Граница атмосферы Земли

Принято считать, что граница атмосферы Земли и ионосферы находится на высоте 118 километров^[3]. Это показывает анализ параметров движения высокоэнергетических частиц, перемещающихся в атмосфере и ионосфере.

Термосфера

Верхний предел — около 800 км. Температура растёт до высот 200—300 км, где достигает значений порядка 1500 К, после чего остаётся почти постоянной до больших высот. Под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического излучения происходит ионизация воздуха («полярные сияния») — основные области ионосферы лежат внутри термосферы. На высотах свыше 300 км преобладает атомарный кислород. Верхний предел термосферы в значительной степени определяется текущей активностью Солнца. В периоды низкой активности — например, в 2008—2009 гг — происходит заметное уменьшение размеров этого слоя^[4].

Термопауза

Область атмосферы прилегающая сверху к термосфере. В этой области поглощение солнечного излучения незначительно и температура фактически не меняется с высотой.

вредное (загрязняющее) вещество - химическое или биологическое вещество либо смесь таких веществ, которые содержатся в атмосферном воздухе и которые в определенных концентрациях оказывают вредное воздействие на здоровье человека и окружающую природную среду.

загрязнение атмосферного воздуха- поступление в атмосферный воздух или образование в нем вредных (загрязняющих) веществ в концентрациях, превышающих установленные государством гигиенические и экологические нормативы качества атмосферного воздуха;

предельно допустимый выброс - норматив предельно-допустимого выброса вредного (загрязняющего) вещества в атмосферный воздух, который устанавливается для стационарного источника загрязнения атмосферного воздуха с учетом технических нормативов выбросов и фонового загрязнения атмосферного воздуха при условии непревышения данным источником гигиенических и экологических нормативов качества атмосферного воздуха, предельно допустимых (критических) нагрузок на экологические системы, других экологических нормативов.

мониторинг атмосферного воздуха - система наблюдений за состоянием атмосферного воздуха, его загрязнением и за происходящими в нем природными явлениями, а также оценка и прогноз состояния атмосферного воздуха, его загрязнения.

охрана атмосферного воздуха- система мер, осуществляемых органами государственной власти Российской Федерации, органами государственной власти субъектов Российской Федерации, органами местного самоуправления, юридическими и физическими лицами в целях улучшения качества атмосферного воздуха и предотвращения его вредного воздействия на здоровье человека и окружающую природную среду.

гигиенический норматив качества атмосферного воздуха- критерий качества атмосферного воздуха, который отражает предельно допустимое максимальное содержание вредных (загрязняющих) веществ в атмосферном воздухе и при котором отсутствует вредное воздействие на здоровье человека.

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

Атмосферный воздух является жизненно важным компонентом окружающей природной среды, неотъемлемой частью среды обитания человека, растений и животных. Атмосферный воздух является наиболее значимым компонентом (фактором) среды обитания человека, при загрязнении которого влияние на здоровье (состояние защитного ресурса) человека наиболее выражено.

Загрязнение окружающей среды, в первую очередь атмосферного воздуха, является мощным фактором в формировании здоровья населения, оказывая собой негативное влияние на репродуктивную функцию и естественное воспроизводство населения, на заболеваемость, смертность, в первую очередь, социально незащищенных и ослабленных групп населения (дети, женщины, пожилые).

Среди постоянных составных частей воздуха основное значение имеет кислород, необходимый для дыхания всех живых существ.

Преобладающей составной частью воздуха является азот, который входит в состав белков и азотистых соединений. Азот принадлежит к инертным газам, он играет роль разбавителя кислорода, так как жизнь в чистом кислороде невозможна.

Углекислый газ, или двуокись углерода, поступает в атмосферу в результате процессов дыхания, брожения, гниения и окисления органических веществ при их распаде, сгорании горючих ископаемых.

Поступление различного рода загрязняющих веществ (далее - ЗВ), кроме естественных (природных) процессов связано с деятельностью человека (так называемое «антропогенное воздействие», от «antropos» - человек).

В первую очередь, антропогенная нагрузка на атмосферный воздух связана с развитием технического процесса, развитием промышленности. Интенсивное развитие различных отраслей промышленности обусловило чрезвычайно широкий контакт с токсикантами не только работников, занятых во вредных производствах, но и всего населения, в том числе детского.

