Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лекция 9 Загрязнение атмосферы
Атмосфера
Земля окружена газовой оболочкой – атмосферой (греч. Atmos - пар + sphaira – сфера). Атмосфера Земли образована смесью газов, называемой воздухом. Воздух состоит из смеси газов (азот, кислород, углекислый газ,инертные газы), взвешенных аэрозольных частиц, водяных паров. Его основные составляющие – азот и кислород, находящиеся в соотношении приблизительно 4:1. В слое до 5,5 км сосредоточено 50 % всей массы атмосферы, а в слое 40 км – до 99 %.
Роль атмосферы:
• Защищает биосферу от космического, ренгеновского и коротковолнового ультрафиолетового излучения,
• При взаимодействии с солнечным ветром участвует в образовании магнитосферы Земли, и дополнительного магнитного поля.
• Является передаточной средой, через которую поступает солнечная радиация: радиоволны, ИК-излучение, видимый свет, УФ-излучение.
• Обеспечивает сохранение на Земле воды,
• Оказывает существенное влияние на многие энергетические, геологические, и гидрологические процессы, происходящие на поверхности земли,
• Служит одним из главных факторов климотообразования (определяет в значительной степени количество и качество солнечной радиации у поверхности земли; является местом образования осадков),
• Является местом, где осуществляется массоэнергообмен между живой и неживой природой,
• Является источником питания для некоторых организмов (некоторые микроорганизмы усваивают азот атмосферы; из углекислого газа и воды растения синтезируют органические вещества),
• Необходима для дыхания человека, животных, растений,
• Через воздушную среду происходят процессы теплообмена организма с внешней средой.
На здоровье человека влияют:
• Резкие изменения физических свойств атмосферы,
• Резкие изменения химических свойств,
• Загрязнение токсическими веществами,
• Загрязненение патогенными микроорганизмами.
В атмосфере постоянно присутствуют пыль, разнообразные токсические вещества, газы, микроорганизмы.
Химические вещества природного происхождения, содержащиеся в воздухе, могут активно влиять на человека. Так, морские соли, содержащиеся в морском и приморском воздухе, ароматическеие вещества растений (базилик, монарда, роза, розмарин, шалфей и т.д.), фитонциды (чеснока, лука) оказывают благоприятное влияние, особенно на больных с заболеваниями верхних дыхательных путей и лёгких. Летучие вещества, выделяемые дубом, тополем, берёзой, способствуют повышению окислительно-восстановительных процессов в организме, а летучие вещества сосны и ели угнетают тканевое дыхание. Поэтому высокая концентрация терпенов в воздухе хвойных лесов могут оказывать неблагоприятное воздействие на больных с сердечно-сосудистой патологией.
Токсическое действие оказывают летучие вещества дурмана, хмеля, магнолии, черёмухи и других растений.
Антропогенные влияния на атмосферу.
Рядом учёных отмечено разрушительное антропогенное влияние на атмосферу. Размеры этого влияния уже сопоставимы с аналогичными катастрофическими природными явлениями. К наиболее глобальным экологическим последствиям относятся:
• увеличение содержания углекислого газа и различных аэрозолей,
• снижение конценрации кислорода и азона,
• парниковый эффект,
• кислотные дожди.
Производственная деятельность человеческого общества связана с изменением различных свойств воздушной среды. Одно из существенных воздействий связано с различной степени изменениями физических факторов атмосферы:
• Температуры воздуха
• Подвижности воздуха
• Электрического состояния
• Радиоактивности
• Интенсивности солнечной радиации.
Химическое загрязнение атмосферного воздуха.
Чистый воздух, лишённый газообразных и пылевидных примесей, в природе не встречается. Это связано стем, что между атмосферой, гидросферой, литосферой и биосферой осуществляется постоянный физико-химический и биологический обмен.
К числу примесей, выделяемых естественными источниками, относятся:
• пыль (растительного, вулканического, космического происхождения, возникающая при эрозии почвы, частицы морской соли),
• туман,
• дымы и газы от лесных и степных пожаров,
• газы вулканического происхождения,
• различные подукты растительного, животного и микробиологического происхождения,
Уровень загрязнения атмосферы естественными источниками является фоновым.
В атмосферном воздухе могут содержаться в различных количествах и другие газы: аммиак, хлор, сероводород, различные соединения углерода и азота и др., являющимися в основном результатом антропогенного загрязнения.
Из почвы в атмосферу поступают радиоактивные элементы и газообразные продукты обмена почвенных бактерий.
