Загрязнение атмосферы

2. Загрязнение атмосферы.

Наиболее распространенные загрязнители атмосферы посту­пают в нее в основном в двух видах: либо в виде взвешенных частиц (аэрозолей), либо в виде газов. По массе львиную долю — 80—90 процентов — всех выбросов в атмосферу из-за деятельности человека составляют газообраз­ные выбросы. Среди них главное место занимают химические соеди­нения углерода, серы и азота.

Углекислый газ. В первой части мы уже рассматривали углекислый газ (двуокись углерода). В резуль­тате сжигания топлива, а также производства цемента в атмосферу поступает огромное количество этого газа. Например, в 1984 году в атмосферу было выброшено 19,5 миллиарда тонн углекислого газа. Сам этот газ не ядовит (некоторые специалисты считают даже, что он необходим для дыхания). Он нахо­дит широкое применение в быту (газированная вода, «сухой лед» и т. п.). Его экологическая роль заключается во влиянии на климат через парниковый эффект.

Угарный газ. Сжигание топлива, которое создает большую часть газообразных, да и аэрозольных загрязнений атмосферы, служит источником другого углеродного соединения — угарного газа (окиси углерода). Он ядовит, причем его опасность усугубляется тем, что он не имеет ни цвета, ни запаха, и отравление им может произойти совершенно незаметно. Его ядови­тые свойства объясняются тем, что он жадно поглощается гемоглоби­ном крови и вместо кислорода переносится от легких к различным тканям, что ведет к кислородному голоду и гибели организма.

Выше говорилось, что очень малые концентрации составля­ющих смесей принято выражать через миллионные или миллиард­ные доли некоторого объема (реже — в долях массы) и обозначать чнм или чнб, что означает одну часть на миллион или на биллион (мил­лиард). Так вот, при концентрации угарного газа в 100 чнм возникает ощущение вялости, головная боль, головокружение, а концентрация в 1000 чнм (или 0.1 процента) быстро приводит к смерти человека. В естественных условиях концентра­ция этого газа в воздухе состав­ляет 0,1—0,2 чнм (в Северном полушарии 0,2, в Южном — 0,06 чнм). В городах эта концентрация колеблется от 1 до 140 чнм (в сред­нем 20 чнм), в крупных городах на оживленных перекрестках в часы пик она нередко может превышать 100 чнм, а в лондонских транспорт­ных туннелях отмечались концент­рации до 295 чнм.

В настоящее время в результате деятельности человека в атмос­феру поступает около 300 миллио­нов тонн угарного газа в год (в 1968 году в атмосферу его было выброшено 257 миллионов тонн). Причем 70—75 процентов выбросов соз­дается сжиганием бензина в двига­телях внутреннего сгорания, около 10 процентов сжиганием угля и дров, примерно столько же сжига­нием бытовых отходов и около 5 процентов лесными пожарами. Некоторая часть угарного газа соз­дается технологическими потерями в промышленности (например, металлургической, нефтеперера­батывающей, химической).

Немалое количество угарного газа поступает в атмосферу и из естественных источников. Точно определить это количество трудно, так что имеющиеся оценки суще­ственно расходятся (от 90 до 30 процентов). Основные естествен­ные источники — это прежде всего вулканы, а также разложение орга­нического вещества в придонных илах стоячих водоемов, электри­ческие разряды в атмосфере, био­логические процессы в океане, естественные лесные пожары и, наконец, окисление так называе­мых терпенов — выделяемых рас­тительностью (главным образом вечнозеленой тропической) лету­чих органических продуктов ее жизнедеятельности.

Болотный газ. Значительную долю атмосферного загрязнения составляют углеводороды — орга­нические вещества, состоящие из углерода и водорода. Из естествен­ных источников в атмосферу посту­пают прежде всего метан, простей­ших из углеводородов, состоящий из одного атома углерода, и четы­рех атомов водорода, и упоминав­шиеся выше терпены. Основные источники метана — деятельность микроорганизмов при захоронении органического углерода без доступа воздуха, например, на дне болот (поэтому его иногда назы­вают болотным газом), в насыщен­ных водой почвах, в пищеварительных органах жвачных животных. Некоторое количество метана (около 30 процентов) поступает из антропогенных источников, напри­мер. при добыче природного газа (в нем до 97 процентов метана), нефти, угля (известны многочи­сленные случаи накопления метана в угольных шахтах), а также при сжигании растительной массы (для обогрева или же при сельско­хозяйственных работах). В послед­ние десятилетия поступление метана в атмосферу росло со ско­ростью 1,1 процента в год и в насто­ящее время составляет, по недавним оценкам, около 400—-500 миллионов тонн в год. С такой же ско­ростью росло и его содержание в атмосфере, которое в средних широтах Северного полушария оце­нивается в 1,7 чнм. Для такого роста атмосферного содержания метана достаточно 11—12 процен­тов его нынешних источников, остальные 88—89 процентов уда­ляются из атмосферы (считается, что основным механизмом удале­ния метана является его окисле­ние, а также его разложение почвенными микроорганизмами).

