Теоретическая часть

В атмосферном воздухе под действием внешних и внутренних факторов постоянно протекают гидродинамические, тепловые, электромагнитные, химические и фотохимические процессы, от которых зависит температура, давление, скорость перемещения воздушных масс и его химический состав. Атмосфера на сотни километров простирается вокруг Земли, её масса составляет 5,3 • Ю¹⁵ тони. Это 1 • 10⁶ массы нашей планеты. Плотность, влажность, давление, температура, скорость перемещения и химический состав атмосферы неодинаковы и зависят от высоты слоя атмосферы над Землей.

Воздух состоит в основном из азота, кислорода и относительно меньшего количества аргона. Все остальные имеющиеся в атмосфере газы содержатся лишь в следовых количествах. Время жизни некоторых следовых газов в атмосфере колеблется от 1 года до 100 лет для та­ких устойчивых соединений, как, например, N₂O.

Источники загрязнения атмосферного воздуха подразделяют на две группы:

·        природные;

·        антропогенные.

К природным относятся - лесные пожары, пыльные бури, землетрясения, ураганы, морские бури, космическая пыль, извержения вулканов.

К антропогенным - промышленность, транспорт, сельское хозяйство, военно-промышленный комплекс.[1]

К вредным вы­бросам, загрязняющим атмосферу, относятся атмосферная пыль, газы и пары, которые прямо или косвенно отражаются на усло­виях жизни человека. Находящиеся в воздухе пыль и аэрозоли, как правило, не вступают в какие-либо особые химические реак­ции, но в сочетании с другими факторами могут нанести сущест­венный ущерб здоровью человека.

Под атмосферной пылью понимают взвешенные в воздухе твердые частицы с диаметром более 1 мкм. Эти частицы трудно классифицировать химически, так как они могут представлять собой как частицы кварца, так и органические материалы самого различного происхождения, в том числе и цветочную пыльцу растений. Если говорить о составе атмосферной пыли в глобаль­ном масштабе, то следует считать, что она в основном имеет минеральное происхождение, но в отдельных районах состав мо­жет меняться с изменением источников образования атмосфер­ной пыли: здесь могут преобладать соединения щелочных и ще­лочноземельных металлов, тяжелые металлы, углеводороды и, наконец, споры растений.

Аэрозоли представляют собой коллоидные системы, в кото­рых дисперсионной средой служит, как правило, воздух. Диа­метр диспергированных частиц, согласно определению коллоидных систем, лежит в пределах 0,1—0,001 мкм. В отличие от ат­мосферной пыли аэрозоли содержат не только твердые, но и жидкие частицы, образованные при конденсации паров или при взаимодействии газов. Жидкие капельки могут содержать и рас­творенные в них вещества. Обычно к аэрозолям относят и ка­пельки диаметром 0,1 — 1 мкм, тогда как твердые частицы того же размера относят к аэрозолям реже, часто их характеризуют как тончайшую пыль.

В физиологическом отношении особое внимание следует уде­лить частицам менее 5 мкм, так как с уменьшением частиц их поведение становится все более характерным для поведения газо­образного состояния, т. е. они не задерживаются в бронхах при дыхании (не отфильтровываются из воздуха), а также не вымы­ваются из воздуха дождями. Это увеличивает время их пребыва­ния в атмосфере по сравнению с более крупными частицами — обстоятельство, играющее особо важную роль при распростране­нии пыли и аэрозолей в атмосфере.

Пыли и аэрозоли влияют на:

·        тепловой режим атмосферы;

·        химические реакции в атмосфере;

·        коррозию металлов и разрушение силикатных покрытий;

·        здоровье человека;

·        процесс фотосинтеза растений.

К основным газам-загрязнителям атмосферного воздуха относятся: монооксид и диоксид углерода, оксиды серы и азота.