Основными факторами, обуславливающими состояние окружающей среды населенного пункта, являются количество и состав выбросов в атмосферный воздух.

Наибольший вклад в антропогенное загрязнение атмосферного воздуха вносят следующие источники:

- выбросы автомобильного транспорта. Их вклад в суммарный выброс достигает в среднем 47%, а ряде регионов значительно выше (г. Новосибирск, г. С-Петербург, Пензенская, Белгородская и др. области), особенно в летнее время, до 50-70%. В Москве доля выброса вредных веществ от автотранспорта составляет около 90% всего валового выброса в атмосферу. В Калиниградской области - более 82%; в Воронежской области выбросы от автотранспорта в 5,5 раза превысили выбросы от стационарных источников.

Особая опасность выбросов от автотранспорта, с гигиенической точки зрения, обусловлена следующими причинами:

1) в этих выбросах содержится большое количество ЗВ - окись углерода, диоксид азота, углеводороды, альдегиды, сажа; в том числе вещества, обладающие канцерогенным эффектом - среди них, тетраэтилсвинец, свинец и бенз(а)пирен;

2) выброс данных ЗВ от автотранспорта осуществляется непосредственно в «зону дыхания» - 1,0-1,2 метра, что, во-первых, обуславливает медленное их рассеивание в атмосфере, а, во-вторых, способствует достаточно быстрому их поступлению в организм человека, в значительной степени - в организм ребенка.

- выбросы предприятий теплоэнергетики (ТЭЦ, котельные). Степень загрязнения ими атмосферного воздуха зависит от ряда факторов, среди которых большое значение имеют вид топлива и тип его сжигания. В основном используют три вида топлива: твердое (уголь), жидкое (мазут) и газообразное (природный) газ.

Сжигание твердого топлива образуются продукты полного (двуокись углерода, водяные пары, окислы азота, сернистый и серный ангидриды) и неполного (окись углерода, смолистые вещества, сажа) сгорания.

Сжигание мазута сопровождается образование соединений из группы углеводородов, а также - окиси углерода, двуокиси азота и серы, пятиокиси ванадия. При сжигании мазута основным источником загрязнения атмосферного воздуха является образование окислов серы.

Сжигание натурального (природного) газа является наиболее целесообразным и наименее опасным с точки зрения гигиены и экологии.

- предприятия стройиндустрии. Эти предприятия объединяют ряд производств: цемента, гипса, асфальта, железобетона, кирпича, деревообработка, керамзитового гравия, песка, щебеня и др.

Несмотря на разнообразие, все эти производства обладают рядом общих особенностей, имеющих определенное значение в гигиене:

1) сырьем для этих производств служат сыпучие природные материалы. Их доставка, хранение, использование связаны с загрязнением атмосферного воздуха пылью различного состава.

2) Большие объемы сырья и конечной продукции требуют транспортных перевозок. В связи с этим в дополнение к вышеуказанным выбросам добавляются выбросы автотранспорта.

3) сырье этих производств, как правило, подвергается сушке и обжигу, что требует сжигания топлива.

4) природные строительные материалы всегда содержат примеси (фтор, мышьяк, свинец, ртуть и др.), которые при сушке и обжиге переходят в состав выбросов.

Особенно неблагоприятны в гигиеническом отношении асфальтнобитумные заводы (АБЗ), готовая продукция которых должна использоваться в горячем виде, что требует размещения их вблизи мест непосредственного использования продукции, т.е. рядом с городской застройкой.

Несмотря на общий спад объемов промышленного производства, не отмечено адекватного снижения загрязнения окружающей среды. Объем выбросов в воздух от стационарных источников, например, в 1996 г. сократился на 36,2%, составив 20,3 млн. т против 31,8 млн. т в 1991 году, а в 1997-1998-1999 г.г. на 4,8-5% ежегодно.

Уменьшение валовых выбросов связано со снижением общего объема производства в России, хотя на единицу выпускаемой продукции объем выбросов возрос почти на 11%.

