§ 35. Современное состояние и охрана атмосферы

Определения и обозначения

Загрязнение атмосферы — поступление в воздух веществ или энергии в количествах, нарушающих его естественное состояние и вредящих живым организмам. Загрязнителем может быть газ, дым или мелкая частица, а также избыточное тепло. Само обнаружение примеси ещё не означает опасность: значение имеют её концентрация и длительность воздействия. Это определение помогает оценивать не только наличие вещества, но и реальный риск.

Смог — загрязнённый туман или дымка, возникающие при накоплении вредных веществ в приземном воздухе. Фотохимический смог образуется под действием солнечного света из выхлопных газов, в том числе оксидов азота и летучих органических веществ; ему способствует тёплая солнечная погода. Другой тип связан с дымом и сернистыми выбросами и особенно опасен при сырой безветренной погоде. Различие важно, потому что причины смога определяют способы его предупреждения.

Кислотные осадки — дождь, снег и другие осадки с повышенной кислотностью, возникающей при превращениях выбросов оксидов серы и азота в атмосфере. Эти газы вступают в реакции и образуют кислые соединения, которые смешиваются с влагой в воздухе. Осадки могут повреждать растения, изменять свойства почвы и водоёмов. Понятие показывает, почему загрязнение, возникшее в одном месте, способно влиять на природные территории вдали от него.

Парниковый эффект — удержание частью атмосферных газов теплового излучения Земли. Естественный эффект необходим: без него поверхность планеты была бы значительно холоднее. Когда деятельность человека увеличивает концентрацию парниковых газов, эффект усиливается и меняет климат. Его нельзя путать с разрушением озонового слоя: это отдельное явление, связанное с ослаблением защиты от ультрафиолетового излучения.

Как это устроено

Промышленность выбрасывает газы и частицы при сжигании топлива и работе технологических установок. Транспорт загрязняет воздух выхлопами и износом деталей и шин, а энергетика часто связана с выбросами при производстве тепла и электричества. В сельском хозяйстве в воздух поступают, например, аммиак и парниковые газы; бытовая деятельность тоже создаёт дым и выбросы при отоплении, сжигании отходов и использовании некоторых продуктов. Источники различаются по составу и объёму выбросов, поэтому меры нужно подбирать для каждого вида деятельности.

После выброса вещества перемещаются вместе с воздушными массами. Ветер может унести их далеко, а осадки — удалить из воздуха и перенести на поверхность; часть примесей рассеивается и становится менее концентрированной. При слабом ветре и устойчивом состоянии воздуха загрязнители, напротив, накапливаются у земли. Поэтому экологические последствия могут проявиться в соседних районах или странах, а оценивать ситуацию только возле трубы недостаточно.

Кислотные осадки возникают не потому, что из трубы сразу выходит дождь с кислотой, а вследствие последовательных превращений в атмосфере. Оксиды серы и азота, образующиеся, в частности, при сжигании топлива, реагируют с водой и другими веществами, создавая кислые соединения. Они переносятся воздухом и попадают на поверхность с дождём, снегом или туманом. Смог тоже зависит от химических процессов, но для него важно накопление загрязнителей у земли: солнечный свет способствует образованию фотохимических примесей, а безветрие мешает их рассеиванию.

Парниковые газы пропускают значительную часть солнечного излучения, но задерживают часть теплового излучения, исходящего от Земли. Когда таких газов становится больше, в климатической системе удерживается дополнительное тепло, и меняются средние условия и режимы погоды. Одновременно некоторые вещества разрушают озоновый слой в стратосфере — области атмосферы, где озон поглощает часть ультрафиолета. Ослабление этого слоя увеличивает поступление ультрафиолетового излучения к поверхности, но не является причиной усиления парникового эффекта.