В воздухе могут содержаться ароматические вещества и фитонциды, выделяемые растениями. Многие из них обладают бактерицидными свойствами. Воздух лесов содержит в 200 раз меньше бактерий, чем воздух городов.
В воздухе имеются взвешенные частицы в твёрдом и жидком состоянии: морские соли, органические вещества (бактерии, споры, пыльца растений и др.), минеральные частицы вулканического и космического происхождения. Содержание этих веществ в воздухе определяется особенностями подстилающей поверхности, характером растительности, наличием морей и других водоёмов и т.д.
К наиболее мощным факторам атмосферы, оказывающим существенное влияние на здоровье, относится химическое загрязненние окружающей среды.
Антропогенные источники химического загрязнения атмосферы:
• Промышленные выбросы,
• Транспортные (выхлопные газы транспорта с дизельными двигателями; асбестовые волокна с ходовой части автомобилей, фрагменты автомобильных покрышек),
• Энергетические (сжигание топлива),
• Пожары,
• Сельское хозяйство (использование удобрений, ядохимикатов).
• Военные действия, в том числе испытания
• Бытовые.
Естественные примеси, поступающие в атмосферный воздух в результате стихийных природных процессов, отличаются однообразием и ограниченными масштабами. В то же время, антропогенные примеси многообразны по своему составу. При этом количество этих примесей постоянно растёт.
Химические вещества поступают в окружающую среду в виде:
• Твёрдых отходов,
• Жидких,
• Газообразных.
Химические атмосферные загрязнители деляться на:
1. Первичные - поступают непосредственно в атмосферу.
2. Вторичные – результат химических, фотохимических и физикохимических превращения первичных (сернистый газ → серный ангидрид + пары воды →серная кислота; серный ангидрид + аммиак→ кристаллы сульфата аммония и т.д.)
В настоящее время насчитывается более 3500 вредных веществ, загрязняющих атмосферу. При этом их количество постоянно увеличивается.
В основном существует три основных источника загрязнения атмосферы – промышленность, транспорт. Доля каждого из этих источников загрязнения воздуха значительно отличается в зависимости от места.
Промышленное загрязнение.
В настоящий момент общепризнано, что наиболее сильно загрязняет атмосферу промышленное производство. Если в начале ХХ века в промышленности применялось 19 химических элементов, то в середине века стало использоваться 50, а в конце – практически все элементы таблицы Менделеева. Это существенно сказалось на составе промышленных выбросов и привело к качественно новому загрязнению атмосферы. Это относится к тяжёлым и редким металлам, синтетическим соединеним, не существующим и не образующимся в природе, радиоактивным, бактериологическим и другим веществам.
Загрязнение атмосферы транспортными средствами
В связи с быстрым развитием автотранспорта и авиации в последние десятилетия существенно увеличилась доля их выбросов в атмосферу. Согласно оценкам, в городах на долю автотранспорта приходится от 30 до 70% общей массы выбросов в зависимости от развития промышленности и числа автомобилей в конкретном городе.
Основной вклад в загрязнение атмосферы вносят автомобили, работающие на бензине, затем самолёты (около 5%), автомобили с дизельными двигателями (около 4%), железнодорожный и водный транспорт (примерно 2%).
Кроме продуктов полного сгорания – углекислого газа и паров воды, в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания содержаться в небольших количествах вещества, обладающие токсическим действием. Это продукты неполного сгорания топлива: окись углерода (СО), углеводороды различного состава , в том числе пары несгоревшего топлива, сажа, окислы азота, образующиеся при высоких температурах в процессе сгорания.
Основные загрязняющие вещества автотранспорта:
• оксид углерода ,
• углеводороды (примерно 19 %),
• оксиды азота (около 9 %),
• сажа
Концентрация токсических веществ в выхлопных газах автомобильного транспорта зависит от типа двигателя.
Концентрация токсических веществ при работе двигателя на разных режимах изменяется в широких пределах. Наибольшее количество загрязняющих веществ выбрасывается при разгоне автомобиля, особенно при быстром, а также при движении с малой скоростью. Относительная доля углеводородов и СО наиболее высока при торможении и на холостом ходу, доля оксидов азота – при разгоне. Поэтому наиболее сильное загрязнение атмосферы автомобильным транспортом наблюдается при частых остановках и при движении с малой скоростью (особенно в автомобильных пробках). Создаваемые в городах системы движения в режиме «зелёной волны», могут существенно сократить загрязнение атмосферного воздуха в городах.