В последнее время роль различ­ных источников метана измени­лась. В 1940-х годах на первом месте стояли болота и заболочен­ные местности, а в 1980-х годах этот источник ослабел, и переме­стился на четвертое место, уступив место затопляемым полям для воз­делывания риса («чекам»), живот­новодству и сжиганию биомассы налицо влияние деятельности человека.

Терпены, непрерывно выделя­емые в атмосферу деревьями и другими растениями, поступают в атмосферу приблизительно в таком же количестве, что и метан, то есть около 400 миллионов тонн в год (хотя некоторые оценки дости­гают 1000 миллионов тонн). Эти вещества очень активны, особенно в присутствии озона. Считается, что именно они создают атмосфер­ную дымку, часто наблюдаемую на суше вдалеке от промышленных источников загрязнения. Многие читатели наверняка наблюдали голубоватую дымку и ощущали запах озона в утреннем, освещен­ном солнцем сосновом бору.

Углеводороды, поступающие в атмосферу в результате деятель­ности человека, составляют небольшую долю от углеводородов естественного происхождения, но загрязнение ими имеет весьма важ­ное значение в густонаселенных районах. В 1970 году в США было выброшено в атмосферу около 35 миллионов тонн углеводородов (в течение нескольких предшеству­ющих лет роста почти не происхо­дило), а глобальный выброс в тот же период оценивается в 90 мил­лионов тонн в год. Их поступление в атмосферу может происходить на любой стадии производства, обра­ботки, хранения, перевозки и использования веществ и материалов, содержащих углеводороды. Так, уже при добыче нефти проис­ходит утечка попутного нефтяного газа, испарение легких фракций нефти, неполное сгорание в газо­вых факелах. Более половины углеводородов, производимых человеком, поступает в воздух в результате неполного сгорания бензина и дизельного топлива при эксплуатации автомобилей и дру­гих средств транспорта. Виной тому не только конструктивные недо­статки двигателей, но и экологи­ческая безграмотность многих автомобилистов, не утруждающих себя регулировкой двигателей. Особенно неприятны выбросы плохо отрегулированных дизель­ных двигателей; в них имеется большое количество сложных циклических и ароматических угле­водородов, являющихся канцеро­генными веществами.

Такие опасные для человека и животных вещества образуются при сжигании угля, нефти, быто­вого мусора и даже при изготовле­нии на открытом огне шашлыков и при курении. Немало углеводоро­дов поступает в атмосферу от химических заводов, при испарении различных растворителей в быту, изготовлении и использовании синтетических красок, при разливах бензина на бензоколонках. При определенных условиях высокая концентрация углеводородов может привести к образованию так называемого фотохимического смога с ядовитыми веществами, вызывающими раздражение и заболевания дыхательных путей и глаз у людей и губящими расти­тельность.

Сернистый газ. Загрязнение атмосферы соединениями серы имеет важные экологические последствия. В атмосферу посту­пают главным образом сернистый газ и сероводород. В последнее время начинают привлекать внима­ние и другие соединения серы, образующиеся в результате микро­биологических процессов. Главные естественные источ­ники сернистого газа — вулкани­ческая деятельность, а также про­цессы окисления сероводорода и других соединений серы. По неко­торым расчетам, вследствие вул­канической деятельности в атмо­сферу ежегодно попадает около 4 миллионов тонн сернистого газа. Но гораздо больше — около 200— 215 миллионов тонн сернистого газа — образуется из сероводоро­да, который поступает в атмосферу при разложении органического вещества.

