Загрязнение атмосферы на территории России

Загрязнение атмосферы на территории России

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение……………………………………………………………………3

Глава 1. Важнейшие экологические функции атмосферы…….........5

Глава 2. Анализ природного потенциала самоочищения атмосферы на территории России………………………………………………………….11

Глава 3. Характеристика антропогенного загрязнения воздушной среды России……………………………………………………………………16

3.1. Антропогенные источники загрязнения атмосферы….………16

3.2. Показатели загрязнения воздуха…………………………………20

3.3. Анализ антропогенного загрязнения воздушной среды ………23

3.3.1. Динамика выбросов загрязняющих веществ в 1990-2005 гг..23

3.3.2. Оценка современного уровня загрязнения атмосферы……..32

3.4. Анализ состояния воздушной среды Оренбургской области……………………………………………………………………….…..34

Глава 4. Основные экологические последствия загрязнения атмосферы и проблемы ее охраны…………………………………………….…..38

4.1. Экологические последствия загрязнения атмосферы…… .…38

4.1.1. Парниковый эффект………………………………….…..… ….38

4.1.2. Нарушение озонового слоя……………………………...………40

4.1.3. Кислотные дожди…………………………………………...……42

4.2. Мониторинг загрязнения атмосферы……………………...……45

4.3. Мероприятия по охране атмосферного воздуха………………..47

Заключение………………………………………………………….……50

Список использованных источников…………………………………53

Введение

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.

В настоящее время из всех форм деградации природной среды России именно загрязненность атмосферы вредными веществами является наиболее опасной. Особенности экологической обстановки в отдельных регионах Российской Федерации и возникающие экологические проблемы обусловлены местными природными условиями и характером воздействия на них промышленности, транспорта, коммунального и сельского хозяйства. Степень загрязнения воздуха зависит, как правило, от степени урбанизированности и промышленного развития территории (специфика предприятий, их мощность, размещение, применяемые технологии), а также от климатических условий, которые определяют потенциал загрязнения атмосферы.

Атмосфера оказывает интенсивное воздействие не только на человека и биоту, но и на гидросферу, почвенно-растительный покров, геологическую среду, здания, сооружения и другие техногенные объекты. Поэтому охрана атмосферного воздуха и озонового слоя является наиболее приоритетной проблемой экологии и ей уделяется пристальное внимание во всех развитых странах.

Именно этой актуальной теме и посвящена настоящая дипломная работа. Цель работы: дать комплексную геоэкологическую оценку качества воздушной среды России, определить степень загрязнения атмосферы на территории нашей страны.

Задачи работы:

1.     Выделить важнейшие экологические функции атмосферы - воздушной оболочки земного шара.

2.     Проанализировать природный потенциал самоочищения атмосферы на территории России.

3.     Дать характеристику антропогенного загрязнения воздушной среды России, выявить основные антропогенные источники загрязнения атмосферы.

4.     Определить основные экологические последствия загрязнения атмосферы.

5.     Выяснить способы решения проблем охраны атмосферы от загрязнения, рассмотреть меры и мероприятия по улучшению качества воздуха, снижению негативного антропогенного воздействия.

В соответствии с поставленными задачами находится и структура дипломной работы. Весь материал изложен в четырех основных главах.

При подготовке дипломной работы были использованы различные источники информации – литературные источники, периодическая печать, статистические пособия, картографические материалы, ресурсы глобальной информационной сети Интернет (в тексте имеются ссылки).

Глава 1. Важнейшие экологические функции атмосферы

Атмосфера (от. др.-греч. ἀτμός - пар и σφαῖρα -шар), воздушная оболочка Земли, вращающаяся вместе с нею. Ат­мосфера — окружающая Землю газовая среда. Ее масса — около 5,5×1015т, или менее одной миллионной всей массы Земли. Тол­щина нижнего слоя атмосферы (тропосферы), содержащего око­ло 80% ее массы, — от 8 км в полярных широтах до 18 км в экваториальном поясе. В стратосфере, расположенной на высоте до 55 км над поверхностью, находится до 20% массы атмосферы. Сухой воздух у поверхности Земли содержит по объему 73% азота и 21% кислорода, малые дозы аргона и углекислого газа[9].