Авиатранспорт
Хотя суммарный выброс загрязняющих веществ двигателями самолётов сравнительно невелик (для города, страны), в районе аэропорта эти выбросы вносят определяющий вклад в загрязнение среды. К тому же турбореактивные двигатели (так же как дизельные) при посадке и взлёте выбрасывают хорошо заметный шлейф дыма. Значительное количество примесей в аэропорту выбрасывают также и наземные передвижные средства, подъезжающие и отъезжающие автомобили.
Влияние химических загрязнителей атмосферы на человека
Атмосферный путь поступления токсических веществ является ведущим. Это связано с тем, что человек в течение суток потребляет около 15 кг воздуха, что значительно больше потребляемого количеств воды и пищи (соответственно 2,5 кг и 1,5 кг). Кроме того химические элементы поглощаются наиболее интенсивно при ингаляционном пути поступления. Например, при поступлении с воздухом свинец адсорбируется кровью примерно на 60 %, в то время как при поступлениии с водой – на 10%, а при поступлении с пищей – на 5 %. Воздействия химических загрязнителей атмосферы на человека многообразно и зависит от:
• Вида загрязнителя (химический состав, ионизация, дисперсность)
• Его концентрации,
• Длительности воздействия,
• Периодичности воздействия.
Взвешенные твёрдые частицы (аэрозольные частицы) делятся в зависимости от размера на:
• грубую пыль (более 10 мкм),
• тонкую пыль (10 мкм-0,1мкм),
• дым ( менее 0,1 мкм).
Длительность пребывания взвешенных твёрдых частиц в воздухе зависит от их размера. Крупные фракции в малоподвижном воздухе оседают. Мелкие фракции взвесей способны удерживаться в нижних слоях атмосферы до 3-22 дней.
Антропогенные твёрдые взвеси сконцентрированны в основном в местах расселения людей, особенно в крупных городах.
Основные источники твёрдых частиц в атмосфере города:
• Различные крупные и мелкие энергетические установки,
• Предприятия металлургии, машиностроения, стройматериалов, коксохимии,
• Транспорт (сажа, асбестовые частицы и частицы покрышек).
Концентрация загрязнений зависит от:
• Атмосферного давления (прямая связь с концентрацией сажи),
• Влажности воздуха (прямая связь),
• Температуры воздуха,
• Скорости движения воздуха (обратная связь).
На прникновение в организм влияют:
• Свойства частиц
• Размеры.
Пыль атмосферного воздуха может содержать тяжёлые металлы.
Окись углерода (угарный газ, СО)
Это продукт неполного сгорания топлива. Представляет собой лёгкий газ без цвета, вкуса и запаха. В благоприятных условиях СО довольно быстро рассеивается в атмосфере.
Источники СО:
• энергетические установки,
• предприятия чёрной металлургии, нефтепереработки, машиностроения и др.,
• транспортные средства,
• курение.
Наибольшие концентрации СО образуются в больших городах, особенно вдоль дорог с интенсивным движением и в райнах, находящихся поблизости от промышленных предприятий.
Механизм действия СО:
• Способствует образованию карбоксигемоглобина (COHb), что ведёт к нарушению транспорта кислорода к тканям • Вызывает цитотоксическое действие путём торможения активности цитохро-
моксидазы. • Снижает кислородную ёмкость гемоглобина и миоглобина.
• Тормозит активность гемсодержащих ферментов – каталазы, пероксидазы, что усиливает цитотоксический эффект.
Обладает в 300 раз большим сродством к гемоглобину, чем кислород. Поэтому на организм могут воздействовать даже небольшие его концентрации.
При 20% насыщении гемоглобина оксидом углерода у человека наблюдаются клинические признаки: головная боль, снижение работоспособности, снижение памяти.
При насыщении 20-50% наблюдаются: сильная головная боль, тошнота, слабость, психические нарушения.
При насыщении выше 50% наблюдаются: потеря сознания, угнетение сердечного и дыхательного центра, аритмия, падение артериального давления в результате дилятации (расширения) периферических сосудов.
Группы повышенной чувствительности к СО:
1. Внутриутробный период.
Эмбриональный гемоглобин связывет СО с большей интенсивностью, чем гемоглобин взрослого человека. Вто же время уровень фетального карбоксигемоглобина снижается медленнее. Этим можно объяснить некоторые случаи случайных внутриутробных смертей плода.
2. Лица с сосудистой патологией (с заболеваниями мозговых, коронарных и периферических сосудов).
