Загрязнение атмосферы

Введение

Жизнь начинается с дыхания и заканчивается с его прекращением. Человек может отказаться от приёма недоброкачественной пищи, не пить загрязнённую воду, но не дышать он не может. Стремительный рост численности человечества и его научно-технической вооружённости в корне изменили ситуацию на Земле. Современная цивилизация осуществляет невиданное воздействие на природу. Загрязнение природной среды промышленными выбросами оказывает вредное воздействие на людей, животных, растения, почву, здания, сооружения, снижает прозрачность атмосферы, повышает влажность воздуха, увеличивает число дней с туманами и т. д.

В наше время во всём мире атмосферный воздух загрязняется вредными веществами. К сожалению, человек сам создаёт себе то, что его убивает. Например, автомобиль, его выхлопные газы содержат свинец и другие, вредные для здоровья человека вещества. В больших количествах эти вещества осаждаются на землю возле автострад и шоссе. Нельзя собирать грибы, полезные травы, ягоды менее чем в ста метрах от дороги, так как все растения впитывают в себя ядовитые вещества.

В городах воздух очень сильно загрязняют вредные выбросы промышленных предприятий.

Существуют нормы ПДК, так называемые, предельно допустимые концентрации веществ в воздухе. За этим должны следить специальные органы, например, лаборатория загрязнения окружающей среды, и принимать какие-либо меры: от штрафа до закрытия предприятия.

При этом полностью человек не осознает всю опасность, поэтому, своей курсовой работой я хочу рассказать о проблемах загрязнения воздуха и методах борьбы с этим загрязнением.

Химическое загрязнение атмосферы

Атмосферный воздух является самой важной жизнеобеспечивающей природной средой и представляет собой смесь газов и аэрозолей приземного слоя атмосферы, сложившуюся в ходе эволюции Земли, деятельности человека и находящуюся за пределами жилых, производственных и иных помещений.

Загрязнение атмосферы – это изменение ее состава при поступлении примесей естественного или антропогенного происхождения. Вещества-загрязнители бывают трех видов: газы, аэрозоли и пыль. К аэрозолям относятся диспергированные твердые частицы, выбрасываемые в атмосферу и находящиеся в ней длительное время во взвешенном состоянии.

К основным загрязнителям атмосферы относятся углекислый газ, оксид углерода, диоксиды серы и азота, а также малые газовые составляющие, способные оказывать влияние на температурный режим тропосферы: диоксид азота, хлорфторуглероды (фреоны), метан и тропосферный озон.

Основной вклад в высокий уровень загрязнения воздуха вносят предприятия черной и цветной металлургии, химии и нефтехимии, стройиндустрии, энергетики, целлюлозно-бумажной промышленности, а в некоторых городах и котельные.

Источники загрязнений – это теплоэлектростанции, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ, металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в воздух окислы азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка; химические и цементные заводы. Вредные газы попадают в воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов.

Атмосферные загрязнители разделяют на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения последних. Так, поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется до серного ангидрида, который взаимодействует с парами воды и образует капельки серной кислоты. При взаимодействии серного ангидрида с аммиаком образуются кристаллы сульфата аммония. Подобным образом, в результате химических, фотохимических, физико-химических реакций между загрязняющими веществами и компонентами атмосферы, образуются другие вторичные признаки. Основным источником пирогенного загрязнения на планете являются тепловые электростанции, металлургические и химические предприятия, котельные установки, потребляющие более 70% ежегодно добываемого твердого и жидкого топлива.

Основными вредными примесями пирогенного происхождения являются следующие: 1) оксид углерода - получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 250 млн. т. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта; 2) сернистый ангидрид - выделяется в процессе сгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд (до 70 млн. т. в год). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах. Только в США общее количество выброшенного в атмосферу сернистого ангидрида составило 85 процентов от общемирового выброса; 3) Серный ангидрид - образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Пирометаллургические предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ан гидрида; 4) сероводород и сероуглерод - поступают в атмосферу раздельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида; 5) оксиды азота - основными источниками выброса являются предприятия, производящие; азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество оксидов азота, поступающих в атмосферу, составляет 20 млн. т. в год.;

6) соединения фтора - источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Фторосодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений - фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами.

7) соединения хлора - поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлоросодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией.

В металлургической промышленности при выплавке чугуна и при переработке его на сталь происходит выброс в атмосферу различных тяжелых металлов и ядовитых газов. Так, в расчете на I т. предельного чугуна выделяется кроме 2, 7 кг сернистого газа и 4, 5 кг пылевых частиц, определяющих количество соединений мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, паров ртути и редких металлов, смоляных веществ и цианистого водорода.

Объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников на территории России составляет около 22 – 25 млн. т. в год.

Аэрозольное загрязнение атмосферы

В атмосферу ежегодно поступают сотни миллионов тонн аэрозолей из различных источников. Аэрозоли - это твёрдые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе. К аэрозолям относят нитратные и сульфатные соли, а также жидкие капельки серной кислоты, нефть, полихлорированные дифенилы, диоксины и различные пестициды.

Аэрозоли разделяются на первичные (выбрасываются из источников загрязнения), вторичные (образуются в атмосфере), летучие (переносятся на далекие расстояния) и нелетучие (отлагаются на поверхности вблизи зон пылегазовыбросов). Устойчивые и тонкодисперсные летучие аэрозоли - (кадмий, ртуть, сурьма, йод-131 и др.) имеют тенденцию накапливаться в низинах, заливах и других понижениях рельефа, в меньшей степени на водоразделах.

К естественным источникам относят пыльные бури, вулканические извержения и лесные пожары. Газообразные выбросы (например, SO2) приводят к образованию в атмосфере аэрозолей. Несмотря на то, что время пребывания в тропосфере аэрозолей исчисляется несколькими сутками, они могут вызвать снижение средней температуры воздуха у земной поверхности на 0, 1 – 0, 3С°. Не меньшую опасность для атмосферы представляют аэрозоли антропогенного происхождения, образующиеся при сжигании топлива либо содержащиеся в промышленных выбросах.

Средний размер аэрозольных частиц составляет 1- 5 мкм. В атмосферу Земли ежегодно поступает около 1 км3 пылевидных частиц искусственного происхождения. Большое количество пылевых частиц образуется также в ходе производственной деятельности людей.

Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются ТЭС, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы. Аэрозольные частицы от этих источников отличаются большим разнообразием химического состава. Чаще всего в их составе обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода, реже - оксиды металлов: железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а также асбест. Они содержатся в выбросах предприятий теплоэнергетики, черной и цветной металлургии, стройматериалов, а также автомобильного транспорта. Пыль, осаждающаяся в индустриальных районах, содержит до 20% оксида железа, 15% силикатов и 5% сажи, а также примеси различных металлов (свинец, ванадий, молибден, мышьяк, сурьма и т.д.).

Еще большее разнообразие свойственно органической пыли, включающей алифатические и ароматические углеводороды, соли кислот. Она образуется при сжигании остаточных нефтепродуктов, в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих, нефтехимических и других подобных предприятиях. Постоянными источниками аэрозольного загрязнения являются промышленные отвалы - искусственные насыпи из переотложенного материала, преимущественно вскрышных пород, образуемых при добыче полезных ископаемых или же из отходов предприятий перерабатываюшей промышленности, ТЭС. Источником пыли и ядовитых газов служат массовые взрывные работы. Так, в результате одного среднего по массе взрыва (250-300 тонн взрывчатых веществ) в атмосферу выбрасывается около 2 тыс. м3 условного оксида углерода и более 150 т. пыли. Производство цемента и других строительных материалов также является источником загрязнения атмосферы пылью. Основные технологические процессы этих производств - измельчение и химическая обработка шихт, полуфабрикатов и получаемых продуктов в потоках горячих газов всегда сопровождается выбросами пыли и других вредных веществ в атмосферу.

Концентрация аэрозолей меняется в весьма широких пределах: от 10 мг/м3 в чистой атмосфере до 210 мг/м3 в индустриальных районах. Концентрация аэрозолей в индустриальных районах и крупных городах с интенсивным автомобильным движением в сотни раз выше, чем в сельской местности. Среди аэрозолей антропогенного происхождения особую опасность для биосферы представляет свинец, концентрация которого изменяется от 0, 000001 мг/м3 для незаселенных районов до 0, 0001 мг/м3 для селитебных территорий. В городах концентрация свинца значительно выше – от 0, 001 до 0, 03 мг/м3.

Аэрозоли загрязняют не только атмосферу, но и стратосферу, оказывая влияние на ее спектральные характеристики и вызывая опасность повреждения озонового слоя. Непосредственно в стратосферу аэрозоли поступают с выбросами сверхзвуковых самолетов, однако имеются аэрозоли и газы, диффундирующие в стратосфере.

Основной аэрозоль атмосферы – сернистый ангидрид (SO2), несмотря на большие масштабы его выбросов в атмосферу, является короткоживущим газом (4 – 5 суток). По современным оценкам, на больших высотах выхлопные газы авиационных двигателей могут увеличить естественный фон SO2 на 20%. Ежегодное поступление сернистого газа в атмосферу только вследствие промышленных выбросов оценивается почти в 150 млн. т. В отличие от углекислого газа сернистый ангидрид является весьма нестойким химическим соединением. Под воздействием коротковолновой солнечной радиации он быстро превращается в серный ангидрид и в контакте с водяным паром переводится в сернистую кислоту. В загрязненной атмосфере, содержащей диоксид азота, сернистый ангидрид быстро переводится в серную кислоту, которая, соединяясь с капельками воды, образует так называемые кислотные дожди.

К атмосферным загрязнителям относятся углеводороды - насыщенные и ненасыщенные, включающие от 1 до 3 атомов углерода. Они подвергаются различным превращениям, окислению, полимеризации, взаимодействуя с другими атмосферными загрязнителями после возбуждения солнечной радиацией. В результате этих реакций образуются перекисные соединения, свободные радикалы, соединения углеводородов с оксидами азота и серы часто в виде аэрозольных частиц. При некоторых погодных условиях могут образовываться особо большие скопления вредных газообразных и аэрозольных примесей в приземном слое воздуха. Обычно это происходит в тех случаях, когда в слое воздуха непосредственно над источниками газопылевой эмиссии существует инверсия - расположения слоя более холодного воздуха под теплым, что препятствует воздушным массам и задерживает перенос примесей вверх. В результате вредные выбросы сосредотачиваются под слоем инверсии, содержание их у земли резко возрастает, что становится одной из причин образования ранее неизвестного в природе фотохимического тумана.

Пыль, которой мы дышим

Попавшие в воздух твёрдые частицы, особенно в большом количестве, мы обычно называем пылью. Естественным путём частицы пыли попадают в атмосферу из таких источников, как вулканы, эрозия почв, при различного происхождения пожарах и др.

С развитием цивилизации много примесей стало попадать в воздух в результате работы многочисленных двигателей внутреннего сгорания, деятельности различных производств, а также по причине увеличения очагов возгорания, спровоцированных человеком, и т. д.

Все частицы, попадающие в воздух, можно разделить на следующие группы:

а) крупные частицы, осаждающиеся со временем;

б) частицы, слабо или совсем не осаждающиеся;

в) микроскопическая пыль, неосаждающаяся.

Средний диаметр частиц первой группы равен 20 микрон (мкм). Они сосредоточены в основном не выше 3 000 метров над поверхностью земли.

Диаметр второй группы – от 2, 5 до 0, 1 мкм. Благодаря электростатическим силам они способны увеличиваться в размерах и оседать. Эти частицы могут являться эффективными ядрами конденсации водяного пара и способствовать выпадению осадков.

Частицы третьей группы имеют диаметр менее 0, 001 мкм. Они встречаются во всех слоях атмосферы.

Что касается так называемых аэрозольных частиц, то обычно он колеблется от 0, 1 до 20 мкм. Такого рода частицы рассеивают радиацию и влияют на разную степень солнечного освещения, на температуру поверхности почвы.

Аэрозоли в основном попадают в атмосферу во время пыльных бурь в пустынях. Их состав преимущественно кремнеземный. А поскольку деятельность человека приводит к образованию всё новых и новых пустынных районов и увеличению площадей уже имеющихся пустынь, становится ясно, что идёт интенсивный процесс поступления аэрозольных частиц в атмосферу.

В результате вулканической деятельности в атмосферу поступает и сернистый газ, впоследствии образующий частицы серной кислоты, а затем и сульфата аммония.

Морские штормы дают жизнь бесчисленному числу брызг, которые при испарении образуют частицы, состоящие из соли со средним диаметром в 0, 3 мкм, но не выше 3000 м над землёй они почти не поднимаются.

Аэрозоли порождаются также лесными пожарами, посадкой сельскохозяйственных культур на гарях и пр.