Охрана атмосферы начинается с уменьшения количества загрязнителей, возникающих при производстве и потреблении энергии. Для этого совершенствуют процессы, экономят топливо, выбирают более чистые источники энергии и виды топлива. Очистные установки задерживают частицы или удаляют отдельные газы из выбросов, однако они не заменяют сокращение загрязнения у источника. Контроль воздуха и выбросов позволяет выявлять превышения и проверять результат мер, а международное сотрудничество нужно для согласования действий против загрязнения, которое переносится через границы.

Основные виды загрязнения атмосферы и меры их предупреждения

В таблице удобно прослеживать цепочку от причины к последствиям и мерам: например, связывать выбросы оксидов серы и азота с кислотными осадками. Для одного последствия могут иметь значение несколько источников, а для одного источника — несколько загрязнителей. Поэтому меры эффективнее оценивать в комплексе, а не выбирать только по одному столбцу.

Разбор задач

Задача 1. Нужно назвать вероятные источники загрязнения воздуха в городе, где рядом находятся автомагистраль и котельная. Сначала отделим источник от последствия: смог или раздражение дыхательных путей — это возможные последствия, а не места, где загрязнитель образуется. Затем соотнесём виды деятельности с характерными выбросами. Такой разбор не требует точно определять концентрацию, если измерения не приведены.

1. Для автомагистрали назовём выхлопы двигателей, включая оксиды азота и частицы, а также пыль от износа шин и дорожного покрытия. Интенсивность выбросов зависит от числа машин и режима движения. При большом потоке транспорта примеси могут накапливаться рядом с дорогой.
2. Котельная сжигает топливо, поэтому возможны выбросы оксидов азота, а при некоторых видах топлива — оксидов серы и дыма. Их состав зависит от топлива и оборудования. Если установлены очистные устройства, часть загрязнителей задерживается, но выбросы всё равно нужно контролировать.
3. Проверим ответ: автомагистраль и котельная — источники, а смог и ухудшение самочувствия — возможные последствия загрязнения. Не следует без данных утверждать, что именно один из объектов вызвал конкретный эффект. Для этого нужны сведения о выбросах, погоде и качестве воздуха.

Ответ. Вероятные источники — транспорт на автомагистрали и сжигание топлива в котельной. Они могут выделять разные сочетания газов, частиц и дыма; точный состав зависит от двигателей, топлива и очистки выбросов.

Задача 2. В районе участились кислотные осадки; нужно назвать вероятные выбросы и объяснить их превращение. Начнём с веществ, способных участвовать в образовании кислотных соединений, а затем проследим путь от выброса до осадков. Это позволяет не сводить явление к одному предприятию или одному загрязнителю. Перенос воздушными массами также важен: источники могут находиться не в самом районе.

1. Назовём оксиды серы и азота. Они могут поступать в атмосферу, например, при сжигании топлива на предприятиях, электростанциях и в двигателях. Их наличие ещё не означает, что кислотные осадки обязательно выпадут именно рядом с источником.
2. В атмосфере оксиды вступают в реакции с водой и другими веществами, образуя кислые соединения. Затем загрязнённые воздушные массы переносятся ветром. Состав осадков формируется в ходе этих превращений, а не появляется сразу при выходе газов из трубы.
3. Кислые соединения попадают на поверхность с дождём, снегом или другими осадками. Для проверки версии нужно сопоставить данные о выбросах и качестве осадков, учитывая направление переноса воздуха. Так можно оценить вклад разных источников.

Ответ. Участившимся кислотным осадкам могли способствовать выбросы оксидов серы и азота. В атмосфере они превращаются в кислые соединения, которые переносятся и выпадают с осадками.

Задача 3. Для промышленного города требуется предложить комплекс мер и объяснить, какие источники и последствия затрагивает каждая из них. Сначала выделим основные места образования выбросов: заводы, энергетические установки и транспорт. Затем подберём действия на разных этапах — до выброса, при его очистке и после, когда нужно оценить состояние воздуха. Комплекс важен, потому что одна мера не устраняет все причины загрязнения.

