§ 16. Экологические проблемы и охрана атмосферы

Определения и обозначения

Загрязнение атмосферы — поступление в воздух веществ и энергии, изменяющих его состав и свойства и неблагоприятно влияющих на живые организмы. Это не любое изменение состава: значение имеют концентрация вещества, природный фон и его воздействие. Понятие помогает отличать обычные природные колебания от опасной нагрузки.

Смог — опасное загрязнение приземного воздуха смесью загрязняющих веществ, возникающее при определённых погодных условиях. Ветер и перемешивание воздуха могут рассеивать выбросы, а безветрие и температурная инверсия способствуют их накоплению. Поэтому смог особенно вероятен там, где много источников выбросов.

Кислотные дожди — атмосферные осадки с повышенной кислотностью, образующиеся из оксидов серы и азота. Эти газы вступают в реакции с водой и другими веществами в атмосфере, после чего соединения выпадают вместе с осадками. Термин нужен, чтобы связать выбросы предприятий и транспорта с последствиями для почв, водоёмов и растений.

Парниковый эффект — повышение температуры нижних слоёв атмосферы из-за поглощения и обратного излучения тепла парниковыми газами. Естественный эффект поддерживает условия, подходящие для жизни, а его усиление из-за роста концентрации газов нарушает тепловой баланс. Различение этих двух случаев помогает понять, почему проблема связана не с самим эффектом, а с его усилением.

Озоновый слой — область стратосферы с повышенной концентрацией озона, поглощающего значительную часть ультрафиолетового излучения. Он действует как защитный экран для живых организмов. Положение имеет значение: озон в стратосфере полезен, а у поверхности Земли может быть вредным загрязнителем.

Как это устроено

Атмосфера необходима живым организмам не только как источник кислорода или углекислого газа: она также смягчает перепады температуры и задерживает часть опасного излучения. Её газовый состав поддерживается круговоротами веществ, в которых участвуют организмы, вода, почвы и горные породы. Например, при фотосинтезе растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород, а дыхание возвращает часть газов в атмосферу. Природные процессы способны компенсировать изменения, но их возможности не безграничны.

Загрязнители поступают из природных источников, например при извержениях вулканов и лесных пожарах, а также из-за деятельности человека. К главным антропогенным источникам относятся энергетика, промышленность, транспорт и сельское хозяйство. Первичными называют вещества, которые выбрасываются непосредственно, например сажа или диоксид серы; вторичные возникают в воздухе при реакциях между выбросами и природными компонентами. Это различие нужно, чтобы искать не только источник вещества, но и условия, при которых загрязнение становится опаснее.

Предприятия и электростанции при сжигании топлива выбрасывают частицы и газы, а автомобили добавляют выхлопные вещества и продукты неполного сгорания. Если загрязнённый воздух застаивается у земли, смесь выбросов образует смог; солнечное излучение может запускать реакции, создающие дополнительные загрязнители. Оксиды серы и азота соединяются с влагой и превращаются в кислые соединения, которые переносятся ветром и выпадают с осадками. Так воздействие источника может проявиться далеко от места выброса.

Парниковые газы пропускают значительную часть солнечного излучения, но поглощают тепло, которое Земля излучает обратно. При росте их содержания в атмосфере удерживается больше энергии, меняются температура и режимы осадков, что влияет на экосистемы и хозяйство. Озоновый слой выполняет другую функцию: он поглощает часть ультрафиолета, а его разрушение приводит к усилению потока этого излучения у поверхности. Значит, изменение климата и истощение озонового слоя — разные проблемы, хотя обе связаны с составом атмосферы.

Снизить загрязнение можно, очищая выбросы до их попадания в воздух и заменяя наиболее грязные технологии более чистыми. Переход на возобновляемые источники энергии и повышение энергоэффективности уменьшают сжигание топлива, а развитие общественного транспорта сокращает число автомобильных выбросов. Экологический контроль помогает проверять соблюдение норм и оценивать качество воздуха. Международное сотрудничество необходимо, потому что воздушные массы переносят загрязнители через границы государств.

Основные экологические проблемы атмосферы

Читайте таблицу по строкам: сначала определите проблему, затем проследите связь между загрязнителем, источником и последствиями. Последний столбец показывает, на каком звене можно предотвратить вред. Одна мера не всегда решает проблему полностью, поэтому обычно требуется сочетать несколько способов.

Разбор задач

Задача 1

Распределите по группам источники загрязнения атмосферы: извержение вулкана, работа ТЭЦ на угле, выхлоп автомобиля, лесной пожар. Укажите природные и антропогенные источники.

1. Определяем, связан ли источник с деятельностью человека. Извержение вулкана и лесной пожар могут происходить без участия человека, поэтому это природные источники.
2. Проверяем оставшиеся примеры: ТЭЦ сжигает уголь для производства энергии, а выхлоп автомобиля появляется при работе транспорта. Оба источника связаны с хозяйственной деятельностью и относятся к антропогенным.
3. Связываем классификацию с выбросами: вулкан может выделять пепел и газы, пожар — дым и частицы, а ТЭЦ и автомобиль — продукты сгорания топлива. Происхождение источника определяет группу, но само по себе не показывает степень вреда.