Деятельность человека добавляет к этим аэрозолям частица металлического происхождения и угольную пыль (а также сажу). В дыму различных топок и печей, сжигающих уголь и мазут, очень много таких частиц. А в выхлопных газах автомобилей содержится, кроме того, ещё и много свинца. К этому надо добавить пыль от промышленных стройматериалов, цементную пыль, пыль, получающуюся в результате дробления пород в карьерах и пр. Например, для получения 1 т цемента надо раздробить около 5 т различных материалов.

Металлургическая пыль также является источником большого количества аэрозолей. Сталелитейные заводы выбрасывают огромные клубы красного дыма, состоящего из частиц окиси железа, что значительно снижает солнечную инсоляцию на прилегающей территории.

Пыль города и индустриальных центров и районов содержит много частиц различного происхождения – в ней встречаются кварц, полевой шпат, асбест, гипс, сажа, продукты истирания резиновых автомашин и многое другое.

В районах с большим числом промышленных предприятий в аэрозолях можно найти до 20 элементов.

Загрязняют атмосферу и предприятия, производящие фосфорные удобрения, а также кирпич.

При производстве 1 т фосфатов в атмосферу выбрасывается 100 г фтора. Свинец производят в большом количестве – это необходимо и для металлургии (литейное производство), и в автомобилестроении. Одна треть всего свинца в мире идет на производство аккумуляторов. Сжигание различных отходов также дает свинец. Каждый автомобиль в год выбрасывает около 1 т свинца в виде аэрозоля. Его концентрация во многих районах Земли возросла в сотни и сотни раз.

Надо учитывать, что все эти элементы оказываются не только в атмосфере, но и осаждаются на почву, попадая на воду, и на растения. Вот почему нельзя употреблять в пищу растительные продукты (помидоры, лук, огурцы, салат и т. д.), выращенные в черте крупного города на балконах, лоджиях, садовых участках.

Концентрация свинца в городе может доходить до 3 мкг/м3, а в 1 л дождевой воды в городской черте может содержаться до 40 мкг свинца.

Такое большое содержание опасных элементов в атмосфере и почве, воде и продуктов питания людей, естественно, вызывает рост различных заболеваний, в частности рака лёгких, желудка и пр.

Все эти пылевые и аэрозольные частицы, кроме того, вызывают общее помутнение атмосферы, фотохимический смог, отрицательно влияют на интенсивность солнечной радиации, на фотосинтез растений и тепловой баланс планеты в целом, нарушая его естественные процессы.

В целом в атмосфере Земли постоянно находится около 250 млн тонн взвешенных частиц.

Особенно много техногенной пыли образуется при сжигании каменного угля на ТЭЦ и при производстве цемента.

При сгорании бензина и дизельного топлива в воздух попадают капли жидкого горючего.

В воздухе происходят фотохимические реакции между окисью азота и углеводородом (инициируемые солнечным светом) – продукты этих реакций представляют собой жидкие органические соединения, рассеиваемые в виде мельчайших капелек, которые, как уже упоминалось ранее, и вызывают смог.

Болезни людей, вызываемые усилением запылённости. В последние десятилетия резко возросла запыленность атмосферы, что усугубило и без того тяжелую экологическую обстановку в мире. В первую очередь это сказалось на здоровье людей - особенно горожан (жителей крупных промышленных центров). Вспомним, что в Лондоне в 1952 г. за 4 дня смога, спустившегося на город, погибли 4 000 человек, а десятки тысяч людей получили легочные и бронхиальные заболевания. Смоги с большим содержанием пероксилацилнитратов вызывают сильные воспаления, такие, как гиперемия соединительной оболочки глаза. Особенно тяжелые случаи такого рода наблюдались в Лос-Анджелесе. У растений такие смоги повреждают листву и тормозят 4ютосинтез. Из-за смогов горожане все чаще стали заболевать хроническим бронхитом, эмфизой легких, различными аллергическими расстройствами, среди которых наиболее распространена астма. И наконец - рост заболеваний раком легких.

К примеру, в Великобритании 10% смертельных исходов обусловлено хроническим бронхитом. Особенно часто эта болезнь косит курильщиков - после 40 лет у них вероятность этого заболевания в 10 раз больше, чем у некурящих людей.

Еще в 1980 году стало ясно, что присутствие в атмосфере канцерогенных полициклических углеводородов, таких как бензопирен, бензоантрацен, флюорантрен, способствует возникновению рака бронхов и легких. А при вдыхании кремнеземной пыли и силикатов возникают силикоз и фиброцитоз легких, что вызывает отвердение легочных альвеол, теряющих свою эластичность.

Близка к предыдущей болезни и легочная мезотелиома, возникающая при вдыхании асбестовой пыли (которую дают соответствующие производства, а также использование тормозов сцеплений и пр.). Страдают от запыленности воздуха и все другие системы органов человека.

Усиление запылённости атмосферы. Человечество наращивает запыленность, ежегодно сжигая более 3 млрд тонн каменного угля, более 2 млрд тонн нефти, с также 1 млн тонн торфа, древесины и т.д.

Одна только строительная промышленность ежегодно выбрасывает в воздух более 3 млрд т пыли, цемента, крошки, которые, смешиваясь с дымом, сажей, пеплом и ядовитыми веществами химической промышленности, образуют канцерогенную смесь, которой нам приходится дышать. А ведь человеку в сутки требуется пропускать через свои лёгкие 10 тыс. л воздуха, чтобы получать необходимые для жизни 500 л кислорода.

Запыленность атмосферы увеличивает и облачность. К примеру, в Париже за последние 30 лет пасмурных и туманных дней увеличилось более чем в 5 раз. Сотни миллионов тонн пыли поднимаются в воздух во время пыльных бурь, смерчей, ураганов. Случаи переноса миллионов тонн песка происходят постоянно - так в 80-х годах в результате ураганного ветра в Казахских степях были подняты в воздух и перенесены на запад несколько миллионов тонн песка, впоследствии засыпавшие посевы в Румынии.

Впрочем, иногда пыль является благом. Некоторые расчеты показывают, что 12 млн т пыли ежегодно из Африки (Сахара) переносятся через Атлантику в район Амазонки и там оседают, что, кстати, благотворно воздействует на жизнь бедных микроэлементами почв тропических лесов, так как эти частицы пыли богаты фосфатами. И на 1 га в год поступает более 1 кг фосфатов.