Промышленные источники серни­стого газа по интенсивности давно превзошли вулканы и сейчас срав­нялись с суммарной интенсивно­стью всех естественных источни­ков. В природе нет ископаемого топлива, которое состояло бы из одних углеводородов. Всегда име­ется примесь других элементов, и один из них — сера. Даже природ­ный газ содержит по крайней мере следы серы. В сырой нефти, в зави­симости от месторождения, содер­жится от 0,1 до 5,5 процента серы, а уголь содержит от 0,2 до 7 про­центов серы. Поэтому сжигание топлива дает 80—90 процентов всего антропогенного сернистого газа, причем больше всего (70 про­центов и более) дает сжигание угля. Остальные 10—20 процентов приходятся на выплавку цветных металлов и производство серной кислоты. Сырьем для получения меди, свинца и цинка служат глав­ным образом руды, содержащие большое количество серы (до 45 процентов). Те же самые руды и другие богатые серой минералы служат сырьем для получения сер­ной кислоты.

Сернистый газ очень ядовит, он представляет угрозу здоровью и даже жизни человека и животных, наносит ущерб растительности. В СССР для сернистого газа в атмос­фере предельно допустимые кон­центрации (ПДК) для разового воз­действия — 0,5 миллиграмма на кубометр, средняя за сутки — 0,05, что в перерасчете на объемные концентрации дает 0,17 и 0,017 чнм, соответственно,

Обычная концентрация серни­стого газа в нижней части атмос­феры равна 0,2 чнб. Однако его распределение по земному шару очень неравномерно. По измере­ниям на станциях наблюдения за фоном (мониторинга), расположен­ных в различных районах мира и находящихся в удалении от не­посредственных антропогенных источников этого газа, концентра­ции различаются в десятки и сотни раз. Наибольшие концентрации наблюдаются в Северном полуша­рии, причем максимальных значе­ний они достигают в восточных и центральных районах США, в Цент­ральной Европе (10—14 микрограммов на кубометр, или 3,4—4,8 чнб). В районах, где крупных городов и промышленных центров меньше (запад США, Европейская террито­рия СССР и др.), концентрация сер­нистого газа на порядок меньше (1—4 микрограмма на кубометр, или 0,34—1,37 чнб), а в некоторых более чистых районах, как Кавказ и озеро Байкал, меньше 0,1 микро­грамма на кубометр, или 0,034 чнб. В Южном полушарии концентрация сернистого газа в 1,5—2 раза ниже, чем в Северном, над океаном суще­ственно ниже, чем над контине­нтом, причем над океаном концент­рация увеличивается с высотой, тогда как над континентами она уменьшается,

При концентрации 8—12 чнм сер­нистый газ сильно раздражает дыхательные пути и вызывает кашель, при 20 чнм он раздражает глаза. В присутствии других загряз­нителей, например при наличии аэрозольных частиц, для такого же воздействия достаточно гораздо более низких концентраций серни­стого газа. Это объясняется тем, что совместный эффект двух загрязнителей превосходит сумму воздействий каждого из загрязни­телей, действующих порознь. Именно это произошло во время печально знаменитого сернистого смога 5—9 декабря 1952 года в Лондоне, когда погибли 4 тысячи человек и были зарегистрированы десятки тысяч заболеваний легких и верхних дыхательных путей. Рост ежедневной смертности стал заме­тен, когда содержание сернистого газа достигло 0,20 чнм, а содержа­ние аэрозольных частиц составило 750 микрограммов на кубометр. В дальнейшем эти показатели, а также и смертность продолжали расти, причем смертность увеличи­лась на 20 процентов, когда содер­жание сернистого газа достигло 0,52 чнм, а аэрозолей — 2000 микрограммов на кубометр.

Лондон был, по-видимому, пер­вым из крупных городов мира, кото­рые столкнулись с проблемой загрязнения атмосферы сернистым газом. Известно, что еще в сере­дине XIII века стали раздаваться протесты против использования угля для отопления, но несмотря на королевский запрет, изданный Эдуардом 1 в 1276 году, его потреб­ление в каминах для отопления домов продолжало расти. К этому вскоре прибавилось использование угля в промышленности, и уже в XVIII веке содержание сернистого газа в воздухе над Лондоном часто в несколько раз превосходило сов­ременную предельно допустимую концентрацию. Сохранились свиде­тельства современников о том, что путники, приближавшиеся к Лондону, уже за несколько миль до города чувствовали резкий запах сернистого газа.

Лондонская трагедия 1952 года и аналогичные случаи «смогов-убийц» в других крупных городах (Нью-Йорк, Роттердам и многие другие) сыграли свою роль и во многих промышленно развитых странах побудили принять реши­тельные меры по сокращению выбросов сернистого газа (да и дру­гих загрязнителей). По-видимому, это отразилось и на статистике гло­бальных антропогенных выбросов сернистого газа в атмосферу. После быстрого роста выбросов в 1950-х годах (ежегодный рост составлял 4,6 процента по сравне­нию с 1,2 процента в предыдущее десятилетие, включавшее годы второй мировой войны). Последовало уменьшение темпов роста вдвое (до 2,3 процента в год) в 1960-х годах и дальнейшее умень­шение (до 2 процентов) в 1970— 1980 годах (но это все еще был рост!).

