Забруднення повітря

На жаль, далеко не всі усвідомлюють дійсну загрозу забруднення повітря. Якщо оцінити вплив забруднення повітря на захворюваність за числом випадків захворювання, то в загальній захворюваності їхня частка складає 17 % для дітей і 10 % для дорослих. Забрудненням повітря зумовлені 41 % захворювань органів дихання, 16 % захворювань ендокринної системи, 2,5 % онкологічних захворювань в осіб у віці від 30 до 34 років і 11 % – в осіб 55-59 років (Держдо- повідь-95).

За даними цього ж джерела, в тих містах, де концентрація бенз(а)пірену перевищує ГДК в 2-4 рази, частотність захворювань на рак в осіб старше 40 років підвищена на 12-20 %, а при перевищенні чотирьох ГДК ВаР – на 22-24 % порівняно з містами, в яких концентрація ВаР є нижчою ніж дві ГДК. Діоксид азоту і діоксид сірки, а також промисловий пил спричиняють онкологічні захворювання, якщо концентрація будь-якого з них перевищує ГДК більш ніж удвічі.

Завдяки діяльності людини до атмосфери потрапляють найрізноманітніші речовини в газоподібному, твердому та аерозольному стані. Кількість деяких з них відображено в табл. 12.1.

Таблиця 12.1

Вміст молекулярних компонентів в атмосфері [38]

До атмосфери Землі щорічно поступає біля 1 км3 пиловидних часточок, значна частина яких може знаходитися в атмосфері у завислому стані протягом кількох років. Аерозольні часточки мають різноманітний хімічний склад. Найчастіше це сполуки кремнію, кальцію, вуглецю (незгоріле вугілля, сажа, смола), оксиди заліза, магнію, марганцю, цинку, міді, нікелю, свинцю, олова, вісмуту, селену, миш'яку, берилію, кадмію, хрому, кобальту, молібдену, а також цемент, азбест, ароматичні та аліфатичні вуглеводні, солі карбонових кислот.

Усі речовини (у тому числі й аерозолі), що потрапляють до атмосфери в результаті життєдіяльності людини, називають первинними забруднювачами.

Антропогенні викиди зумовлюють не тільки зміну фізичного складу атмосфери, але й спричиняють ряд хімічних реакцій між стаціонарними складовими атмосфери й компонентами, що надійшли.

Атмосфера стає багатокомпонентною системою із змінними перемінними за складом і термодинамічними параметрами, і передбачити всі процеси практично неможливо. Проте деякі з них виявляють себе досить чітко. У результаті утворюються вторинні забруднювачі.

Наприклад, викид а атмосферу SO2 спричиняє реакції фотохімічного окислення:

Для перебігу реакції достатньо незначної кількості озону або діоксид азоту. SO3, що утворюється взаємодіючи з водяною парою, утворює туман сірчаної кислоти, а в хмарах її крапельки:

Аналогічні реакції проходять і з оксидами азоту:

У результаті в хмарах накопичуються краплі кислот, що призводить до появи "кислих" дощів. Водневий показник (pH) такого дощу може сягати величини 1,5, яка далека від нейтрального середовища (7). Так, спостереження за цим показником у Києві показали в окремі періоди pH = 4, що відповідає вмісту сірчаної кислоти 9,8 г/м3.

Варто зауважити, що діоксид сірки, попадаючи до атмосфери у сухе повітря може не перетворюватись на кислоту, а переноситись із повітрям на далекі відстані й утворювати при контакті із хмарами кислотні дощі далеко від місця викиду.

Утворення в атмосфері кислот зумовлює й інші реакції, наприклад, із вуглеводнями:

а також:

Сірководень в атмосфері поступово окислюється:

а також може взаємодіяти з іншими забруднювачами:

Поява в атмосфері аміаку спричиняє такі реакції:

Багато із цих реакцій у звичайних умовах проходять із дуже малою швидкістю. В атмосфері, особливо в хмаровому шарі, і у присутності аерозолів оксидів металів і металоорганічних сполук, їхня швидкість зростає. Значну роль у цьому відіграють озон, сонячне світло й радіоактивне випромінювання.