Металлическая пыль – особая пыль. Существует и другой постоянный путь поступления пылевых частиц в атмосферу. Имеется в виду «метеоритный дождь». На Землю ежесекундно падают метеориты. Они, сгорая в слоях атмосферы полностью или почти полностью, рассеивают никель, железо, хром, кобальт и другие металлы. Среднегодовое поступление внеземного вещества, по разным оценкам, составляет до 80 млн тонн, причем на материки приходится лишь 30% всех метеоритов, остальная часть падает в океаны.

Много металлов и неметаллов уносят в атмосферу доменные газы - это не только железо, но и медь, свинец, мышьяк и др.

Из тонны пыли, поступающей в атмосферу при плавке медных руд, можно получить до 100 кг меди, несколько меньше свинца и цинка. Сколько полезных металлов человек теряет из-за несовершенства технологий и какой ущерб это приносит биосфере, подсчитать пока еще никто не смог.

Мы только знаем, что тяжелым металлам свойственно накапливаться и концентрироваться, проходя по пищевым цепям, что приводит к отравлениям всего живого, особенно хищников, да и самого человека (то есть верхних ступеней экологической пирамиды).

Запылённость атмосферы как следствие взрывов и войн. Наконец, не надо забывать и про войны, пусть даже и локальные, которые дают о себе знать в том или ином регионе Земли различными экологическими катастрофами (разлив нефти в акваториях морей, загрязнение атмосферы, вызванное взрывами и пожарами не4ггехранилищ, различных складов и пр.). Сравним деятельность вулканов со взрывами бомб. Вулкан Кракатау в Индонезии в 1883 г. выбросил в атмосферу около 20 км3 пыли и пемзы, вулкан Тамбор, также в Индонезии, в 1915 г. дал более 100 км3 пыли. Так вот, поверхностный взрыв бомбы в 1 мегатонну (в 100 раз более сильный, чем тот, который уничтожил Хиросиму) выбросит на высоту до 10 км около 300-400 тыс. т пыли. Взрывы общей мощностью порядка 10 тыс. мегатонн поднимут вверх около 3-4 млрд т пыли. Все это способно сильно повлиять на климат планеты в целом и вызвать чудовищную экологическую катастрофу с уничтожением всякой высшей формы жизни на значительной территории планеты.

Еще в 1961 г. американский исследователь Дж. Хилл вычислил, что ядерные заряды мощностью 1, 3, 10 мегатонн выжигают соответственно 500, 1000, 2100 км2 лесов. В результате взрыва такой мощности возникает самоподдерживающийся пожар. Если он охватывает 1 млн км2, то выбрасывает вверх одномоментно около 4 млрд т сажи. Сухая сажа, попав в верхние слои атмосферы, будет находиться там не менее трёх месяцев, и Землю окутает тьма.1

Метан в атмосфере

Метан – наиболее важный представитель органических веществ в атмосфере. Его концентрация существенно превышает концентрацию остальных органических соединений. В 60-е и 70-е годы количество метана в атмосфере возрастало со скоростью 1% в год, и это объяснялось хозяйственной деятельностью человечества.

Увеличение содержания метана в атмосфере способствует усилению парникового эффекта, так как метан интенсивно поглощает тепловое излучение Земли в инфракрасной области спектра на длине волны 7, 66 мкм. Метан занимает второе место после углекислого газа по эффективности поглощения теплового излучения Земли. Вклад метана в создание парникового эффекта составляет примерно 30% от величины, принятой для углекислого газа. С ростом содержания метана изменяются химические процессы в атмосфере, что может привести к ухудшению экологической ситуации на Земле. Естественно возникает вопрос об управлении химическими и физическими процессами, в которых принимает участие метан. Если молекулы метана попадают в атмосферу, то они вовлекаются в процессы переноса и вступают в химические реакции, которые хорошо известны как качественно, так и количественно. Управление процессами непосредственно в атмосфере в глобальном масштабе практически исключено. До настоящего времени направленное воздействие на атмосферные процессы удавалось осуществить только путём изменения мощности антропогенных источников. Поэтому важно понимать природу естественных и антропогенных источников метана и оценивать их мощность с достаточной степенью достоверности.

История обнаружения атмосферного метана. История обнаружения атмосферного метана коротка. Присутствие его в атмосфере открыто сравнительно недавно, в 1947 году. Концентрация метана невелика. В атмосферной химии для концентрации обычно используют долевые единицы, что связано с тем, что количество примесных молекул, таких, как метан, невелико. Часто концентрации выражают в частях на миллион или миллиард. Например, если концентрация примеси равна одной части на миллион, то это означает, что в одном моле воздуха присутствует 1(Г6 молей примеси. Для удобства вводят обозначения типа ррт, что означает количество частей на миллион.

Классификация метана по его происхождению. Источники метана разнообразны. Метан называется биогенным, если он возникает в результате химической трансформации органического вещества. Если метан образуется в результате деятельности бактерий, то он называется бактериальным (или микробным) метаном. Если его возникновение обязано термохимическим процессам, то он называется термогенным. Бактериальный метан образуется в донных отложениях болот и других водоемов, в результате процессов пищеварения в желудках насекомых и животных (преимущественно жвачных). Термогенный метан возникает в осадочных породах при их погружении на глубины 3—10 км, где осадочные породы подвергаются химической трансформации в условиях высоких температур и давлений. Метан, возникший в результате химических реакций неорганических соединений, называется абиогенным. Он образуется обычно на больших глубинах в мантии земли.

Общее содержание метана в атмосфере и его концентрация. В настоящее время концентрация атмосферного метана составляет 1, 8 ppm. Общее количество метана в атмосфере оценивают в пределах 4600—5000 Тг (Тг = 1012 г). В южном полушарии концентрация метана несколько ниже, чем в северном полушарии. Такое различие обычно связывают с меньшей мощностью источников метана в южном полушарии: считается, что основные источники метана расположены на континентах, а океаны не вносят заметного вклада в глобальный поток метана. Время жизни метана в атмосфере 8-12 лет.

Метан находится в атмосфере в основном в приземном слое, который называется тропосферой и толщина которого составляет 11-15 км. Концентрация метана мало зависит от высоты в интервале от поверхности Земли до тропопаузы, что обусловлено большой скоростью перемешивания по высоте в пределах 0-12 км (1 месяц) в сравнении со временем жизни метана в атмосфере.

Изменение концентрации метана во времени.