Принятые меры не замедлили сказаться. После издания закона об охране воздуха Большого Лондо­на, замены традиционных угольных каминов бутафорскими (пред­ставьте себе, что означал для анг­личан отказ от традиции!), введе­ния парового отопления и расшире­ния использования электричества смоги, да и обычные туманы в анг­лийской столице стали гораздо более редкими гостями. Их воз­действие теперь никак нельзя сравнивать с убийственным воз­действием смогов 1950—1960-х годов.

В СССР в 1950—1960-х годах проблема загрязнения атмосферы сернистым газом стояла не так остро, как а промышленно разви­тых капиталистических странах. Однако и в нашей стране в те годы можно было заметить тенденцию к ухудшению обстановки. В застой­ный период в отсутствии широкой гласности возобладал ведомствен­ный диктат, результатом которого стало развитие ради развития и полнейшее игнорирование провоз­глашаемых гуманистических прин­ципов, таких, например, как «все на благо человека». Сейчас, с прихо­дом гласности, вдруг стало ясно, что у нас не только неблагополучно с экологической обстановкой, но, по мнению многих авторитетных экологов, мы находимся на пороге национальной экологической ката­строфы. На Съезде народных депу­татов СССР впервые было сказано о наличии в нашей стране неблаго­получных с точки зрения экологии городов. В 1988 году в их список вошли 104 города из 236 городов с населением свыше 100 тысяч чело­век. В этих городах в течение года хотя бы один раз содержание того или иного из загрязнителей было превышено десятикратно, более сложный индекс загрязнения, учи­тывающий не только содержание загрязнителей, но и их динамику, позволяет выделить 68 особенно неблагополучных городов с сум­марным населением в 43 миллиона человек. В этих городах (например, в Нижнем Тагиле) так дальше жить уже невозможно.

В СССР выбрасывается в воздух ежегодно около 23 миллионов тонн сернистого газа, что составляет приблизительно десятую долю от глобального выброса этого газа и около четверти от всех выбросов вредных веществ в атмосферу в нашей стране.

Для растений сернистый газ ядо­вит при содержании 2—3 чнм (или 6—9 миллиграммов на кубометр), но хронические повреждения наступают уже при 0.03 чнм (0,09 миллиграмма на кубометр). При больших концентрациях сернистого газа происходит быстрое отмира­ние листьев и гибель всего расте­ния. Хронические повреждения при длительном воздействии малых концентраций сернистого газа выражаются в накоплении вредных веществ в тканях растения, разру­шении хлорофилла, снижении интенсивности фотосинтеза, нару­шении роста, снижении урожая. Сернистый газ нарушает водный обмен у растений, вызывает опадание листьев, усыхание молодых побегов. Особенно чувствительны окисляется до серного ангидрида, который жадно соединяется с водой или слабыми водными рас­творами облачных или дождевых капель и образует сульфатные аэрозольные частицы. Их время пребывания в нижней атмосфере несколько больше, чем у серни­стого газа.

Аммиак и окислы азота. Третий по массе и по значению вид газо­образного загрязнения атмосферы образуют соединения азота — аммиак, закись азота, окись азота и двуокись, или перекись, азота. Два первых газа имеют в основном естественное происхождение, и мы не будем здесь на них останавли­ваться.

Главные азотсодержащие загрязнители атмосферы — окись и перекись азота. Оба газа ядовиты. Окись азота поступает в атмос­феру в результате жизнедеятель­ности микроорганизмов и горения. Естественные источники дают около 450 миллионов тонн в год, антропогенные — вдесятеро мень­ше. Основным антропогенным источником является высокотем­пературное сжигание ископаемого топлива, прежде всего в двигате­лях внутреннего сгорания и дизе­лях. В атмосфере окись азота довольно быстро окисляется в дву­окись, которая также образуется при горении. Некоторая доля дву­окиси образуется при вулканичес­кой деятельности и электрических разрядах в верхних слоях атмосфе­ры.