В условиях постоянного превышения ПДК химических веществ в атмосферном воздухе проживают десятки миллионов человек, в том числе дети, лица преклонного возраста и больные. Число жителей, испытывающих влияние 10-кратного превышения химических веществ составляет почти 50 млн. человек, 6-кратного - более 60 млн., т.е. более 70% россиян.

Оценка влияния загрязнения атмосферного воздуха на здоровье населения:

Загрязнение атмосферного воздуха является одним из факторов среды обитания, способствующим развитию определенной группы болезней у населения (при интенсивном воздействии) и снижению адаптационного резерва (при хроническом - пороговом уровне воздействия).

В истории гигиенической науки известны ряд случаев, которые были обусловлены антициклонической погодой с температурной инверсией, сопровождающейся накоплением промышленных выбросов в приземном слое атмосферы ( «токсические туманы»).

2. Атмосферные загрязнения и их классификация.

Загрязнение окружающей среды, и в особенности воздуха, выбросами промышленных предприятий, автомобильного транспорта вызывает в последние годы все большее беспокойство во многих странах. В атмосферный воздух ежегодно выбрасывается миллионы тонн загрязнений: 300 млн т – СО; 150 млн т – SO2, 100 млн т – взвешенных веществ. По оценкам экспертов ООН, в атмосферу Европы, США, Канады ежегодно выбрасывается около 100 млн т одних только соединений серы. Значительная часть этих выбросов, соединяясь в атмосфере с водяными парами, выпадает затем на землю в виде так называемых кислотных дождей. Причем эти вредные и для человека, и для природы выбросы могут перемещаться в воздушных потоках на громадные расстояния. Так, например, установлено, что выбросы промышленных предприятий Германии, Англии переносятся на расстояния более 1000 км и выпадают на территории скандинавских стран.

Под атмосферными загрязнениями мы условно понимаем те примеси к атмосферному воздуху, которые образуются не в результате стихийных процессов природы, а в результате деятельности человека. В процессе своей производственной деятельности человеческое общество подвергает естественные природные тела специальной обработке – механической, физической, химической, биологической, в результате чего в атмосферный воздух поступает большое количество разнообразных веществ, находящихся в состоянии газов, паров или гетерогенных дисперсных систем – пыли, дыма, тумана и т. п. Атмосферные загрязнения разделяются на 2 группы:

1) земные;

2) внеземные.

Земные делятся на естественные и искусственные. Естественные загрязнения представлены континентальными и морскими. Морские – это морская пыль и другие выделения Мирового океана. Континентальные загрязнения делятся на вещества органической и неорганической природы. Неорганические представлены продуктами вулканической деятельности и образующимися в процессе коррозии почвы. Органические загрязнения могут быть животного и растительного происхождения. Органическими загрязнениями растительного происхождения являются пыльца, продукты измельчения растений.

Однако искусственные загрязнения антропогенного происхождения в настоящее время приобрели приоритетный характер. Они делятся на радиоактивные и нерадиоактивные. Радиоактивные могут поступать в атмосферный воздух при их добыче, транспортировке и переработке. Ядерные взрывы также являются источником загрязнений. Аварии на атомных электростанциях, как мы знаем, могут привести к катастрофе. Но эти вопросы рассматривает радиационная гигиена.

Нерадиоактивные, или прочие, загрязнения – тема сегодняшней лекции. Они представляют в настоящее время экологическую проблему. Выхлопные газы автотранспорта, составляющие около половины атмосферных загрязнений антропогенного происхождения, образуются из выбросов двигателя и картера автомашины, продуктов износа механических частей, покрышек и дорожного покрытия. Мировой автопарк насчитывает многие сотни миллионов машин, сжигающих огромное количество топлива – ценных нефтепродуктов и одновременно наносящих ощутимый вред окружающей среде.

В состав выхлопных газов, помимо азота, кислорода, углекислого газа и воды, входят такие вредные компоненты: окись углерода, углеводороды, окислы азота и серы, а также твердые частицы. Состав отработанных газов зависит от рода применяемого топлива, присадок и масел, режимов работы двигателя, его технического состояния, условий движения автомобиля и др. Токсичность отработанных газов карбюраторных двигателей обуславливается главным образом содержанием окиси углерода и окислов азота, а дизельных двигателей – окислами азота и сажей. К числу вредных компонентов относятся и твердые выбросы, содержащие свинец и сажу, на поверхности которой адсорбируются циклические углеводороды, ряд которых обладает канцерогенными свойствами.