Изменение концентрации метана в атмосфере Земли примечательно тем, что позволяет наглядно представить себе характер и масштаб влияния человеческой деятельности на глобальные процессы. Концентрация метана в 70-е годы увеличивалась в атмосфере со скоростью 0, 8—1, 2% в год, что эквивалентно увеличению концентрации на 16, 5 ppbv (ppbv — одна часть на миллиард) в год, а прирост его массы в атмосфере составлял 45 Тг/год. Возникает вопрос, всегда ли было так, что концентрация атмосферного метана ежегодно возрастала. Оказывается, можно проследить изменения в концентрации метана на протяжении 150 тысяч лет и более. С этой целью отбирают керны в материковых льдах Антарктиды или Гренландии. В частности, большое число данных получено на российской станции "Восток" в Антарктиде. Лед в кернах имеет разный возраст: чем глубже он расположен, тем он старше. Состав воздуха в пустотах льда на различной глубине соответствует составу атмосферы в момент образования льда.

Изменение концентрации метана в атмосфере Земли за последние 140 тыс. лет представлены на рис. 1. Кривая осадков характеризует оледенения: мало осадков - оледенение, много осадков - потепление. Из рис. 1 видно, что во время оледенений концентрация метана падала и иногда достигала рекордно низких значений (например, 0, 35 ppm). Важно отметить, что концентрация метана до новой эры никогда не превышала 0, 7 ppm. Естественно, что до новой эры интенсивность хозяйственной деятельности человечества была незначительной и поэтому наблюдаемая концентрация метана обеспечивалась только естественными факторами.

Рис. 1. Зависимость концентрации метана в атмосфере Земли (1) и зависимость осадков от времени, отн. ед. (2)2

Рис. 2. Изменения содержания метана в атмосфере и населения Земли во времени3

Анализы показывают, что от Рождества Христова вплоть до XVII века концентрация метана в атмосфере Земли была практически постоянной и составляла примерно 0, 7 ppm Затем концентрация метана стала повышаться и одновременно начался интенсивный рост населения Земли (рис. 2) На рис. 2 видно, что за последние 300 лет концентрация метана возросла на 1, 1 ppm. Можно полагать, что этот прирост обусловлен деятельностью человечества. Из данных рис. 2 следует, что в период с начала 60-х годов по настоящее время произошло удвоение прироста концентрации метана, составившее примерно 0, 55 ppm и за это же время удвоилось население земного шара.

Интересное событие произошло в 80-90-е годы: прирост концентрации метана начал падать. Причины этого не вполне ясны Высказывалось робкое предположение, что это связано с тем, что Россия смогла починить свои газопроводы и это привело к остановке в росте концентрации метана. Однако простые оценки показывают [4], что Россия не имеет к этому никакого отношения и что, скорее всего, включились некоторые факторы пока неизвестной природы. Более детальное рассмотрение указанных явлений требует знаний о механизмах поступления метана в атмосферу и о процессах вывода метана из атмосферы.

Стоки метана.

Рассмотрение поведения метана в атмосфере начнем с процессов исчезновения метана. Дело в том, что процессы вывода метана из атмосферы известны в количественном отношении гораздо полнее, чем процессы, обеспечивающие поступление метана в атмосферу. Интенсивность процессов стока метана должна быть примерно равной интенсивности источников метана, что

позволяет более надежно судить о мощности источников метана в атмосфере.

Молекула метана довольно устойчива, и ее нелегко вывести из атмосферы. Метан малорастворим в воде (30 см3 газа растворяется в одном литре воды), и удаление его из атмосферы с помощью осадков не происходит. Для реального удаления из атмосферы метан необходимо переводить в нелетучие соединения или другие газообразные соединения.

Метан, как и многие другие примеси, исчезает из атмосферы, в основном в реакции с радикалом ОН:

ОН + СН4 = Н2О + СНз

Если концентрация метана в атмосфере не растет, то это означает, что скорость поступления метана в атмосферу равна скорости его вывода. Поэтому количественные характеристики этой реакции между метаном и радикалом ОН чрезвычайно важны, так как ошибка в 25% приведет к ошибке примерно в 25% в расчете мощности источников метана. Параметры этой реакции определялись многократно, и тем не менее последние данные показывают, что 10-15 лет назад скорость реакции определялась завышенной примерно на 25%. Это означает, что поток метана в атмосферу с поверхности Земли составляет примерно 400, а не 500 Тг/год, как считалось ранее. Возникает естественный вопрос об источнике радикалов ОН. Необходимо отметить, что радикал ОН — одна из наиболее реакционноспособных частиц в химических процессах. Источником радикала ОН в тропосфере является тропосферный озон (Од). Под действием ультрафиолетового света с длиной волны короче 310 нм молекулы тропосферного озона разрушаются с образованием молекулы кислорода и чрезвычайно реакционноспособного атома кислорода в возбужденном электронном состоянии (0(1D)):

03+hv (310 нм и короче) = О2 + 0(1D)

Атомы кислорода отрывают один атом водорода от воды и получается два радикала ОН:

0(1D) + Н2О = 20Н

Итак, реакции в атмосфере, приводящие к выводу метана, таковы:

ОН + СН4 = Н20 + СНз,

СНз + О2 = СНзО2,

СНзО2 + NO = СНзО + NO2,

СНзО + 02 = СН2О + НО2,

HO2 + NO = OH + NO2,

2[NO2 + hv = NO + 0],

2[0+02 = 0з],

СН4 + 402 = СН2О + Н20 + 20з

Таким образом, в результате многоступенчатого процесса образуются по одной молекуле формальдегида и воды и две молекулы озона. NO и NO2 (NOх ) всегда присутствуют в атмосфере в количествах, достаточных для протекания реакции с их участием.

Из приведенных реакций видно образование нестабильных валентно-ненасыщенных частиц, таких, как СНзО2 или НО2. Эти частицы играют важную роль в процессах в атмосфере. Формально их образование можно представить в процессах отрыва атома водорода от стабильных молекул метилгидроперекиси и перекиси водорода соответственно. Присутствие свободной валентности приводит к высокой реакционной способности, так как эти частицы стремятся к образованию стабильных связей и насыщению валентностей.