Средняя концентрация окиси азота достигает 2 чнб (3 микро­грамма на кубометр), двуокиси азота — 4 чнб (6 микрограммов на кубометр). В крупных промышлен­ных центрах их концентрация уве­личивается в 10—100 раз. Так, например, в пяти крупных городах США, расположенных в промыш­ленном поясе северо-востока и Среднего Запада, средняя годовая концентрация двуокиси азота составляла 30—50 чнб (60—100 микрограммов на кубометр), а среднегодовое значение максиму­мов — 140—260 чнб (290—530 микрограммов на кубометр.

Окислы азота в атмосфере при­водят к образованию коричнева­того смога, чему, как правило, спо­собствует присутствие Других загрязнителей — сернистого газа, углеводородов, а также местные метеорологические и топографи­ческие условия. Такие смоги нано­сят ущерб здоровью людей, в част­ности вызывают раздражение глаз и губят городскую растительность.

Окислы азота в облаках и тума­нах соединяются с водой, образуя капельки разбавленной азотной кислоты или ее солей. Часть из них превращается в твердые аэрозоль­ные частицы, которые осаждаются на поверхности почвы и воды, дру­гая вымывается из атмосферы дождями, так что кислые дожди бывают как сернокислыми, так и азотнокислыми.

Почти 90 процентов окислов азо­та, попадающих в атмосферу в результате деятельности челове­ка, образуется в результате сгора­ния топлива в автомобильных дви­гателях (более 50 процентов) или в топках теплоцентралей и тепловых электростанций. Большой вклад вносит также сжигание твердых отходов — бытовых, промышлен­ных и сельскохозяйственных, лес­ные пожары. Источником окислов азота служат также ряд отраслей промышленности, в их числе произ­водство азотной кислоты, мине­ральных удобрений, искусственных волокон и т. д.

 Аэрозоли. Количество аэрозоль­ных частиц, поступающих в атмос­феру из естественных источников, оценивается в 700—-2200 миллио­нов тонн в год, из искусственных источников пока что впятеро меньше — 185—415 миллионов тонн в год.

Процессы образования аэрозо­лей весьма разнообразны. Это пре­жде всего раздробление, размель­чение и распыление твердых веществ. В природе такое происхо­ждение имеет минеральная пыль, поднимаемая с поверхности пустынь во время пыльных бурь. В северной части тропической Атлан­тики, куда выносится сахарская пыль пассатными ветрами, атмос­фера бывает настолько замутнен­ной, что солнце при восходе или закате оказывается невидимым довольно высоко над горизонтом. Этот источник атмосферных аэро­золей имеет глобальное значение, так как пустыни занимают около трети поверхности суши, да еще имеется тенденция к увеличению их доли из-за неразумной деятель­ности человека. Минеральная пыль с поверхности пустынь переносится ветром на многие тысячи киломе­тров. Так, например, отмечалось выпадение больших количеств сахарской пыли в Англии, а также и на противоположной стороне Атлантического океана — на острове Барбадос.

Аналогично проявляется вулка­нический пепел, попадающий в атмосферу во время извержений вулканов. Хотя крупные изверже­ния происходят сравнительно редко и нерегулярно, вследствие чего этот источник аэрозоля по массе значительно уступает пыль­ным бурям, его значение весьма велико, так как этот аэрозоль забрасывается в верхние слои атмосферы — в стратосферу. Оста­ваясь там в течение нескольких лет, он отражает или поглощает часть солнечной энергии, которая могла бы в его отсутствие достичь поверхности Земли.

Источниками аэрозолей явля­ются также технологические про­цессы хозяйственной деятельности людей. Мощный источник мине­ральной пыли — промышленность строительных материалов. Добыча и дробление пород в карьерах, их транспортировка, производство цемента, само строительство — все это загрязняет атмосферу мине­ральными частицами. Например, для получения тонны цемента тре­буется тонко размолоть около 3 тонн исходной породы, а ведь в мире производится не менее полу­миллиарда тонн цемента! В 1983 году только социалистические страны и 6 главных капиталисти­ческих стран произвели 460 мил­лионов тонн цемента. Одна только цементная промышленность произ­водит ежегодно около 7 миллионов тонн аэрозолей. Мощный источник твердых аэро­золей — горнодобывающая про­мышленность, в особенности при добыче угля и руд в открытых карь­ерах. В них на больших площадях снимается верхний почвенный слой вместе с растительностью, и обна­жившиеся породы становятся без­защитными перед термическим и ветровым разрушением. Сама добыча, которая состоит, собствен­но, в погрузке угля или руды экска­ваторами на железнодорожные платформы, является источником огромных количеств пыли, загряз­няющей воздух и местность на мно­гие километры вокруг. Этот способ добычи угля или руды кажется наи­более дешевым, но при оценке его рентабельности не учитывается деградация окружающей среды. Но и добыча в шахтах и рудниках — также источник аэрозолей, поскольку около них образуются горы пустой породы (терриконы), разрушаемые ветром и водой. Много аэрозолей вносят в атмос­феру черная металлургия с ее огромными объемами руды и кокса, цветная металлургия с обогати­тельными фабриками, производ­ство и применение минеральных удобрений и пестицидов и так далее.

