Загрязнение окружающей среды - (реферат)

Но иногда в результате погодных условий теплый воздух натекает на нижерасположенный плотный холодный воздух в городском воздушном бассейне или в долине, препятствуя развитию вертикальных движений воздуха. Это явление называетсятемпературной, или термической, инверсией (рис. 4-8, правый). В результате массы теплого воздуха распространяются над регионом и препятствуют выносу загрязнителей. Обычно такие инверсии длятся от одного до нескольких часов, но иногда, в условиях устойчивого антициклона, они могут сохраняться до нескольких дней. В этом случае концентрация загрязнителей воздуха у поверхности земли представляет угрозу здоровью и даже жизни людей (см. с. 185). Термические инверсии также усиливают вредное воздействие островов тепла и пыльных Куполов, которые образуются над городскими территориями.

Наиболее продолжительные и частые термические инверсии характерны для городов, расположенных в долинах, окруженных горами (Донора, штат Пенсильвания), для подветренных склонов горных хребтов (Денвер) или побережий (Нью-Йорк). Большие города, насчитывающие несколько миллионов жителей и автомобилей, расположенные в безветренных районах с преобладанием солнечных дней, окруженных с трех сторон горами и морем с четвертой, создают идеальные условия для фотохимического смога, отягченного частыми термическими инверсиями. Именно такая ситуация наблюдается в Лос-Анджелесе, где почти ежедневно возникают инверсии, особенно продолжительные летом, и где насчитывается 12 млн. жителей, 8 млн. автомобилей и тысячи фабрик. Несмотря на самую строгую в мире систему контроля за загрязнением воздуха, Лос-Анджелес занимает первое место по загрязнению воздуха в Соединенных Штатах. Кислотные осадки. Когда электростанции и промышленные предприятия сжигают уголь и нефть, из их дымовых труб выбрасываются огромные количества диоксида серы, взвешенных частиц и оксидов азота. В Соединенных Штатах на электростанции и фабрики приходится от 90 до 95% эмиссий диоксида серы. и 57% оксидов азота, причем почти 60% диоксида серы выбрасывается высокими трубами, что облегчает их перенос на большие расстояния. По мере того как выбросы диоксида серы и оксида азота из стационарных источников переносятся ветром на большие расстояния, из них образуются вторичные загрязнители, такие, как диоксид азота, пары азотной кислоты и капельки, содержащие растворы серной кислоты, сульфатных и нитратных солей. Эти химические вещества попадают на земную поверхность в виде кислотных дождей или снега, а также в виде газов, тумана, росы или твердых частиц. Эти газы могут непосредственно поглощаться листьями. Комбинация сухих и мокрых осаждений и поглощения кислот и кислотообразующих веществ вблизи земной поверхности или на ней называются кислотными осадками, или кислотными дождями (рис. 4-9). Еще одной причиной кислотных осадков являются выбросы оксида азота большим числом автомобилей в крупных городах. Такой вид загрязнения представляет опасность как для городских, так и для сельских районов. Так как капли воды и большинство твердых частиц довольно быстро удаляются из атмосферы, кислотные осадки являются скорее региональной или континентальной, чем глобальной проблемой.

Различные уровни кислотности и щелочности водных растворов обычно выражаются в единицах рН (рис. 4-7, с. 105, т. 2). В нейтральных растворах рН=7; в щелочных, или основных, рН > 7, а в кислых рН < 7. Чем меньше величина рН, тем более кислый раствор. Снижение рН на каждую единицу соответствует десятикратному возрастанию кислотности. Природные осадки имеют разную кислотность, но в среднем рН=5, 6. Кислотные осадки с рН < 5, 6 представляют серьезную угрозу, особенно если величина рН падает ниже 5, 1. Ниже перечисляются основные последствия выпадения кислотных осадков. • Повреждение статуй, зданий, металлов и отделки автомобилей. • Гибель рыб, водных растений и микроорганизмов в озерах и реках. • Понижение способности к воспроизводству лососей и форели при рН