Разложение метана до конечных продуктов еще не закончено. Образующиеся молекулы формальдегида начинают участвовать в следующих трех реакциях, которые дают начало новым циклам:

СН2О + hv = Н2 + СО,

СН2О + hv = Н + НСО,

СН2О + ОН = НСО + Н2О

В среднем для атмосферы вероятности протекания этих процессов относятся как 0, 5 : 0, 25 : 0, 25 соответственно, а вторая и третья реакции дают начало следующим циклам, протекающим в присутствии NOх:

СН2О + hv = Н + НСО,

Н + О2 = НО2,

НСО + 02 = СО +НО2,

2[HO2 + NO = OH + NO2],

2[NO2 + hv = NO + 0],

2[0 + 02 = 0з],

СН2О + 402 + hv = СО + 20з + 20Н

В результате этого цикла возникают две молекулы озона и два радикала ОН. Таким образом, метан в присутствии NOх претерпевает конверсию в окислитель, каким является озон. Реакция формальдегида с радикалом ОН также приводит к образованию озона:

СН2О + ОН = НСО + Н2О,

НСО + О2 = СО +НО2,

H02 + NO = OH + N02,

NO2 + hv = NO + О,

0 + 02 = 0з,

СН2О + 202 + hv = СО + Оз + Н20

Далее необходимо рассмотреть реакции СО:

СО + ОН = СО2 + Н,

Н + О2 = НО2,

HO2 + NO = OH+NO2,

NO2+ hv = NO + О,

0 + 02 = 0з,

СО + 202 + hv = СО2 + Оз

В итоге вместо одной исчезнувшей в атмосфере молекулы метана возникает 3, 5 молекулы озона и 0, 5 радикала ОН.

Химический сток в атмосфере — это основной канал вывода метана из атмосферы. Из других стоков некоторое значение имеют поглощение метана почвенными бактериями и уход в стратосферу. Оба стока вносят вклад менее 10% в общий сток метана.

Источники выделения метана.

Метан попадает в атмосферу как из естественных, так и из антропогенных источников. Мощность антропогенных источников в настоящее время существенно превышает мощность естественных. К естественным источникам метана относятся болота, тундра, водоемы, насекомые (главным образом термиты), метангидраты, геохимические процессы. К антропогенным - рисовые поля, шахты, животные, потери при добыче газа и нефти, горение биомассы, свалки. Мощность этих источников приведена в табл. 1. Относительное распределение источников по их мощности дано на рис. 3.

Таблица 1. Мощность естественных и антропогенных источников метана (в Тг/год)[1]

Рис. 3. Доли отдельных источников в общем потоке метана в атмосферу5

Из данных табл. 1 видно, что болота, рисовые поля и животные вносят доминирующий вклад в образование общего потока в атмосферу. Природа образования метана в таких источниках, как болота, озера, рисовые поля, жвачные животные, насекомые, свалки, примерно одинакова - ферментативная переработка клетчатки. Этот процесс можно представить следующей схемой:6

Интенсивность выделения метана из болот меняется в широких пределах. Эмиссия метана от западносибирских болот, которые являются достаточно типичным представителем северных болот, определенная с применением методов газовой хроматографии, составляет примерно 9 мг метана в ч/м2. В среднем эмиссия метана из сибирских болот может достигать 20 Тг/год, что довольно много в сопоставлении с общим потоком метана от болот (50—70 Тг). Нужно сказать, что точность определения эмиссии метана от болот затруднена большим разбросом величин эмиссии при измерении даже на близко расположенных участках. Например, величина эмиссии метана в западносибирских болотах колебалась в интервале от 0, 1 до 40 мг/(м2 * ч). Большой поток метана от рисовых полей обусловлен резким ускорением транспорта метана внутри полостей в стеблях риса, так как диффузия метана происходит в воздушной среде, а не в воде. Поток метана с рисовых полей достигает в среднем 2, 3 мг/(м2 * ч).

Количество крупного рогатого скота в мире — около 1, 5 млрд голов. Одна корова производит в сутки около 250 л чистого метана. Этого количества метана хватит, чтобы вскипятить 20 л воды. В развитых странах на свалки вывозится примерно 1, 8 кг мусора в день в расчете на одного человека, в России 0, 6 кг соответственно. Примерно 10% этой массы может конвертироваться в метан. Следовательно, в России производится 60 г метана в сутки в расчете на одного человека.

Шахтный метан возникает в процессе трансформации органических остатков в уголь под влиянием высоких давлений и температур. Можно считать, что в глубинах земли происходит пиролиз органических веществ. Растительные остатки содержат большое количество лигнина, в структуре которого имеется много метильных групп. В ходе термической переработки происходит освобождение метильных радикалов, которые затем отрывают атом водорода от органических молекул и превращаются в метан. Добыча 1 т угля сопровождается выделением 13 м3 чистого метана.

Аналогичный механизм образования метана наблюдается и при горении биомассы. Основной источник метана, выделяющегося при горении биомассы, находится в Африке, где широко практикуется сжигание соломы при подготовке почвы для нового урожая. Использование дерева для приготовления пищи и отопления дает незначительный вклад. Величины потоков метана приведены в табл. 1. Видно, что страны бывшего СССР производят около 5—15% от общего потока метана в атмосферу. В качестве источника не включены насекомые, так как количество термитов на территории бывшего СССР было крайне незначительным. Гидраты метана также не включены, так как оценка запасов гидратов метана в мире и странах бывшего СССР пока очень приблизительна. Следует отметить, что и оценка потока метана от гидратов метана приводит пока к незначительной величине.

Вывод: Роль метана в экологических процессах исключительно велика. В настоящее время насущной задачей для многих регионов земного шара, и в том числе для России, являются инвентаризация существующих источников метана, выявление и прогнозирование появления новых источников. Это важно ещё и потому, что при экспериментальных измерениях мощностей отдельных источников выявлена значительно меньшая мощность, чем предполагалось. Потому не исключена возможность, что мы столкнёмся в будущем с проблемой дефицита метана из традиционных источников, который удастся ликвидировать только на основе изучения нетрадиционных источников.

Парниковый эффект

Быстрое развитие промышленности, энергетики, транспорта, животноводства, выращивание риса, добыча газа приводят к выбросу в атмосферу газов, аэрозолей и пыли, вызывающих парниковый эффект, кислотные дожди, озоновые дыры, различные болезни дыхательных путей. В 1998 г. 50 млн россиян из 147 млн дышали воздухом с различными примесями, концентрации которых превышали предельно допустимые параметры (ПДК).