Закономерности распространения в окружающей среде твердых выбросов отличаются от закономерностей распространения газообразных продуктов. Крупные фракции (> 1 мм), оседая поблизости от центра эмиссии на поверхности почвы и растений, накапливаются в верхнем слое почвы, мелкие частицы (< 1 мм) образуют аэрозоли и распространяются воздушными массами на большие расстояния.

Двигаясь со скоростью 80—90 км/ч, средний автомобиль превращает в углекислый газ столько же кислорода, сколько 300—350 человек. Но дело не только в этом. Годовой выхлоп одного автомобиля – это в среднем 800 кг окиси углерода, 40 кг окислов азота и более 200 кг различных углеводородов. В этом наборе окись углерода наиболее коварна. Легковой автомобиль с двигателем 50 л. с. выбрасывает в атмосферу 60 л оксида углерода в минуту.

Токсичность оксида углерода обусловлена высоким сродством к гемоглобину, в 300 раз большим, чем кислорода. В нормальных условиях в крови человека находится в среднем 0,5 % карбоксигемоглобина. Содержание карбоксигемоглобина более 2 % считается вредным для здоровья человека. Существует хроническое и острое отравление оксидом углерода. Острое отравление часто отмечается в гаражах автолюбителей. Действие оксида углерода усиливается в присутствии углеводородов в выхлопных газах, которые также являются канцерогенами (циклические углеводороды, 3,4 – бензпирен), алифатические углеводороды обладают раздражающим слизистые действием (слезоточивый смог). Содержание углеводородов на перекрестках у светофоров в 3 раза больше, чем в середине квартала.

В условиях высокого давления и температуры (что имеет место в двигателях внутреннего сгорания) образуются окислы азота (NO)n. Они являются метгемоглобинобразователями и обладают раздражающим действием. Под воздействием УФ-излучения (NO)n подвергаются фотохимическим превращениям. На каждом километре пути легковой автомобиль выделяет около 10 г окислов азота. Окислы азота и озон – окислители, вступая в реакции с органическими веществами атмосферы, образуют фотооксиданты – ПАН (пероксиацилнитраты) – белый смог. Смог появляется в солнечные дни, после полудня, при большом скоплении автомобилей, когда концентрация ПАН достигает 0,21 мг/л. ПАН обладают метгемоглобинобразующей активностью. В первую очередь страдают дети и пожилые люди. В ряде стран при таких обстоятельствах рекомендуется пользоваться приспособлениями для защиты органов дыхания.

При использовании этилированного бензина автомобильный двигатель выбрасывает соединения свинца. Свинец особенно опасен тем, что он способен накапливаться как во внешней среде, так и в организме человека. При хроническом отравлении свинцом он накапливается в костях в виде трехосновного фосфата. При определенных условиях (травмах, стрессе, нервном потрясении, инфекции и т. п.) происходит мобилизация свинца из его депо: он переходит в растворимую двухосновную соль и появляется в больших концентрациях в крови, вызывая тяжелое отравление.

Основными симптомами хронического отравления свинцом являются свинцовая кайма на деснах (его соединение с уксусной кислотой), свинцовый цвет кожи (золотисто-серая окраска), базофильная зернистость эритроцитов, гематопорфирин в моче, повышенное выведение свинца с мочой, изменения со стороны центральной нервной системы и желудочно-кишечного тракта (свинцовый колит).

В 1 л бензина может содержаться около 1 г тетраэтилсвинца, который разрушается и выбрасывается в виде соединений свинца. В выбросах дизельного транспорта свинец отсутствует. Свинец накапливается в придорожной пыли, растениях, грибах и т. п.

Уровень загазованности магистралей и прилежащих к ним территорий зависит от интенсивности движения автомобилей, ширины и рельефа улицы, скорости ветра, доли грузового транспорта, автобусов в общем потоке и других факторов.

Второе место по объему выбросов в атмосферу занимают промышленные предприятия. Среди них наибольшую значимость имеют предприятия черной и цветной металлургии, тепловые электростанции, предприятия нефтехимии, сжигание отходов – полимеров.