Например, у таких больных боли в сердце, связанные с физической нагрузкой, ускоряются при концентрации СО в крови 2,5-3%.
3. Курильщики.
У курящих уровень эндогенного насыщения гемоглобина СО составляет 5-15%. Поэтому симптомы отравления СО могут развиваться быстрее, чем у некурящих. У курящих матерей СО легко проникает через плаценту и оказывает нейротоксическое воздействие на мозг плода.
Cоединения серы
В атмосфере крупных промышленных городов соединения серы (SO2, H2S, сульфатные частицы) содержатся в значительных количествах. Сера попадает в воздушную среду, как в результате естественных процессов, так и в результате деятельности человека.
Естественные источники соединения серы:
• Вулканическая деятельность,
• Жизнедеятельность анаэробных бактерий,
• Поверхность Мирового океана (выделяет диметилсульфит).
Антропогенные источники:
• Сжигание ископаемого топлива (уголь, мазут). Содержание серы в них колеблется от 0.5 до 6%.;
• Производство цемента;
• Химическая и нефтеперерабатывающая промышленность;
• Металлургическая промышленность.
Сернистый ангидрид (SO2).
Основные источники загрязнения атмосферы:
• Энергетические установки,
• Предприятия чёрной и цветной металлургии,
• Производство серной кислоты
• Угольной промышленности,
• Нефтеперерабатывающей промышленности,
• Транспорт.
В результате антропогенной деятельности за год в атмосферу выбрасывается 150 млн. тонн диоксида серы, из них 90% за счёт котельных.Концентрированные выбросы сернистого ангидрида загрязняют воздух на значительных расстояниях. Диоксид серы – политропный яд. Всасывается в верхних дыхательных путях. При интенсивном дыхании (например занятия спортом) значительная его часть достигает лёгких.
Действие SO2:
• Раздражение слизистой оболочки дыхательных путей,
• Усиление слезотечения,
• Обратимое торможение парасимпатической НС, контролирующей тонус гладкой мускулатуры, в том числе дыхательных путей → бронхоспазм, обострение хронической патлолгии верхних дыхательных путей.
• При хроническом воздейтствии происходит утолщение мукозных мембран и ухудшение работы мерцательного эпителия.
• Возникновение рака лёгкого.
Серная кислота.
Выпадение аэрозоля серной кислоты из факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Листовые пластинки растений, произрастающих на расстоянии менее 11 км от химических предприятий, бывают обычно густо усеяны мелкими некротическими пятнами. Эти пятна образуются в местах оседания капель серной кислоты.
Аэрозоли серной и сернистой кислот приводят к конденсации водяного пара атмосферы и становятся причиной кислотных осадков (дожди, туманы, снег). Показано, что в течение последних 50 лет кислотность дождевой воды увеличилась в 40 и более раз.
Под влиянием кислотных осадков погибают леса (разрушение корневой системы, нарушение фотосинтеза), разрушаются памятники культуры, архитектуры (разрушение бетона и других минеральных строительных материалов, оконных стёкл, металлов).
Окислы азота.
Азот, химически инертный при нормальных атмосферных условиях, при высоких температурах реагирует с кислородом. При этом образуется преимущественно окись азота (NO). В атмосферном воздухе происходит медленное окисление NO в двуокись азота NO2.
Источники в атмосфере:
1. Естественные: • грозовые разряды и молнии,
• горении биомассы.
2. Антропогенные:
• предприятия химической промышленности (сернокислой, в меньшей степени суперфосфатные, производство анилиновых красок, нитроцеллюлозы, нитросоединений, вискозного шёлка),
• сгорание топлива,
• транспорт (автомобильный, авиационный),
• использование азотных удобрений в сельском хозяйстве.
Влияние NO
• Образование метгемоглобина,
• Агрегация тромбоцитов,
• Вазодилятация ( расширение сосудов).
В присутствии кислорода в воздухе NO бытро преврвщается вNO2.
Влияние NO2
• При контакте с влагой легочной ткани образуется азотная кислота→ повреждение коллагеновых и эластиновых волокон → патология лёгких (трахеобронхит, токсические пневмонии, отёк лёгких),
• Провоцирует и усиливает развитие аллергических реакций к другим веществам → потенциирует бронхиальную астму и другие респираторные заболевания
• Усиливает восприимчивость к инфекционным заболеваниям лёгких (снижает иммунологические механизмы защиты лёгких),
• Оказывает неблагоприятные эффекты на иммуную систему в целом
• Блокирует тиоловые группы ферментов, подавляя тканевое дыхание,
• Эмбриотоксическое действие,
• Гонадотоксическое действие,
• Нарушение обмена витаминов С и группы В.