Аэрозоли попадают в атмосферу при разбрызгивании растворов. Естественный источник таких аэро­золей — океан, поставляющий хлоридные и сульфатные аэрозоли, образующиеся в результате испа­рения морских брызг, в количестве около миллиарда тонн в год, то есть около 40 процентов всего аэрозоля, поступающего в атмос­феру. Впрочем, вклад от челове­ческой деятельности здесь неве­лик.

Еще один мощный механизм образования аэрозолей — это кон­денсация веществ во время горения или неполное сгорание из-за недостатка кислорода или низкой температуры горения. Так, напри­мер, образуются частицы сажи при сжигании угля и других топлив. В природе главный источник таких аэрозолей — это лесные пожары, люди же добавляют аэрозоли при сжигании угля, нефти, древесины, отходов; аэрозоли поставляют дым металлургических заводов и т. п. В сумме это дает 2—3 процента от общего поступления аэрозолей в атмосферу. При горении образу­ются также газы — сернистый, оки­слы азота, выброс которых, как говорилось выше, приводит к воз­никновению сульфатных и нитрат­ных аэрозолей. Этот вторичный источник аэрозолей вместе с аэро­золями, образующимися из терпе­нов, углеводородов и т.п., дает около 8 процентов общего посту­пления в атмосферу.

Аэрозоли удаляются из атмос­феры тремя путями: сухим осажде­нием под действием тяжести (глав­ный путь для крупных частиц), оса­ждением на препятствиях и вымыванием осадками.

Все сказанное выше приводит к тому, что размеры, состав, хими­ческие и физические свойства аэрозолей весьма разнообразны. Например, их размеры (радиусы) варьируют в основном в миллион раз — от тысячных долей до тысяч микрон (т. е. миллионных долей метра).

Аэрозольное загрязнение. Аэрозоли,  во-первых, воздей­ствуют на погоду и климат: опти­чески активные частицы с ради­усами от 10^-1 до 10¹ микронов вносят основной вклад в замутненность атмосферы; частицы с радиусами от 10^-2 до 102 микро­нов служат ядрами конденсации влаги и способствуют образованию облаков и туманов, дождя и снега. портят здоровье людей. В течение суток через легкие человека про­ходит 12—14 кубометров воздуха. Концентрация аэрозоля в чистом воздухе составляет 10—12 микро­граммов на кубометр, в промыш­ленных городах вдесятеро, а ино­гда и в несколько десятков раз больше. Даже если учесть, что крупные частицы задерживаются в носовой полости, а очень мелкие возвращаются с выдыхаемым воз­духом, то и тогда в легких жителя промышленного центра ежесуточно может оседать 1 миллиграмм аэро­золей. Химически неактивные аэрозоли накапливаются в легких и ведут к их повреждениям. Обыч­ный кварцевый песок и другие силикаты — слюды, глины, асбест, тальк и др., накапливаясь в легких, могут приводить к таким заболева­ниям, как силикоз и даже рак лег­ких. Частыми оказываются хрони­ческие бронхиты, эмфизема лег­ких, астма и другие аллергические заболевания. Химически активные аэрозоли, а среди них немало ядо­витых, наносят вред не только лег­ким, но и проникают в кровь, при­водя к заболеванию сердечно­сосудистой системы и печени.

Выше уже говорилось о действии кислых туманов, раздражающем слизистые оболочки, глаза и кожу. В некоторых случаях аэрозоль может оказывать на человека и психологическое действие: непри­ятные ощущения вызывают некото­рые запахи, ухудшение видимости, загрязнение одежды смолистыми или сажистыми аэрозолями. Устра­нение ущерба, наносимого аэрозо­лями, иногда требует значительных затрат.

Тяжелые металлы. Промышлен­ные дымы содержат не только сажу, но и множество других вред­ных веществ. Производство черных металлов сопровождается не только выбросами сернистого газа и окиси железа, но и таких ядови­тых веществ, как сурьма, свинец, мышьяк, пары ртути. В еще боль­ших количествах ядовитые тяже­лые металлы поступают в атмос­феру из предприятий цветной металлургии. Они составляют половину источников поступления в атмосферу меди и цинка. Сжига­ние топлива дает 85 процентов выбросов в атмосферу ванадия, 98 — кобальта, 80 — сурьмы, 77 — никеля, 50 процентов селена. С выхлопами автомобилей выбрасывается 250—300 тысяч тонн свин­ца, который с 1924 года использу­ется в примеси к бензину (в виде тетраэтилсвинца) как антидетона­тор. Уже в 1940 году его содержа­ние в образцах материкового льда Гренландии превысило допусти­мую норму в 175 раз, а в 1966 году норма была превышена в 500 раз!

Больше всего это отношение у свинца: 17,5: его выбрасывается в атмосферу много больше Других металлов и в абсолютном выраже­нии — около трети миллиона тонн в год. Затем идут четыре элемента, которые поступают в атмосферу из-за человеческой деятельности вдвое больше, чем от естественных источников: это кадмий, цинк, мышьяк и никель.

Радиоактивность. Что бы ни говорилось об якобы обеспеченной экологической чистоте ядерной энергетики, возможность загрязнения окружающей среды существует практически на всех этапах произ­водства как ядерной энергии, так и ядерного оружия, причем сейчас мы говорим о контролируемых тех­нологических процессах, хотя наи­больший ущерб могут причинить аварии на предприятиях атомной промышленности. Правда, вероят­ность таких аварий, по расчетам специалистов, мала. Вероятность крупной аварии с повреждением противоаварийной оболочки реак­тора в 1975 году была оценена спе­циалистами США как один раз за миллион лет. Однако последствия таких аварий могут быть настолько ужасными, что даже эта малая вероятность не может успокоить общественность всех стран. И это доказала самая большая за исто­рию атомной энергетики ката­строфа на Чернобыльской АЭС.

Естественная радиоактивность, интенсивность которой в специфи­ческих, выработанных физиками единицах, оценивается в 10—20 микрорентген в час, создается в атмосфере двумя источниками. Во-первых, это выделение радиоак­тивных газов из минералов земной коры. Таково происхождение газа радон-222, который имеет период полураспада в 3,8 суток, и совсем уже короткоживущего торона, он же радон-220: период его полурас­пада 54 секунды. Во-вторых, это воздействие космических лучей на атмосферные газы, приводящее к образованию радиоактивных изо­топов — трития (водород-З), углерода-14, бериллия-7 и некоторых других.

Рентген (Р) — это количество рентгеновского, или гамма-излуче­ния, которое путем ионизации соз­дает в воздухе некоторый опреде­ленный электрический заряд (2,58-10^-4 кулонов на килограмм). Употребляется также единица рад— это доза радиации, равная энергии 10 мДж, поглощенной кило­граммом облученного вещества. Используется и биологический эквивалент рентгена (бэр); он равен дозе ионизирующего излуче­ния, дающей такой же биологиче­ский эффект, что и рентгеновское излучение в один рентген. Отноше­ние между бэром и радом для рент­геновского и гамма-излучения и электронов равно единице, для медленных нейтронов — трем, для альфа-частиц, быстрых нейтронов и протонов—десяти, для осколков деления урана — двадцати. Это отношение характеризует относи­тельную биологическую эффектив­ность соответствующего вида излу­чения.

Уже при добыче сырья на урано­вых или ториевых шахтах, как и при добыче обычной руды, образуется много пыли, но эта пыль радиоак­тивна. Она и выделяющиеся радио­активные газы могут оказаться в атмосфере при вентилировании шахт. На обогатительных фабриках урановая руда дробится и распыля­ется, и в воздух может попадать не только радиоактивная пыль, но и ядовитые вещества: ванадий, мышьяк, селен и др. Далее кон­центрат урановой руды растворя­ют, при этом в атмосферу могут выделяться радиоактивные пары, или обрабатывают фтором с обра­зованием и возгонкой шестифтори­стого урана. В дальнейшем это радиоактивное и крайне ядовитое вещество прогоняется по длинным трубам с фильтрами (метод газовой диффузии) или центрифугируется для отделения ядерного топлива — урана-235. Естественно, что веро­ятность просачивания ядовитого и радиоактивного шестифтористого урана через многочисленные сое­динения труб при всем этом довольно велика. Изготовление топливных элементов для атомных электростанций, включающее механическую и тепловую обра­ботку ядерного топлива, осущест­вляется в герметических помеще­ниях с помощью дистанционно управляемых манипуляторов. Тем не менее вероятность попадания радиоактивности в окружающую среду имеется и здесь.