Таким образом, технология горения и сжигания особенно твердого и жидкого топлива представляет особую опасность для атмосферы.

В течение нескольких столетий увеличивались проблемы, связанные с загрязнением атмосферного воздуха продуктами сжигания топлива, наибольшим проявлением которых стали густые желтые туманы, присущие пейзажам Лондона и других больших городских агломераций. Событием, которое привлекло к себе мировое внимание, явился печально известный лондонский туман в декабре 1952 г., который продолжался несколько дней и унес 4000 жизней, так как имел чрезвычайно высокую концентрацию дыма, двуокиси серы и других загрязнений.

Наиболее опасными для всего населения (в отличие от профессиональных групп) загрязнителями являются дым и сернистый газ, которые образуются в результате сгорания угля и нефти при производственных процессах или в отопительных системах. Термин «дым» в основном относится к углеродсодержащим соединениям, образующимся при неполном сгорании топлива, главным источником которых до недавнего времени был уголь.

Важным фактором загрязнения атмосферного воздуха является в условиях города двуокись серы, образующаяся при сгорании любого топлива, хотя содержание в нем серы зависит от его вида. Высокосернистые угли или мазуты дают особенно богатые сернистым газом выбросы. Миллионы тонн окислов серы, выбрасываемых в атмосферу, и превращают выпадающие дожди в слабый (а иногда не очень слабый) раствор кислот – «кислотный» дождь. Установлено, что кислотные дожди снижают устойчивость человеческого организма к простудным заболеваниям, ускоряют коррозию конструкций из стали, никеля, меди, разрушают песчаник, мрамор и известняк, нанося непоправимый ущерб зданиям, памятникам культуры и старины.

Предприятия металлургической, химической цементной промышленности выбрасывают в атмосферу огромное количество пыли, сернистых и других вредных газов, выделяющихся при различных технических производственных процессах.

Черная металлургия, процессы выплавки чугуна и переработки его в сталь сопровождаются выбросом в атмосферу различных газов. Выброс пыли в расчете на 1 т передельного чугуна составляет 4,5 кг, сернистого газа – 2,7 кг и марганца 0,1—0,6 кг. Вместе с доменным газом в атмосферу выбрасываются в небольших количествах также соединения мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, пары ртути и редких металлов, цианистый водород и смолистые вещества. Агломерационные фабрики – источники загрязнения воздуха сернистым газом. Загрязнение воздуха пылью при коксовании углей сопряжено с подготовкой шихты и загрузкой ее в коксовые печи, с выгрузкой кокса.

Цветная металлургия является источником загрязнений атмосферного воздуха пылью и газами. Выбросы цветной металлургии содержат в себе токсические пылевидные вещества, мышьяк, свинец и другие, что придает им особую опасность. При получении металлического алюминия путем электролиза с отходящими газами в атмосферный воздух выделяется значительное количество газообразных и пылевидных фтористых соединений. При получении 1 т алюминия в зависимости от типа и мощности электролиза расходуется 38—47 кг фтора, при этом около 65 % его попадает в атмосферный воздух.

Выбросы нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности содержат большое количество углеводородов, сероводорода и других газов. Выброс в атмосферу вредных веществ на нефтеперерабатывающих заводах происходит главным образом вследствие недостаточной герметизации оборудования.

В результате загрязнения атмосферы увеличивается заболеваемость населения, особенно крайних возрастных групп, увеличивается смертность. Отмечается так называемый синдром неспецифической резистентности, когда снижаетсяиммунобиологическая резистентность, извращаются метаболические реакции, нарушаются ферментные системы – происходит ферментная дезорганизация, связанная с повреждением мембранных структур, митохондрий, лизосомов, микросомов. Установлен патогенетический аспект влияния загрязнения атмосферного воздуха – системный мембраноповреждающий эффект основных клеточных структур. Понимание этого процесса позволяет определить систему профилактических мероприятий.

Следует отметить, что химическое загрязнение атмосферного воздуха повышает чувствительность организма к воздействию неблагоприятных факторов, в том числе инфекции, особенно у детей при нерациональном питании.

Поиск по сайту: