью людей, в част­ности вызывают раздражение глаз и губят городскую растительность.

Окислы азота в облаках и тума­нах соединяются с водой, образуя капельки разбавленной азотной кислоты или ее солей. Часть из них превращается в твердые аэрозоль­ные частицы, которые осаждаются на поверхности почвы и воды, дру­гая вымывается из атмосферы дождями, так что кислые дожди бывают как сернокислыми, так и азотнокислыми.

Почти 90 процентов окислов азо­та, попадающих в атмосферу в результате деятельности челове­ка, образуется в результате сгора­ния топлива в автомобильных дви­гателях (более 50 процентов) или в топках теплоцентралей и тепловых электростанций. Большой вклад вносит также сжигание твердых отходов — бытовых, промышлен­ных и сельскохозяйственных, лес­ные пожары. Источником окислов азота служат также ряд отраслей промышленности, в их числе произ­водство азотной кислоты, мине­ральных удобрений, искусственных волокон и т. д.

3.1.7. Аэрозоли.

Количество аэрозоль­ных частиц, поступающих в атмос­феру из естественных источников, оценивается в 700—-2200 миллио­нов тонн в год, из искусственных источников пока что впятеро меньше — 185—415 миллионов тонн в год.

Аэрозоли попадают в атмосферу при разбрызгивании растворов. Естественный источник таких аэро­золей — океан, поставляющий хлоридные и сульфатные аэрозоли, образующиеся в результате испа­рения морских брызг, в количестве около миллиарда тонн в год, то есть около 40 процентов всего аэрозоля, поступающего в атмос­феру. Впрочем, вклад от челове­ческой деятельности здесь неве­лик.

Аэрозоли удаляются из атмос­феры тремя путями: сухим осажде­нием под действием тяжести (глав­ный путь для крупных частиц), оса­ждением на препятствиях и вымыванием осадками.

Аэрозольное     загрязнение,   воздей­ствуют на погоду и климат, собствуют образованию облаков и туманов, дождя и снега, портят здоровье людей. В течение суток через легкие человека про­ходит 12—14 кубометров воздуха.

3.1.8. Тяжелые металлы.

Промышлен­ные дымы содержат не только сажу, но и множество других вред­ных веществ. Производство черных металлов   сопровождается   не только выбросами сернистого газа и окиси железа, но и таких ядови­тых веществ, как сурьма, свинец, мышьяк, пары ртути. В еще боль­ших количествах ядовитые тяже­лые металлы поступают в атмос­феру из предприятий цветной металлургии.  Они  составляют половину источников поступления в атмосферу меди и цинка.

Больше всего это отношение у свинца: 17,5: его выбрасывается в атмосферу много больше Других металлов и в абсолютном выраже­нии — около трети миллиона тонн в год. Затем идут четыре элемента, которые поступают в атмосферу из-за человеческой деятельности вдвое больше, чем от естественных источников: это кадмий, цинк, мышьяк и никель.

3.1.9. Радиоактивность.

Что бы ни говорилось об якобы обеспеченной экологической чистоте ядерной энергетики, возможность загрязнения окружающей среды существует практически на всех этапах произ­водства как ядерной энергии, так и ядерного оружия, причем сейчас мы говорим о контролируемых тех­нологических процессах, хотя наи­больший ущерб могут причинить аварии на предприятиях атомной промышленности. Уже при добыче сырья на урано­вых или ториевых шахтах, как и при добыче обычной руды, образуется много пыли, но эта пыль радиоак­тивна. Она и выделяющиеся радио­активные газы могут оказаться в атмосфере при вентилировании шахт. На обогатительных фабриках урановая руда дробится и распыля­ется, и в воздух может попадать не только радиоактивная пыль, но и ядовитые   вещества:   ванадий, мышьяк, селен и др. Вероятность    радиоактивного загрязнения окружающей среды при нормальной работе атомных электростанций   невелика,   но аварии, как упоминалось выше, могут иметь катастрофические последствия. Нельзя сбрасывать со счетов радиоактивное загрязнение воз­духа на заводах ядерного оружия, которые все еще продолжают производить свою смертоносную продукцию, а также при транспор­тировании сырья, готовых изделий или отходов и при подземных испы­таниях ядерного оружия. Недавно стало известно о взрыве храни­лища радиоактивных отходов на заводе под Челябинском, произо­шедшем в 1957 году. При аварии произошел выброс отходов с актив­ностью около 2 миллионов Кюри, и хотя 90 процентов ее осталось в пределах завода, загрязненной (в основном изотопом стронций-90) оказалась территория размерами примерно 300х10 километров.