Атмосфера, со всех сторон окружающая земной шар, выполняет важнейшие функции, связанные с жизненными процессами, направленными на поддержание живых организмов. Атмосфера является важнейшим условием появления и развития жизни на Земле.

Атмосфера задерживает свыше половины энергии солнечного излучения, достигающего наружной ее границы. Коротковолно­вое и гамма-излучение, которые могли бы быть губительными для жизни на Земле, целиком поглощаются атмосферой (точнее, находящейся в ее верхних слоях ионосферой, а также слоем озона) и до поверхности Земли не доходят. Атмосфера защищает поверх­ность Земли и от падения метеоритов. Между атмосферой и по­верхностью Земли происходит постоянный тепло-, влаго- и га­зообмен, изменяется атмосферное давление, совершается цирку­ляция воздуха, что имеет большое значение для погоды.

В связи с наличием в атмосфере водяного пара и углекислого газа, она почти не пропускает теплового излучения, создавая так называемый «парниковый эффект» Увеличение содержания уг­лекислого газа в атмосфере в результате человеческой деятельности, процессов горения, в которых сжигается кислород и обра­зуются углекислый газ и другие газы, приводит к усилению «пар­никового эффекта», может вызвать повышение средней темпера­туры, угрожает таянием полярных льдов[1].

Атмосфера регулирует и такие важнейшие параметры в жизни всего живого, как темпера­тура, влажность, давление. Самой общей характеристикой состоя­ния атмосферы является климат. Формирование климата планеты определяется притоком солнечной энергии, особенностями строения подстилающей поверхности, интен­сивностью механизмов тепло-, влаго- и массообмена между различ­ными регионами Земли.

Влияние климата на здоровье человека, да и всех живых организ­мов, проявляется, прежде всего, в их тепловом состоянии, обусловленном теплообменом с окружающей средой. На процессы тер­морегуляции живых организмов существен­ное влияние оказывают темпера­тура и влажность воздуха, ветер. На­пример, внезапные изменения ветро­вого режима, атмосферного давления и температуры - рассматриваются как причины ухуд­шения состояния здоровья у большинства людей, т. н. метеозависимость.

Циклы кислорода, углерода, азо­та, воды обязательно проходят ат­мосферную стадию. Атмосфера — это гигантский резервуар, где раз­личные вещества накапливаются, а главное — благодаря такому ее свойству, как динамичность, распределяются с господствующи­ми ветрами по всему земному шару. Это позволяет обеспечить ин­тенсивность и скорость круговоро­та веществ в природе и поддержи­вать целостность природы Земли.

Для всего живого на Земле важ­ны основные физические и хими­ческие свойства атмосферы как час­ти природной среды. Давление атмо­сферы считается нормальным при величине у поверхности Земли 760,1 мм рт. ст. В пределах земного шара существуют постоянные облас­ти высокого и низкого давления, что обеспечивает динамику атмосферы и формирование системы господству­ющих ветров. Это обеспечивает вер­тикальное и горизонтальное переме­шивание воздуха, рассеивание и ас­симиляцию загрязняющих веществ. Когда загрязнители смешиваются с достаточно большими объемами воз­духа, их концентрация понижается вплоть до порогового уровня, ниже которого их отрицательное воздейст­вие не наблюдается[4].

Давление атмосферы мы не за­мечаем, хотя на каждого человека давит примерно около 12 т. возду­ха. Для нас ощутимы лишь откло­нения давления при подъеме на высоту (понижение), при погруже­нии в воду (повышение). В абсо­лютном вакууме гибель живого наступает мгновенно. Однако ис­чезновение или резкое уменьшение атмосферного давления нашей пла­нете не угрожает.

Прозрачность атмосферы имеет очень важное средообразующее значение. Именно от нее зави­сит проницаемость атмосферы для солнечных излучений видимых час­тей спектра. Количество (интенсив­ность) солнечной энергии определя­ет интенсивность фотосинтеза — единственного природного процесса фиксации солнечной энергии на Зем­ле. Установлено влияние прозрач­ности на тепловой баланс Земли. Современные изменения прозрачнос­ти атмосферы в значительной мере определяются антропогенным вли­янием, что уже привело к возник­новению ряда проблем.

Весьма существенное значение имеет состоя­ние газового баланса в ат­мосфере. Атмосфера в пределах тропосферы (до высоты 15—16 км), где заключено более 90% всей ее массы, состоит по объему из азота (78,09%), кисло­рода (20,96%), аргона (0,93%), уг­лекислого газа (0,03%); она содер­жит также весьма малые доли инертных газов и озона.

 Атмосферный азот является гигант­ским источником первичного «сы­рья» как для деятельности азотфиксирующих микроорганизмов и водо­рослей, так и для промышленности азотистых удобрений.

Без кислорода невозможно дыха­ние, а значит, энергетика многокле­точных животных. Вместе с тем кислород - это продукт жизнедея­тельности, выделяемый фотосинтезирующими организмами. Накопление в ходе эволюции атмосферы и био­сферы всего 1% кислорода создало условия для бурного развития совре­менных форм жизни. При этом обра­зовался озоновый экран - защита от космических лучей высоких энергий. Однако происходит катастрофичес­кое уменьшение кислорода в атмо­сфере. За последние 10 лет количест­во его уменьшилось настолько, насколько уменьшилось за предыду­щие 10 тыс. лет сокраще­ния.

К серьезным последствиям может привести резкое сокращение кислорода в атмосфе­ре Его потеря вызвала бы неизбеж­ную замену аэробных форм жизни анаэробными.

Углекислого газа (диоксида уг­лерода) в атмосфере значительно меньше, чем кислорода и азота. Однако именно его увеличение за счет антропогенной деятельности сегодня волнует человечество. По данным Национальной исследова­тельской лаборатории США в г. Боулдере, штат Колорадо, в на­стоящее время количество СО в ат­мосфере Земли увеличивается на 10% каждые 20 лет. Имеется мно­го прогностических моделей буду­щего количества CO2 в атмосфере. Выводы их различаются количест­венно, но факт роста CO2 в атмо­сфере в нынешнем столетии признается всеми. Эти изменения, касаю­щиеся ничтожной (по масштабам атмосферы) величины нетоксично­го газа, вызывают глобальную эко­логическую проблему, связанную с изменением климата Земли. Повышение доли углекислого газа всего на 0,1% вызывает затруднение дыха­ния у животных, сказывается на здоровье человека.

В слое атмосферы от поверхнос­ти Земли до 70 км присутствует озон (О3) — трехатомный кислород, возникающий в результате расщеп­ления молекул обычного кислоро­да и перераспределения его атомов. Название газу дал в 1840 г. швейцарский химик Шойбен. Пря­мой перевод с греческого означает «пахнущий». Озон называют атмо­сферным щитом всего живого, с ним связывают синеву неба и со­хранение благодатного тепла пла­неты. Однако ученые отмечают, что сам по себе озон, содержащийся в приземных слоях воздуха в высо­кой концентрации, например на предприятиях химической про­мышленности, при высоковольт­ных испытаниях, электросварке становится типичным промышлен­ным ядом. В этом вопросе уже существует общее мнение, что при концентрации в количестве 1—10 мг на 1 м3 озон действитель­но вызывает изменения в организ­ме. Изучение медико-биологичес­кого действия озона становится се­годня серьезной научной проб­лемой, прежде всего, потому, что расширяется его промышленное применение.

Опоясывающая Землю атмосфера, состоит, как известно, из множества различных слоев (см. рис. 1).

Рисунок 1. Строение атмосферы

Каждый из таких слоев выполняет важные задачи, направленные на обеспечение полезных свойств живых организмов. В ходе исследования атмосферных слоев выяснилось, что каждый из них способен возвращать обратно вещества или лучи, достигшие его границ, либо в космическое пространство, либо к земной поверхности. Например, тропосфера, расположенная в 13-15 км от поверхности Земли, уплотняет массы водяного пора, поднимающиеся с земной поверхности, и возвращает их обратно на Землю в виде дождя. Озоновый слой атмосферы, т.е. озоносфера, расположенная на высоте 25 км от Земли, отражая идущие из космического пространства радиацию и вредные ультрафиолетовые лучи, возвращает их обратно, не позволяя пробиться к земной поверхности.