При выбросе газов необходимо учитывать высоту располо­жения выходного отверстия над поверхностью земли, скорость выброса, общее количество газа, его температуру и скорость распространения. Все эти данные могут быть получены с по­мощью современной измерительной техники. При этом для оценки загрязненности атмосферы особенно важно знать приро­ду и массу выбросов.

Значительно сложнее обстоит дело с выяснением условий пе­реноса выбросов. Их техническая оценка может быть осущест­влена лишь до известной степени (так, например, с учетом высо­ты источника выброса и температуры, которые оказывают зна­чительное влияние на распространение абгазов в атмосфере).

В то время как перенос пыли в первую очередь зависит от размеров и плотности частиц, а также от перемещения воздуш­ных потоков, распространение газов в основном определяется их растворимостью в воде и способностью к химическому взаимо­действию с компонентами атмосферы. Их наличие в атмосфере зависит от того, ограничивается ли перенос 100-километровой зоной или распространение принимает глобальный характер. Среди газов, имеющих тенденцию к глобальному распростране­нию, можно назвать СО₂, в то время как SО₂ и NO₂, подобно пыли в тропосфере, сохраняются в атмосфере от нескольких дней до нескольких недель.

Этим определяется значительное различие концентраций за­грязнений в местностях, подверженных действию выбросов, по сравнению с теми, где выбросы отсутствуют. Кроме того, пере­нос связан с метеорологическими условиями и особенностями земной поверхности. Направление переноса выбросов определя­ется направлением ветра, а высота подъема выбросов — его ско­ростью.[2]

Монооксид углерода представляет опасность для человека, прежде всего потому, что он может связываться с гемоглобином крови, а также тем, что он участвует в образовании смога. Кроме того, СО может образовывать высокотоксичные соединения — карбонилы, но пока не установлено, в какой степе­ни реализуются в природе необходимые для этого условия.

Диоксид углерода – его влияние выражается не только в токсическом действии на живые организмы, но и в способности поглощать инфракрасные лучи. При нагревании земной поверхности солнечными лучами часть тепла в виде инфракрасного излучения отдается обратно в мировое пространство. Это возвращаемое тепло частично пе­рехватывается газами, поглощающими инфракрасное излучение, которые в результате нагреваются. Если это явление происходит в тропосфере, то с ростом температуры могут происходить кли­матические изменения («парниковый эффект»). Одна из основ­ных проблем нашего времени состоит в том, чтобы определить масштабы и временные рамки климатических изменений в ре­зультате накопления тепла за счет СО₂.

Диоксид серы – в отличие от СО₂ обладает большей реакционной способностью. В атмосфере диоксид серы претерпевает ряд химических превращений, важнейшие из них – окисление и образование кислоты. Атмосферное превращение SO₂ в SO₄^2-  приходит при выбро­сах SO₂ в условиях влажных атлантических ветров, особенно в зимний отопительный сезон. Эти процессы получили извест­ность в первую половину XX столетия, когда в результате мощ­ных дымовых выбросов SO₂ в Лондоне возник густой туман (pea soup), в котором происходило медленное образование аэрозоля серной кислоты — названного впоследствии смогом (от англ. smoke (дым) и fog (туман)). Диоксид углерода также разрушает металлы, облицовки зданий и стекла, воздействует на людей, животных и растительные организмы.

Оксиды азота. Содержанию азота в атмосфере уделялось недостаточно, внимание в течение длительного времени. Только за последние годы они стали предметом дискуссий об окружающей среде, не в последнюю очередь из-за того, что стала выявляться их роль в гибели лесов. За пятьдесят лет содержание оксидов азота в атмосфере неуклонно возрастало. Только с 1982 года антропогенные выбросы оксидов азота в атмосферу перестали увеличиваться. Оксиды азота участвуют в образовании фотохимического смога с окислительными свойствами, фотохимического озона, отрицательно действует на организм человека и растения.[3]

Для обеспечения экологической безопасности, создания нормальных, здоровых условий труда и отдыха разработаны предельные уровни загрязнения воздушного бассейна - предельно-допустимые концентрации (ПДК).