Хлоровані органічні сполуки, такі, як фреони, пестициди в атмосфері реагують з озоном. Озон також розпадається під дією жорсткого (λ < 1,1 мкм) ультрафіолетового випромінювання:

При цьому вміст озону в атмосфері знижується. В атмосфері з'являються "озонові діри", місця, де ультрафіолетова радіація не затримується й поступає на земну поверхню. За дослідженнями, до руйнування озону причетні біля 160 хімічних реакцій, в яких взаємодіють понад 40 різних сполук. Одна з гіпотез стверджує, що руйнування озону викликають газогідрати – тверді сполуки газу з водою. Наявність в атмосфері газів і води приводить до утворення твердих гідратів, що являють собою концентровані реакційноздатні центри, де за рахунок фотолізу проходять процеси:

Обидві реакції проходять у кислому середовищі. Крім цього, проходять реакції:

На озон впливають не тільки фреони. Політ літака й ракети також є причиною зменшення озону в атмосфері. Виснаження озонового шару дозволяє ультрафіолетовому випромінюванню вільно діставатися поверхні Землі, що може викликати зростання ракових захворювань і зменшити ефективність нашої імунної системи. Це також може негативно вплинути на врожай, рослинність, живі ресурси моря, навіть на планктон. У випадку повної руйнації озонового шару у вчених не буде ніяких засобів для його відновлення.

Оксиди хлору й сам хлор утворюються при окисленні твердого палива ракет. Тільки при одному запуску космічної ракети в атмосферу викидається біля 200 т хлору і його сполук. Утворення органічних радикалів приводить до ряду органічних реакцій з утворенням циклічних та гетероциклічних сполук, карбонових кислот та інших сполук.

У результаті радіоактивного випромінювання в атмосфері проходить збудження, дисоціація, іонізація молекул і атомів, що значно активізує їх.

При дії атомарного кисню на вуглеводні утворюється озон, формальдегід, акролеїн та інші сполуки.

Аерозолі, утворені з компонентів антропогенної діяльності, створюють додаткові центри проходження окислювально-відновних фотохімічних реакцій, а також реакцій приєднання:

При взаємодії аерозольних часточок із газами у атмосфері утворюються солі та похідні вуглеводнів.

Наприклад, якщо оксид NO2 і аерозоль NaCl присутні у вологому повітрі, проходять реакції:

у присутності H2SO4

Якщо в атмосферу Землі потрапляє 10-90 млн т/рік аерозолів антропогенного походження, то за рахунок реакції в атмосфері додатково утворюється сульфатів 130-200 млн т/рік, нітратів – 30-35 млн т/рік, вуглеводнів – 15-90 млн т/рік.

При певних погодних умовах антропогенні викиди первинного й вторинного походження призводять до утворення фотохімічного туману (смогу), що являє собою багатокомпонентну суміш газів і аерозольних часточок, зокрема озону, оксидів азоту і сірки, органічних пероксидів.

Інтенсивна сонячна радіація, безвітряна погода сприяє дисоціації молекул NO2:

Утворення атомарного кисню спричиняє реакцію утворення озону:

Озон вступає в реакцію з олефінами вихлопних газів:

Озоніди, що утворюються, гідролізують з утворенням альдегідів:

Паралельно проходить розщеплення алкенів за місцем подвійного зв'язку з утворенням уламків молекули і накопиченням озону. Озон окислює вуглеводні, альдегіди, утворюючи сильно реакційно- здатні органічні пероксиди, що утворюють вільні радикали, викликаючи ланцюгові реакції.

Діоксид вуглецю не поглинає сонячних променів і пропускає їх до поверхні Землі. Земна поверхня нагрівається й випромінює довгохвильові інфрачервоні промені. Таке проміння добре поглинається діоксидом вуглецю. Результатом цього процесу є підвищення температури в нижніх шарах атмосфери (парниковий ефект). Ріст середньої температури на 0,5°С за сто років багато спеціалістів пояснюють саме накопиченням діоксиду вуглецю в атмосфері.

Сажа як компонент диму має велику здатність поглинати сонячне світло, що є перепоною для проходження сонячних променів до поверхні Землі. Це призводить до похолодання.

Складний і сильний вплив на стан атмосфери здійснює війна й особливо використання атомної зброї. Величезна кількість пилу, що піднімається у висоту на десятки кілометрів і поширюється на величезні території, призводить до утворення димових хмар, які не пропускають сонячного світла, охоплюючи величезні території нічною темрявою. Результатом цих процесів буде зміна клімату на значних територіях. Вибух атомної бомби спричиняє вихід в атмосферу радіоактивних елементів, які поширюються в атмосфері на далекі відстані, у результаті в атмосфері посилюються радіаційно-хімічні процеси. Високі температури при вибуху викликають масові руйнування й пожежі.

Таким чином, людина своєю діяльністю приводить до виділення в атмосферу багатьох різних речовин і фізичних факторів.

У результаті змінюється хімічний склад атмосфери і її фізичні параметри. Ця зміна призводить до порушення рівноваги, встановленої природою протягом віків. Відновлення цієї рівноваги проходить досить складно, оскільки кількість "порушників рівноваги" є великою. Відновлення відбувається шляхом хімічних, радіаційно-хімічних процесів у атмосфері, їхнім впливом на процеси на Землі, включаючи і біологічні, в тому числі і людину [38].