Ответ: природные источники — извержение вулкана и лесной пожар; антропогенные — работа ТЭЦ на угле и выхлоп автомобиля. В обоих случаях в воздух попадают разные вещества, поэтому их влияние нужно оценивать отдельно. При этом природное происхождение не означает, что загрязнение безопасно.

Задача 2

Объясните цепочку: сжигание топлива на предприятии — выброс диоксида серы — образование кислотных осадков — повреждение лесов и закисление водоёмов.

1. При сжигании топлива, содержащего серу, она окисляется и образуется диоксид серы. Газ попадает в атмосферу через дымовые трубы, если его не уловила система очистки.
2. В воздухе диоксид серы участвует в химических превращениях и образует соединения, которые растворяются в каплях воды. Затем они выпадают с дождём или снегом; так формируются кислотные осадки.
3. Попадая в почву и водоёмы, кислые соединения изменяют кислотность среды. Это может затруднить питание растений, повредить леса и создать неблагоприятные условия для водных организмов.

Ответ: предприятие выбрасывает диоксид серы при сжигании топлива, в атмосфере из него образуются кислотные соединения, а осадки переносят их на землю и в воду. Цепочка показывает, что выброс действует не только рядом с источником. Для предупреждения последствий важно уменьшать содержание серы в топливе и очищать дымовые газы.

Задача 3

Для города с высокой загруженностью дорог предложите комплекс из не менее четырёх мер по снижению загрязнения воздуха и обоснуйте, на какой источник загрязнения направлена каждая мера.

1. Развивать удобные маршруты общественного транспорта и выделенные полосы. Это помогает заменить часть поездок на личных автомобилях и уменьшить выхлопы от дорожного движения.
2. Создавать безопасные пешеходные и велосипедные маршруты. Мера снижает число коротких поездок на автомобилях, особенно в центре города.
3. Ужесточать контроль технического состояния транспорта и поэтапно заменять городской автобусный парк на менее загрязняющий. Так сокращаются выбросы неисправных машин и общественного транспорта.
4. Настраивать светофоры и организацию движения, чтобы уменьшать длительные пробки. Это направлено на выбросы автомобилей, работающих на холостом ходу и часто ускоряющихся.
5. Следить за предприятиями и системами отопления, применять очистку выбросов и переходить на более чистые источники энергии. Такие меры охватывают городские источники загрязнения, не связанные напрямую с дорогами.

Ответ: комплекс включает развитие общественного транспорта, пешеходной и велосипедной инфраструктуры, контроль автопарка, снижение пробок и очистку выбросов предприятий и отопительных систем. Меры работают на разные источники, поэтому их сочетание эффективнее одной отдельной инициативы. Результат следует проверять по данным мониторинга воздуха и транспортной нагрузки.

Типичные ошибки

Ошибка: считать загрязнением любое изменение состава воздуха. Такое мнение возникает, если не учитывать, что природные концентрации веществ меняются, а вред зависит от уровня и воздействия. Проверка: выясните, какова концентрация вещества, каков природный фон и есть ли неблагоприятное влияние.

Ошибка: путать парниковый эффект с разрушением озонового слоя. Оба процесса затрагивают атмосферу, поэтому их иногда ошибочно объединяют. Проверка: парниковые газы усиливают удержание тепла, а уменьшение озона пропускает больше ультрафиолетового излучения; причины и последствия этих процессов различны.

Ошибка: утверждать, что кислотные дожди образуются только из-за углекислого газа. Вероятно, путают кислотность осадков с любым газом, растворяющимся в воде. Проверка: главную роль в образовании кислотных осадков играют оксиды серы и азота, превращающиеся в кислотные соединения.

Ошибка: называть озоновый слой источником загрязнения или считать любой озон вредным. Так происходит, если не учитывать высоту, на которой находится озон. Проверка: стратосферный озон защищает от ультрафиолета, а озон у поверхности может быть компонентом загрязнённого воздуха.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания о строении и составе атмосферы, круговоротах веществ и фотосинтезе. Основы окислительных реакций помогают проследить, как из выброшенных газов возникают вторичные загрязнители и кислотные осадки. Тема связана с биосферой, глобальными изменениями климата, устойчивым развитием и охраной окружающей среды. Эти знания пригодятся при оценке воздуха в городе, выборе природоохранных мер и изучении международных экологических соглашений.

Что запомнить

• Главные антропогенные источники загрязнения атмосферы — энергетика, промышленность, транспорт и сельское хозяйство.
• Загрязнители бывают первичными и вторичными.
• Смог формируется при накоплении загрязняющих веществ у поверхности Земли.
• Оксиды серы и азота могут вызывать кислотные дожди.
• Парниковые газы усиливают удержание тепла в атмосфере.
• Озоновый слой защищает живые организмы от избытка ультрафиолетового излучения.
• Охрана атмосферы требует сочетания технологий очистки, рационального природопользования и международных мер.