• Рост популяции giardia, простейшего, вызывающего серьезную кишечную инфекцию, которая поражает скалолазов и альпинистов, пьющих воду из, казалось бы, чистых горных ручьев. • Возникновение и обострение многих болезней дыхательной системы человека, преждевременная гибель людей. Кислотные осадки иллюстрируют пороговый эффект (рис. 3-2, с. 129). Большинство почв, озер и рек содержат щелочные химические вещества, которые могут взаимодействовать с некоторым количеством кислот, нейтрализуя их. Однако регулярное многолетнее воздействие кислот истощает большинство из этих сдерживающих закисление веществ. Затем как бы внезапно начинается массовая гибель деревьев и рыб в озерах и реках. Когда это происходит, какие-либо меры по предотвращению серьезного ущерба предпринимать уже поздно. Опоздание составляет 10—20 лет. Кислотные осадки уже являются серьезной проблемой в Северной и Центральной Европе, на северо-востоке Соединенных Штатов, на юго-востоке Канады, в некоторых районах Китая, Бразилии и Нигерии. Все большую угрозу они начинают представлять в промышленных регионах Азии, Латинской Америки и Африки и в некоторых местах на западе Соединенных Штатов (главным образом из-за сухих осадков). Выпадают кислотные осадки и в ряде тропических районов, где промышленность практически не развита, главным образом из-за выделения оксидов азота при сжигании биомассы. Большая часть кислотообразующих веществ, произведенных водной стране, переносится преобладающими приземными ветрами на территорию другой. Более трех четвертей кислотных осадков в Норвегии, Швейцарии, Австрии, Швеции, Нидерландах и Финляндии приносится в эти страны ветром из промышленных районов Западной и Восточной Европы. Свыше половины кислотных осадков в густонаселенных районах юго-восточной Канады и востока Соединенных Штатов обусловлены выбросами крайне сконцентрированных предприятий угольной и нефтяной энергетики и промышленных предприятий в семи штатах Центра и верхнего Среднего Запада — Огайо, Индианы, Пенсильвании, Иллинойса, Миссури, Западной Виргинии и Теннесси (рис. 4-11). Степень кислотности осадков над большей частью Востока Северной Америки составляет 4, 0-4, 2. Это в 30-40 раз больше, чем кислотность нормальных осадков, которые выпадали в этих местах несколько десятилетий назад. Штатами, которые выбрасывают наибольшее количество кислотообразующих веществ, являются Калифорния, Индиана, Огайо и Техас. Около 75% кислотных осадков, выпадающих в Канаде, приносится ветрами из Соединенных Штатов, и только 15% кислотных осадков, выпадающих в северо-восточных штатах, обусловлено выбросами на территории самой Канады. Такой большой положительный баланс переноса кислотных осадков между Соединенными Штатами и Канадой привел к обострению отношений между двумя странами. Канадские ученые и чиновники и многие ученые США критиковали правительство США за недостаточно оперативные действия по уменьшению вредных выбросов промышленных предприятий и электростанций по крайней мере на 50%. По оценкам Министерства окружающей среды провинции Онтарио, кислотные осадки угрожают 48 тыс. канадских озер с их индустрией спортивного рыболовства (1, 1 млрд. долларов в год) и туризма (40 млрд. долларов в год). Канадцы также обеспокоены тем, что кислотные осадки вредят лесному хозяйству и связанным с ним отраслям, которые дают работу каждому десятому жителю страны и приносят 14 млрд. долларов в год. По оценке Национальной академии наук, ущерб от кислотных осадков в Соединенных Штатах уже составляет, по крайней мере, 6 млрд. в год и будет резко возрастать, если не предпринять немедленных действий. Стоимость сокращения объема этих загрязнителей составит от 1, 2 млрд. до 20 млрд. долларов в зависимости от степени очистки и технологии, которая будет использована. В некоторых областях почвы содержат известняк и другие щелочные вещества, которые могут нейтрализовать кислоты. Однако кислые почвы в других районах практически не способны к нейтрализации кислот (рис. 4-11). Кроме того, повторное воздействие на любые почвы кислотных осадков может в принципе истощить содержащиеся в них вещества, нейтрализующие кислоты. Кислотный речной сток может погубить многие формы жизни в озерах и реках. Так же как и почвы, некоторые озера и реки особенно чувствительны к воздействию кислоты из-за низкого содержания щелочей (особенно иона бикарбоната), которые могли бы способствовать нейтрализации поступающих в них кислот (рис. 4-12).