1. Сократить загрязнение у источника: модернизировать оборудование, повышать энергоэффективность и переходить на более чистые технологии и топливо. Это уменьшает образование газов и частиц на предприятиях и в энергетике. Для транспорта дополнительно полезно снижать выхлопы и развивать более чистые способы передвижения.
2. Установить и обслуживать фильтры и другие системы очистки газов. Они снижают поступление частиц или отдельных газов в атмосферу, но не отменяют необходимости уменьшать сами выбросы. Эффективность оборудования следует регулярно проверять.
3. Организовать контроль выбросов предприятий и наблюдение за качеством воздуха в городе. Измерения помогают обнаружить опасные уровни загрязнителей, определить районы, где они накапливаются, и оценить, работают ли меры. При ухудшении обстановки жителей нужно своевременно информировать.
4. Согласовывать действия с соседними территориями и странами, если загрязнение переносится воздушными массами. Такое сотрудничество помогает обмениваться данными и сокращать трансграничные выбросы. Результат оценивают по изменениям выбросов и качества воздуха, а не только по факту установки оборудования.

Ответ. Городу нужны сокращение выбросов у источников, очистка газов, более чистые технологии и транспорт, постоянный контроль и сотрудничество с соседними территориями. Эти меры уменьшают образование загрязнителей, ограничивают их поступление в воздух и позволяют проверить, снизились ли риски для людей и экосистем.

Типичные ошибки

Ошибка — считать опасным любое изменение состава воздуха. Её допускают, потому что само слово «загрязнение» звучит как указание на вред, хотя риск зависит от вещества, концентрации и времени воздействия. Проверяй себя вопросами: какая примесь обнаружена, какова её концентрация и как долго длится контакт? Без этих данных нельзя автоматически заключить, что изменение обязательно опасно.

Ошибка — смешивать усиление парникового эффекта с разрушением озонового слоя. Оба явления связаны с атмосферой и деятельностью человека, поэтому их легко объединить в одну проблему, но механизмы у них разные. Парниковые газы удерживают тепловое излучение, а уменьшение озона в стратосфере ослабляет защиту от ультрафиолета. Проверь себя: речь идёт об изменении климата или о росте ультрафиолетового воздействия?

Ошибка — объяснять кислотные осадки одним веществом или одним источником. Так думают, когда связывают загрязнение с ближайшей трубой, не учитывая химические превращения и перенос воздушными массами. В образовании кислых соединений обычно участвуют оксиды серы и азота, причём источники могут быть разными и удалёнными. Проверь причинную цепочку: выбросы, реакции в атмосфере, перенос и выпадение осадков.

Ошибка — полагать, что очистка выбросов после их образования полностью решает проблему. Очистные установки действительно задерживают часть примесей, но они не всегда удаляют все загрязнители и не сокращают их образование. Поэтому нужно одновременно уменьшать выбросы у источника, очищать газы и контролировать результат. Проверь решение: предусмотрены ли в нём меры до выброса, очистка и оценка качества воздуха?

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания о составе атмосферы, круговоротах веществ и влиянии факторов среды на живые организмы: они помогают проследить путь загрязнителей и оценить последствия. Тема связана с экологическими последствиями деятельности человека, изменением климата и охраной здоровья населения. Эти связи показывают, что состояние воздуха зависит и от локальных источников, и от процессов планетарного масштаба. Полученные знания пригодятся при изучении глобальных экологических проблем, устойчивого развития и природоохранных мер.

Что запомнить

• Источники загрязнения атмосферы бывают природными и антропогенными.
• Опасность загрязнителя зависит не только от его наличия, но и от концентрации и продолжительности воздействия.
• Перенос воздушных масс способен распространять загрязнение за пределы места выброса.
• Кислотные осадки связаны с превращениями оксидов серы и азота в атмосфере.
• Усиление парникового эффекта и разрушение озонового слоя — разные экологические процессы.
• Охрана атмосферы включает сокращение выбросов, очистку газов и контроль качества воздуха.