Рассматривая различные экологические функ­ции атмосферы Земли, можно сделать однозначный вывод, что жизнь на Земле без этой воздуш­ной оболочки была бы невозмож­на.

Глава 2. Анализ природного потенциала самоочищения атмосферы на территории России

Атмосфера обладает способностью к самоочищению.

Самоочищение атмосферы - частичное или полное восстановление естественного состава атмосферы вследствие удаления примесей под воздействием природных процессов. Дождь и снег промывают атмосферу благодаря своим абсорбционным способностям, удаляя из нее пыль и растворимые в воде вещества. Растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород, который окисляет органические примеси (роль зеленых растений в самоочищении атмосферы от углекислого газа вообще исключительна - почти весь свободный атмосферный кислород имеет биогенное происхождение, т. е. около 30 % его выделяют зеленые растения суши, а 70 % кислорода высвобождают водоросли Мирового океана). Ультрафиолетовые лучи солнца убивают микроорганизмы[11].

Природный потенциал самоочищения атмосферы во многом обусловлен такими природно-климатических условиями, как особенности подстилающей поверхности (растительность, рельеф), температурный режим, количество выпадающих осадков, циркуляционные процессы в атмосфере и др. (см. рис. 2).

Рисунок 2. Индекс самоочищения атмосферы осадками и растительностью (по материалам сайта #"1.files/image003.jpg">

Рисунок 3. Метеорологические условия, определяющие перенос и рассеивание примесей в атмосфере

(по материалам сайта #"BM_16">Глава 3. Характеристика антропогенного загрязнения воздушной среды России

3.1. Антропогенные источники загрязнения атмосферы

Загрязнение атмосферы может иметь естественное (природное) и искусственное (антропогенное) происхождение (см. рис. 4).

Рисунок 4. Источники загрязнения атмосферы

Источники антропогенного загрязнения атмосферы - источники загрязнения атмосферы, обусловленные деятельностью человека.

По агрегатному состоянию выбросы вредных веществ в атмосферу классифицируются на: 1) газообразные (диоксид серы, оксиды азота, оксид углерода, углеводороды и др.); 2) жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей и др.); 3) твер­дые (канцерогенные вещества, свинец и его соединения, ор­ганическая и неорганическая пыль, сажа, смолистые вещест­ва и прочие)[11].

Главные загрязнители (поллютанты) атмосферного воздуха, образующиеся в процессе производственной и иной дея­тельности человека — диоксид серы (SO2), оксид углерода (СО) и твердые частицы. На их долю приходится около 98% в об­щем объеме выбросов вредных веществ. Помимо главных за­грязнителей, в атмосфере городов и поселков наблюдается еще более 70 наименований вредных веществ, среди которых — формальдегид, фтористый водород, соединения свинца, ам­миак, фенол, бензол, сероуглерод и др. Однако именно кон­центрации главных загрязнителей (диоксид серы и др.) наи­более часто превышают допустимые уровни во многих горо­дах России (см. таблицу 1).

Таблица 1

Выбросы в атмосферу главных загрязнителей в мире (1990 г.) и в России (1991 г.)

В настоящее время основной вклад в загрязнение атмосферного воздуха на территории России вносят следующие отрасли: теплоэнергетика (тепловые и атомные электростанции, промышленные и городские котельные и др.), далее предприятия черной металлургии, нефтедобычи и нефтехимии, автотранспорт, предприятия цветной металлургии и производство стройматериалов (см. таблицу 2).

Таблица 2

Содержание основных загрязнителей, выбрасываемых
в атмосферу (в %)

Роль различных отраслей хозяйства в загрязнении атмосферы в развитых промышленных странах Запада несколько иная. Так, например, основное количество выбросов вредных веществ в США, Великобритании и ФРГ приходится на автотранспорт (50—60%), тогда как на долю теплоэнергетики значительно меньше, всего 16—20%.