4-3. ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУХА НА ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ И МАТЕРИАЛЫ Ущерб здоровью человека. Дыхательная система человека имеет ряд механизмов, помогающих защитить организм от воздействия загрязнителей воздуха. Волосики в носу отфильтровывают крупные частицы. Липкая слизистая оболочка в верхней части дыхательного тракта захватывает мелкие частицы и растворяет некоторые газовые загрязнители. Механизм непроизвольного чихания и кашля удаляет загрязненные воздух и слизь при раздражении дыхательной системы. Верхний дыхательный тракт выстлан сотнями тысяч тонких укутанных слизью ворсинок, которые называются ресничками. Они непрерывно колышутся взад и вперед, перенося в рот слизь и пойманные загрязнители, которые затем проглатываются или выплевываются. Но годы курения и воздействия загрязнителей воздуха могут перегрузить или разрушить эти естественные защитные механизмы, вызвав множество болезней дыхательной системы, таких, как рак легких, хронические бронхиты и эмфизема, или способствуя развитию этих болезней. Пожилые люди, дети, беременные женщины и люди, страдающие болезнями сердца, астмой или другими респираторными заболеваниями, особенно чувствительны к загрязнению воздуха. Тонкие частицы представляют наибольшую опасность для здоровья человека, так как они достаточно малы, чтобы просочиться через естественные защитные системы в легкие. Курение - главная причина рака легких, но эту болезнь связывают также с множеством других загрязнителей воздуха, например волокнами асбеста (см. с. 191).

Вдыхание озона — компонента фотохимического смога (рис. 4-7) — вызывает кашель, одышку, раздражение носоглотки и осложняет хронические болезни, такие, как астма, бронхиты, эмфизема, сердечная недостаточность. Исследования на животных показывают также, что озон повреждает легочные ткани и ослабляет иммунную систему. Работа на открытом воздухе в местностях, где количество озона превышает безопасные уровни (0, 12 частицы на миллион за час), усиливает эти эффекты. Во многих больших городах США предельно допустимые уровни часто превышаются, особенно в теплую погоду. Бронхиты и эмфизема сопровождаются кашлем и одышкой. Эмфизема — неизлечимая болезнь легких, при которой сокращается их способность передавать кислород в кровь, в результате чего малейшее усилие вызывает сильную одышку. Длительное курение и воздействие загрязнителей воздуха могут вызвать эмфизему у любого человека. Однако около 2% случаев эмфиземы вызваны дефектным геном, который уменьшает эластичность воздушных пузырьков в легких. Лица с такой наследственностью, которая поддается проверке, не должны курить и жить или работать в сильно загрязненных местах.

По оценкам Всемирной организации здравоохранения, около 1 млрд. городских жителей — почти каждый пятый человек на Земле — подвергаются воздействию опасных для здоровья загрязнителей воздуха. В число больших городов с высоким уровнем загрязнения воздуха входят Милан в Италии, Париж во Франции, Сеул в Южной Корее, Мехико в Мексике (см. с. 62, т. 2), Нью-Дели и Калькутта в Индии, Афины в Греции, Рио-де-Жанейро, Кубатао и Сан-Пауло в Бразилии (см. с. 200). Примерно 60% людей, живущих в Калькутте, страдают от болезней дыхательных путей, связанных с загрязнением воздуха. Вдыхание воздуха в Мехико эквивалентно выкуриванию двух пачек сигарет в день (см. с. 62, т. 2). В Афинах загрязнение воздуха ежедневно становится причиной смерти шести человек. В 1988 г. Агентство охраны окружающей среды определило, что 102 млн. американцев — 42% населения — дышали загрязненным воздухом. Бюро Конгресса по оценке технологий определило, что, возможно, ежегодно 50 тыс. людей в Соединенных Штатах преждевременно умирают в результате болезней, вызванных или осложненных вдыханием сульфатов с воздухом. Ученые из Калифорнийского университета в Дэвисе пришли к выводу, что использование бензина и дизельного топлива в Соединенных Штатах служит причиной преждевременной смерти 300 тыс. людей в год, особенно тех, кто страдает болезнями дыхательных путей. С 1970 по 1987 г. смертность в Соединенных Штатах от хронических болезней легких, таких, как эмфизема и рак, возросла на 36%. Загрязнение воздуха обходится Соединенным Штатам по крайней мере в 110 млрд. долларов ежегодно. Из них примерно 100 млрд. приходится на загрязнение воздуха внутри помещений. Ущерб растительности. Некоторые газообразные загрязнители, такие, как диоксид серы, оксиды азота, озон и пероксиацетилнитраты, наносят прямой ущерб листьям культурных растений и деревьев, когда попадают в их поры (устьица) (рис. 4-10). Длительное воздействие на листья и хвою загрязнителей воздуха может также разрушить восковую оболочку, которая помогает предотвратить избыточные потери воды и снизить ущерб от болезней, бактерий, засух и морозов. В штатах Среднего Запада потери урожая пшеницы, кукурузы, сои и земляного ореха, обусловленные озоном и кислотными осадками, оцениваются примерно в 5 млрд. долларов в год.