Сущность парникового эффекта состоит в том, что атмосфера почти целиком пропускает излучение Солнца к Земле, но из-за наличия в атмосфере парниковых газов (газов, вызывающих парниковый эффект) заметно задерживает обратное тепловое (инфракрасное) излучение земной поверхности. Парниковые газы образуют как бы «стеклянную крышу парника» над планетой, и большая часть излучаемого Землей тепла возвращается назад. Тепловая энергия накапливается в приповерхностных слоях атмосферы тем интенсивнее, чем больше в них концентрация парниковых газов. Усиление парникового эффекта приводит к повышению температуры на поверхности Земли и потеплению климата. Благодаря существованию парникового эффекта только 20% теплового излучения земной поверхности безвозвратно уходит в космос. Если бы Земля не имела атмосферы с парниковыми газами, то средняя температура ее поверхности была бы на 33° ниже. Сейчас средняя температура планеты 15°С. Главным парниковым газом на Земле является водяной пар. Огромный вклад в парниковый эффект вносят двуокись углерода СО2 (60% вклада) и метан СН4 (20% вклада). К парниковым газам относятся также закись азота N20 (5% вклада), фреон (15% вклада) и озон.

Двуокись углерода поступает в атмосферу в результате сжигания углеродсодержащих видов топлива (каменный уголь, нефть, газ) в промышленности, автомобильных двигателях (на Земле используется около 600 млн автомобилей), теплоэлектростанциях. В настоящее время в атмосфере содержится 2, 6

103 млрд т СО2 и ежегодно выбрасывается в атмосферу 20 млрд т (6 млрд т углерода). 2 млрд т углерода в СО2 перерабатывается зелеными растениями на суше в процессе фотосинтеза, 2 млрд т перерабатывается в океане, оставшиеся 2 млрд т не перерабатываются и концентрация СО2 в атмосфере возрастает. Если до начала интенсивной человеческой деятельности воздух был возобновляемым ресурсом, то теперь он перестал быть таковым.

Последние несколько сотен тысяч лет естественное содержание СО2 в атмосфере колебалось от 180—200 частиц на 1 млн частиц воздуха в периоды оледенений до 280—300 на 1 млн частиц в теплые климатические эпохи. За последние 200 лет концентрация СО2 в воздухе изменилась с 275 до 350 частиц на 1 млн частиц воздуха, т. е. на 25%, а с 1958 по 1990 гг. концентрация СО2 возросла с 315 до 350 частиц на 1 млн.

Никогда за геологическую историю Земли за столь короткое время не менялось в атмосфере на такую большую величину содержание углекислого газа. По расчетам Национальной академии наук США, к 2100 г. ожидается удвоение концентрации СО2, по другим моделям к этому моменту количество СО2 возрастет в 3 раза. Возможно, что удвоение произойдет уже к середине XXIв.

Метан поступает в атмосферу при добыче газа, нефти и угля, производстве биогаза, из-за гниения органических остатков на залитых водой рисовых полях, роста численности крупного рогатого скота (сейчас на Земле 1 млрд голов крупного рогатого скота). Из-за большого количества скота огромное количество метана выбрасывает в атмосферу Новая Зеландия. Концентрация метана в воздухе растет ежегодно на 1, 2-1, 5%. Сейчас его на 60% больше, чем было в доиндустриальную эру. К середине XXI в. ожидается удвоение концентрации метана в атмосфере.

С ростом применения в сельском хозяйстве азотных удобрений и в результате сгорания углеродсодержащих топлив при высоких температурах в ТЭС в атмосферу выбрасывается закись азота N20. Концентрация N20 растет на 0, 3% в год. Концентрация фреонов растет со скоростью 4% в год. В целом к середине следующего столетия парниковое влияние СН4, N2О и фреонов может быть равным эффекту удвоения концентрации СО2 в атмосфере.

По оценкам Международной конференции ЮНЕП, за последнюю сотню лет температура планеты возросла на 0, 5° из-за роста концентрации СО2, а к 2100 г. должно произойти повышение температуры на 1, 5-4, 5°. Для приполярных широт повышение температуры может достигнуть 10°. Уровень Мирового океана может повыситься на 84 - 117 см к 2050 г. и на 56 - 345 см к 2100 г. из-за таяния полярных льдов и теплового расширения воды. При повышении уровня океана на несколько метров будут затоплены такие города, как Нью-Йорк, Лондон, Санкт-Петербург, Амстердам, Шанхай, Токио и густонаселенные прибрежные территории, где проживает от 30 до 50% населения Земли, т. е. миллиарды человек.

С ростом температуры возрастет и количество осадков. Ливни затопят тропики. Засушливые зоны сдвинутся на север. Площади пустынь увеличатся. Урожаи сократятся. Серьезные изменения климата произойдут в Скандинавии, Сибири и на севере Канады.

При глобальном потеплении на 2° зона сплошной многолетней мерзлоты в нашей стране перестанет существовать, а зона лесотундры достигнет побережья Северного Ледовитого океана. Повышение средней температуры на 1-2° в целом может быть благоприятным для сельского хозяйства европейской части нашей страны, так как позволит использовать для теплолюбивых сельскохозяйственных культур обширные территории. Ожидается, что с началом следующего столетия начнется увеличение количества осадков на всей территории нашей страны, включая самые засушливые области.

В 1986 г. Управление по аэрокосмическим исследованиям США (НАСА) опубликовало результаты исследования процессов, определяющих распределение в атмосфере озона и других газов, важных для состояния атмосферы. По этим данным, средняя температура на Земле должна возрасти на 1, 4 - 4, 0° уже к 2030 г. Повышение температуры будет неравномерным: у полюсов больше, чем на экваторе. Если эти прогнозы окажутся правильными, то многие из живущих сегодня людей будут свидетелями самого быстрого из известных в истории Земли повышения температуры: одним из следствий этого потепления будет разрушительное воздействие на обеспечение населения продовольствием (урожай риса может снизиться на 2 - 5%, а кукурузы на 15-24%) и водой. Такие последствия могут стать угрозой для человечества задолго до того, как растают последние льды и поднимется уровень Мирового океана.

Как известно, неточность в прогнозах велика, и исследователям потребуется минимум 10 лет на то, чтобы найти объяснение данным выводам.

Тем не менее, уже совершенно ясно, что человечество бездумно обращается с атмосферой Земли, не представляя себе всех последствий. Мы должны противостоять угрозе крупномасштабного производства СО2 сокращением использования ископаемых топлив и других веществ, влияющих на тепловой баланс.

В 1997 г. на долю США приходилось 20% эмиссии парниковых газов и 25% выбросов СО2. На долю Северной Америки — 35% выбросов СО2, Западной Европы— 26, СНГ— 13, Азии (без СНГ) — 13%. Чтобы уменьшить выброс СО2 надо уменьшить количество сжигаемого углеродсодержащего топлива.