Тепловые и атомные электростанции. Котельные установки. В процессе сжигания твердого или жидкого топлива в атмосферу выделяется дым, содержащий продукты полного (диоксид углерода и пары воды) и неполного (оксиды углерода, серы, азота, углеводороды и др.) сгорания. Объем энергетических выбросов очень велик. Так, современная теплоэлектростанция мощностью 2,4 млн. кВт расходует до 20 тыс. т. угля в сутки и выбрасывает в атмосферу в сутки 680 т SO2 и SO3, 120— 140 т твердых частиц (зола, пыль, сажа), 200 т оксидов азота[5].

Перевод установок на жидкое топливо (мазут) снижает выбросы золы, но практически не уменьшает выбросы оксидов серы и азота. Наиболее экологичное газовое топливо, которое в три раза меньше загрязняет атмосферный воздух, чем мазут, и в пять раз меньше, чем уголь.

Источники загрязнения воздуха токсичными веществами на атомных электростанциях (АЭС) — радиоактивный йод, радиоактивные инертные газы и аэрозоли. Крупный источник энергетического загрязнения атмосферы — отопительная система жилищ (котельные установки) дает мало оксидов азота, но много продуктов неполного сгорания. Из-за небольшой высоты дымовых труб токсичные вещества в высоких концентрациях рассеиваются вблизи котельных установок.

Черная и цветная металлургия. При выплавке одной тонны стали, в атмосферу выбрасывается 0,04 т твердых частиц, 0,03 т оксидов серы и до 0,05 т оксида углерода, а также в небольших количествах такие опасные загрязнители, как марганец, свинец, фосфор, мышьяк, пары ртути и др. В процессе сталеплавильного производства в атмосферу выбрасываются парогазовые смеси, состоящие из фенола, формальдегида, бензола, аммиака и других токсичных веществ.

Значительные выбросы отходящих газов и пыли, содержащих токсичные вещества, отмечаются на заводах цветной металлургии при переработке свинцово-цинковых, медных, сульфидных руд, при производстве алюминия и др.

Химическое производство. Выбросы этой отрасли, хотя и невелики по объему (около 2% всех промышленных выбросов), тем не менее, ввиду своей весьма высокой токсичности, значительного разнообразия и концентрированности представляют значительную угрозу для человека и всей биоты. На разнообразных химических производствах атмосферный воздух загрязняют оксиды серы, соединения фтора, аммиак, нитрозные газы (смесь оксидов азота, хлористые соединения, сероводород, неорганическая пыль и т. п.).

Выбросы автотранспорта. В мире насчитывается несколько сот миллионов автомобилей, которые сжигают огромное количество нефтепродуктов, существенно загрязняя атмосферный воздух, прежде всего, в крупных городах. Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания (особенно карбюраторных) содержат огромное количество токсичных соединений — бенз(а)пирена, альдегидов, оксидов азота и углерода и особо опасных соединений свинца (в случае применения этилированного бензина).

Наибольшее количество вредных веществ в составе отработавших газов образуется при не отрегулированной топливной системе автомобиля. Правильная ее регулировка позволяет снизить их количество в 1,5 раза, а специальные нейтрализаторы снижают токсичность выхлопных газов в шесть и более раз.

Интенсивное загрязнение атмосферного воздуха отмечается также при добыче и переработки минерального сырья, на нефте- и газоперерабатывающих заводах, при выбросе пыли и газов из подземных горных выработок, при сжигании мусора и горении пород в отвалах (терриконах) и т. д. В сельских районах очагами загрязнения атмосферного воздуха являются животноводческие и птицеводческие фермы, промышленные комплексы по производству мяса, распыление пестицидов и т. д.

«Каждый житель Земли — это и потенциальная жертва стратегических (трансграничных) загрязнений». Под трансграничными загрязнениями понимают загрязнения, перенесенные с территории одной страны на площадь другой. Только в 1994 г. на европейскую часть России из-за невыгодного ее географического положения выпало 1204 тыс. т. соединений серы от Украины, Германии, Польши и других стран. В то же время в других странах от российских источников загрязнения выпало только 190 тыс. т. серы, т. е. в 6,3 раза меньше.