Постоянное воздействие -загрязнителей воздуха препятствует фотосинтезу и росту растений, поглощению питательных веществ и приводит к тому, что листья и хвоя желтеют и опадают. Хвойные деревья, особенно на больших высотах, очень чувствительны к воздействию загрязнителей воздуха вследствие большой продолжительности жизни и круглогодичному воздействию загрязненного воздуха на их иглы. Помимо непосредственного повреждения листьев и хвои кислотные осадки могут вымывать из почв жизненно важные питательные вещества, такие, как кальций, магний и натрий, и убивать жизненно важные почвенные микроорганизмы. Они также служат причиной попадания в почвенные воды ионов алюминия, поражающих тонкие корневые волоски, препятствуя тем самым всасыванию воды и питательных веществ из почвы и делая деревья более чувствительными к засухе, морозу, насекомым, грибам, мхам и болезням (рис. 4-10). Этот косвенный ущерб, ослабляющий деревья, считается намного более опасным по сравнению с прямым ущербом от загрязнения воздуха. Длительное воздействие высоких концентраций разнообразных загрязняющих веществ способно уничтожить все деревья и растительность на некоторой территории (см. с. 22). Эффект длительного воздействия многочисленных загрязнителей воздуха на деревья может оставаться незамеченным несколько десятилетий. Затем внезапно большая часть деревьев начинает погибать из-за истощения питательных веществ в почвах и повышенной чувствительности к бактериям, болезням, грибам, мхам и засухам. Это случилось почти с четвертой частью лесов Европы. Явление, известное как Waldsterben (“смерть леса”), превратило целые леса в засоренные пнями поляны. Например, 8% деревьев в некоторых западногерманских лесах к 1982 г. оказались мертвыми или поврежденными. Годом позже эта цифра возросла до 34%, а к 1987 г. доля погибших деревьев составляла 52%. В настоящее время около трети деревьев в Западной Германии серьезно повреждены. Ущерб, нанесенный деревьям, представляющим коммерческую ценность, например ели, пихте, сосне, березе и дубу, исчисляется в 10 млрд. долларов. Одновременно с гибелью лесов уничтожаются места обитания многих диких животных. Аналогичные проблемы существуют по крайней мере в 15 других европейских странах.

Участки погибшего леса в Соединенных Штатах встречаются главным образом в хвойных лесах на высоких наветренных склонах. Сильнее всего поражены леса в Аппалачских горах от Джорджии до Новой Англии. В штатах Нью-Йорк, Вермонт, Нью-Гэмпшир из-за загрязнения воздуха погибли 60% высокогорных красных елей. К 1988 г. большинство елей, пихт и других хвойных деревьев на горе Маунт-Митчелл в Северной Каролине, самой высокой горе на востоке страны, были мертвы, что явилось следствием многолетнего воздействия озона и кислотных туманов. Почвы там стали настолько кислыми, что новые сеянцы не смогли прижиться.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5