В июне 1988 г. международная конференция в Торонто рекомендовала индустриально развитым странам сократить выброс СО, в атмосферу к 2005г. как минимум на 20%, используя для этой цели АЭС, а также альтернативные источники энергии: ветра, Солнца и др.

В 1992 г. конференция ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро приняла конвенцию об изменении климата. Цель конвенции — добиться стабилизации концентраций парниковых газов в атмосфере на таком уровне, который не допускал бы опасного антропогенного воздействия на климатическую систему. Стороны договорились к 2000 г. стабилизировать эмиссию этих газов на уровне 1990 г.

В декабре 1997 г. в Киото была проведена международная конференция по глобальному изменению климата на планете. В ее работе приняли участие 2 тыс. представителей из 159 стран. Был принят заключительный протокол, который предусматривал общее сокращение выбросов в атмосферу парниковых газов (на 5, 2%). К 2008-2012 гг. страны Европейского Союза должны сократить выбросы парниковых газов (от уровня 1990 г.) на 8%, США — на 7, Япония, Канада — на 6%. Россия и Украина к 2012 г. могут производить парниковые газы на уровне 1990 г. из-за уменьшения промышленного производства в последние годы. Пункт об обязательствах развивающихся стран в итоговый документ не вошел. Возможна торговля квотами на эмиссию парниковых газов (те государства, где эмиссия мала, могут продать свою квоту государствам, где эта эмиссия велика). Однако в ноябре 1998 г. Киотский протокол был ратифицирован только Фиджи — островным государством в Тихом океане.[2]

Кислотные дожди

Сжигание каменного угля на ТЭС ведет к выбросам в атмосферу не только двуокиси углерода. Примеси серы, содержащиеся в угле, приводят к выбросам сернистого газа SO2. Как уже отмечалось, ТЭС на угле, обладающая электрической мощностью в 1 ГВт, выбрасывает в окружающую среду 11 млн т СО2, 120 тыс. т сернистого газа и 20 тыс. т оксидов азота. Сжигание нефти дает в 2 раза меньше выбросов сернистого газа, сжигание газа — в 100 раз меньше. В целом ежегодно в атмосферу выбрасывается 190 млн т сернистого газа, 250 млн т пыли, более 65 млн т оксидов азота.

Антропогенные выбросы сернистого газа в 2 раза превышают поступление этого газа в результате природных явлений, антропогенные выбросы оксидов азота составляют примерно 40% от естественных выбросов.

Смешиваясь в облаках с парами воды, сернистый газ порождает серную кислоту, а оксиды азота — азотную кислоту, которые затем падают на землю в виде кислотных дождей.

Проблема кислотных дождей возникла в начале 70-х годов. Наиболее остро она проявилась в странах Скандинавского полуострова, где в тысячах озер стала исчезать рыба, микроорганизмы, причем вода вроде бы оставалась такой же чистой. Понадобились годы исследований, чтобы понять, что закисление среды и ее последствия не только скандинавская проблема, все грозные признаки этого налицо в восточных районах США (за 20 лет кислотность увеличилась в 10-30 раз в 30-60% озер), Канады, ФРГ, Англии, Бельгии, Нидерландах, Польше и других странах Западной и Восточной Европы. Западные области СНГ также попадают в ареал распространения кислотных дождей.

От таких дождей страдают не только озера, но и леса, поля, пастбища. Кислота, падающая с неба, разъедает исторические памятники, трубопроводы, столбы, бетонные фундаменты, кабели. В Западной Европе жертвами кислотных дождей стали 38% лесов. Только в ФРГ от кислотных дождей пострадало около 50% лесов, в Австрии — примерно 30%, поражены леса в Чехии, Словакии, Польше (75%>) и других странах Европы.

Швеция имеет более 100 000 озер на своей территории, из них 18 000 мертвые, лишенные жизни.

В Норвегии в 5000 из 17 500 озер исчезла рыба. В Канаде из-за частых кислотных дождей стали мертвыми 14 000 озер.

Из-за кислотных дождей скорость коррозии в промышленных районах в 2-10 раз выше, чем в сельской местности. Когда люди вдыхают туман, содержащий капельки кислоты, это вызывает у них аллергию и бронхиты. При вдыхании кислотных частиц с пылью, содержащей тяжелые металлы (медь, цинк и др.), возможно появление раковых опухолей.

Главным «экспортером» кислотных дождей в Европе в 80-х годах стала Великобритания. В нашу страну поступает в 8 раз больше сернистого газа и в 7, 3 раза больше оксидов азота, чем выносится с ее территории в другие государства.

Для уменьшения выбросов сернистого газа предлагается:

1. Промывка угля после измельчения. Это приводит к удалению 50-90% соединений серы-пирита и к увеличению стоимости электроэнергии примерно на 10%.

2. Химическое удаление серы — десульфурация. В этом случае затраты на производство электроэнергии возрастут на 15-25%. В США в 1991 г. около 50% угля, используемого на ТЭС, подвергалось очистке. Во Франции и Великобритании очищается весь уголь.

3. Замена угля на низкосернистые виды топлива: нефть и газ.

4. Сжигание угля в псевдосжиженном слое в смеси с песком и известью, которая постоянно как бы кипит под действием вдуваемого снизу воздуха. В результате сера соединяется с известью и удаляется с золой.

5. Использование скрубберов—жидких фильтров, содержащих водный раствор извести, для газообразных продуктов сгорания.

Снижение выбросов оксидов азота возможно при использовании специальных горелок для последовательного досжигания первичных продуктов сгорания с помощью селективного каталитического восстановления оксидов азота и др.

К наиболее неблагоприятным районам России по кислотным осадкам относятся: Кольский полуостров, восточный склон Уральского хребта и район Таймыра. Кислотные осадки присутствуют в радиусе – 10 - 20 км вокруг индустриальных гигантов. При наличии кислотных дождей снижается урожайность капусты, свеклы, огурцов, лука, гороха, салата, ячменя, кукурузы. Повышенная кислотность терпима лишь для картофеля. Для уменьшения кислотности необходимо известкование почвы.

Мировое сообщество принимает определенные шаги по борьбе с кислотными дождями. В 1983 г. вступила в силу Конвенция о трансграничном загрязнении воздуха на больших расстояниях.

В 1985 г. в Хельсинки 20 государств Европы и Канада подписали протокол снижении выбросов серы на 30%.

Проблема уменьшения концентрации озон