3.2. Показатели загрязнения воздуха

Для определения уровня загрязнения атмосферы используются следующие характеристики загрязнения воздуха:

1.                 средняя концентрация примеси в воздухе, мг/м3 или мкг/м3 (qср);

2.                 среднее квадратическое отклонение qср, мг/м3 или мкг/м3 (бср);

3.                 максимальная (измеренная за 20 мин) разовая концентрация примеси, мг/м3 или мкг/м3 (qм);

Загрязнение воздуха определяется по значениям средних и максимальных разовых концентраций примесей. Степень загрязнения оценивается при сравнении фактических концентраций с ПДК.

ПДК - предельно допустимая концентрация примеси для населенных мест, установленная Минздравом России. Значения ПДК даны в работе «Перечень и коды веществ, загрязняющих атмосферный воздух»[20]. Для некоторых веществ значения ПДК даны в таблице 3.

Таблица 3

Значения ПДК, мкг/м3

Средние концентрации сравниваются с ПДК среднесуточными, максимальные из разовых концентраций - с ПДК максимальными разовыми.

В качестве обязательных статистических характеристик используются:

1.                 повторяемость, %, разовых концентраций примеси в воздухе выше предельно допустимой концентрации (ПДК) данной примеси (g);

2.                 повторяемость, %, разовых концентраций примеси в воздухе выше 5 ПДК (g1);

3.                 число случаев концентраций примесей в воздухе, превышающих 10 ПДК.

Используются три показателя качества воздуха: индекс загрязнения атмосферы - ИЗА, стандартный индекс - СИ и наибольшая повторяемость превышения ПДК - НП.

1.                 ИЗА - комплексный индекс загрязнения атмосферы, учитывающий несколько примесей. Величина ИЗА рассчитывается по значениям среднегодовых концентраций. Поэтому этот показатель характеризует уровень хронического, длительного загрязнения воздуха.

2.                 СИ - стандартный индекс, т.е. наибольшая измеренная разовая концентрация примеси, деленная на ПДК. Он определяется из данных наблюдений на посту за одной примесью, или на всех постах рассматриваемой территории за всеми примесями за месяц или за год.

3.                 НП - наибольшая повторяемость (в процентах) превышения максимально разовой ПДК по данным наблюдений на посту за одной примесью или на всех постах территории за всеми примесями за месяц или за год.

В соответствии с существующими методами оценки, уровень загрязнения считается повышенным при ИЗА от 5 до 6, СИ<5, НП<20 %, высоким при ИЗА от 7 до 13, СИ от 5 до 10, НП от 20 до 50% и очень высоким при ИЗА равном или больше 14, СИ>10, НП>50% (см. рис. 5).

Рисунок 5. Оценка загрязнения воздуха

3.3. Анализ антропогенного загрязнения воздушной среды

3.3.1. Динамика выбросов загрязняющих веществ 1990-2005 гг.

Начало 90-х годов в Российской Федерации характеризовалось значительным спадом промышленного производства во всех отраслях народного хозяйства. Это было связано с распадом СССР на ряд самостоятельных государств, разрывом сложившихся хозяйственных связей, разгосударствлением собственности, то есть переходом к рыночной экономике. Все это привело к существенному изменению количественных и качественных показателей выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от промышленных предприятий и автотранспорта. Так, например, если выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух на территории РФ от промышленных предприятий и автотранспорта в 1990 году составляли соответственно 34,7 млн. т и 20,9 млн. т, то в 1998 году - 18,9 млн. т и 15,3 млн.т. Как видно, они сократились почти вдвое (на 15,8 млн. т) от промышленных предприятий и более чем на четверть (на 5,6 млн. т) от автотранспорта.

После дефолта 1998 г. создалась благоприятная обстановка для развития отечественной экономики. Указанный факт отразился и на росте выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух.

Основными загрязняющими веществами, поступающими в атмосферный воздух в наибольших количествах, являются выбросы: пыли (твердых), диоксида серы, оксида углерода, диоксида азота и летучих органических соединений (ЛОС).

Представление о динамике выбросов за период 1990–2005 гг. на территории Российской Федерации, европейской и азиатской территориях России (ЕТР и АТР) можно получить в результате анализа данных, помещенных в таблице 4.

Таблица 4

Выбросы основных загрязняющих веществ в атмосферный воздух на территории Российской Федерации, европейской территории России (ЕТР) и азиатской территории России (АТР) за период 1990-2005 гг., млн.т/год

Страницы: 1, 2