• У растений нарушает фотосинтез и клеточный обмен.
Фотохимический смог
Загрязнение атмосферы окислами азота принимает особенно опасную форму при образовании фотохимического смога (smoke + fog).
Для формирования смога необходимы:
• Температурная инверсия (застой воздуха, когда слой тёплого воздуха нависает над холодным приземным, что ведёт к задержке конвекции газа),
• Солнечный свет,
• Присутствие в воздухе оксида азота и органических соединений. Наиболее благоприятное время для развития смога 10-16 часов, так как в это время интенсивность УФ-излучения максимальна. При формировании смога двуокись азота под влиянием УФ-лучей распадается на NO и атомарный кислород. Последний соединяется с молекулой атмосферного кислорода и образует озон. Благодаря химической активности озон обладает выраженными бактерицидными и дезодорирующими свойствами. При высоких концентрациях озон – один их сильнейших окислителей с высокой токсичностью. В высоких концентрациях озон легко проникает в хвою и листья деревьев, нарушая
процессы фотосинтеза.
Последствия воздействия озона для человека зависят от его концентрации в воздухе и времени контакта:
1. Острое воздействие озона:
• токсическое: слезотечение, цианоз, нарушение дыхательной функции (диспноэ, нарушение жизненной ёмкости лёгких, токсический отёк).
• раздражающее действие ( при низких концентрациях в течение 1-2 часов).
2. Хроническое воздействие озона :
• снижение функциональной активности реснитчатых клеток эпителия → снижение резистентности к инфекционным заболеваниям,
• фиброз легочной ткани,
• эмфизема лёгких.
Следует помнить о том, что дети более чувствительны к воздействию озона, чем взрослые.
В случаях превышения конценрации озона в воздухе необходимо соблюдать меры безопасности – ограничение пребывания на открытом воздухе:
• Детей и взрослых с высокой физической активностью,
• Больных с патологией органов дыхания,
• Лиц с повышенной чувствительностью к озону.
Если в воздухе одновременно с озоном присутствуют некоторые углеводороды запускается цепь сложных химических реакций. При этом могут образовываться вещества, которые по токсичности намного превосходят исходные продукты альдегиды, кетоны, свободные радикалы, пероксиды.
Воздействие фотохимического смога:
• Раздражение глаз, верхних дыхательных путей,
• Сухость слизистых,
• Сухость кожи, кожные высыпания,
• Аллергические конъюнктивиты и риниты,
• Обострение хронических синуситов, респираторных заболеваний,
• Приступы БА,
• Развитие бронхитов, гиперчувствительной пневмонии,
• Развитие пневмоний, вызванных Legijnella, Aspergilla и т.д.
• Ухудшение общего состояния: повышенная утомляемость, усталость, слабость, тошнота.
Компоненты фотохимического смога – сильные токсины для растений.
Углеводороды
Поступают в атмосферу в виде парообразных конденсирующих соединений. Их состав многообразен, сложен и изменчив. В составе воздуха может быть выше 100 компонентов, в том числе:
• Компоненты исходного горючего (сырья) – метан, бензин и т.д.
• Вещества, образующиеся в результате сжигания топлива либо технологического процесса,
• Продукты фотохимического окисления и полимеризации углеводородов в условиях атмосферы.
Метан (СН4).
Естественные источники – деятельность анаэробных микроорганизмов:
• Заболоченные земли,
• Тундра,
Антропогенные источники:
• Добыча и использование природного газа,
• Угольная промышленность,
• Горение биомассы.
Ежегодное увеличение метана в атмосфере составляет примерно 1%.
Наибольшую опасность для здоровья представляют полициклические ароматические углеводороды (бензпирен, пирен, антрацен и др.).
Источники полициклических ароматических углеводородов:• Энергетические установки,• Нефтеперерабатывающие, коксохимические и металлургические предприятия,• Двигатели внутреннего сгорания .
Соединения фтора
Фторсодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений (фторводород) или пыли (фторид натрия и кальция). Источники загрязнения – предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфатных удобрений. Соединения характеризуются токсическим эффектом, являются сильными инсектицидами.
Соединения хлора
В атмосфере встречаются, как примеси молекул хлора, так и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией. Источники соединений хлора – химические предприятия, производящие соляную кислоту, хлорсодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, соду,хлорную известь.