Вероятность радиоактивного загрязнения окружающей среды при нормальной работе атомных электростанций невелика, но аварии, как упоминалось выше, могут иметь катастрофические последствия. По данным междуна­родной организации (МАГАТЭ), за 15 лет с 1971 по 1985 год прои­зошла 151 авария в 14 странах, то есть ежегодно происходило не менее 10 аварий. Крупных аварий за 30 лет насчитывается три. В 1957 году на АЭС в Уиндскейле (Великобритания) в результате ошибки обслуживающего персо­нала произошел выброс воздуха, содержащего радиоактивные изо­топы йода, цезия и стронция. Активность выброшенных веществ составила около 21 000 Кюри. Произошло загрязнение местности. На территории в 500 квадратных километров в течение 3—6 недель была запрещена продажа молока, поскольку оно оказалось заражен­ным радиоактивным йодом. (Сум­марная активность радиоактивного вещества измеряется числом рас­падов атомов в секунду. Единицей является беккерель (Бк), равный одному распаду в секунду. Приме­няется также старая единица — Кюри (Ки) (37 миллиардов Бк).

Самая крупная авария (актив­ность выброса 50 миллионов Кюри) на Чернобыльской АЭС в 1986 году привела к гибели и потере здо­ровья многих людей, полностью выключила из хозяйственной деятельности, можно сказать, из жизни, огромную территорию, нане­сла большой материальный урон. Дополнительные последствия, которые могут проявиться в буду­щем, сейчас еще невозможно оце­нить.

Использованное на атомных электростанциях топливо, в кото­ром содержится большое количе­ство различных радиоактивных веществ, может быть использовано повторно, если отделить от этих веществ оставшийся уран. Это делается на специальных заводах, где отработанное топливо подвер­гается механической и химической переработке. При этом в атмос­феру могут выбрасываться радио­активные газы: криптон-85 (период полураспада 10,6 года), йод-131 (8,1 суток), рутений-103 (40 суток) и рутений-106 (один год).

Нельзя сбрасывать со счетов радиоактивное загрязнение воз­духа на заводах ядерного оружия, которые все еще продолжают производить свою смертоносную продукцию, а также при транспор­тировании сырья, готовых изделий или отходов и при подземных испы­таниях ядерного оружия. Недавно стало известно о взрыве храни­лища радиоактивных отходов на заводе под Челябинском, произо­шедшем в 1957 году. При аварии произошел выброс отходов с актив­ностью около 2 миллионов Кюри, и хотя 90 процентов ее осталось в пределах завода, загрязненной (в основном изотопом стронций-90) оказалась территория размерами примерно 300х10 километров.

Естественная радиоактивность дает каждому человеку в течение жизни дозу в 5—10 бэр. Это облу­чение наряду с другими факторами ответственно за современный «нормальный» уровень мутаций и раковых заболеваний. Логично думать, что любое дополнительное облучение увеличит вероятность этих мутаций и заболеваний. Поэтому некоторые ученые спра­ведливо считают, что (с точки зре­ния прежде всего генетических последствий) безопасного уровня радиации вообще не существует.

Загрязнение воздуха внутри помещений. Говоря о загрязнении атмосферы, нельзя не коснуться качества воздуха в жилых и иных помещениях. Исследования пока­зывают, что и здесь есть основания для тревоги. Имеются данные, что в современных помещениях воздух может быть в 100 раз токсичнее, чем наружный воздух даже в насы­щенных промышленными предпри­ятиями городах. А ведь люди до 90 процентов своего времени, как пра­вило, проводят в помещениях.

В воздухе замкнутых помещений может находиться, по существу, весь известный спектр загрязните­лей, кроме, быть может, озона. Прежде всего следует сказать о радоне, выделяющемся из земных недр. На открытом воздухе он обычно не представляет какой-либо опасности. Однако при нали­чии самых незначительных трещин в фундаменте зданий в условиях плохой вентиляции его концентра­ция в воздухе помещений может достигать опасного уровня. Так, проведенное в США обследование показало, что примерно в 8 мил­лионах домов концентрация радона превышает безопасный уровень. В ряде случаев была зафиксирована концентрация, при которой рабочие урановых предприятий должны пользоваться респираторами. Источниками токсичных веществ в воздухе помещений могут быть некоторые строительные и отде­лочные материалы. Например, асбоцементные листы или выделя­ющие формальдегид декоративные панели), тепло- и электроизоля­ционные материалы (тот же асбест, поливинилхлорид, полихлорбифенилы и другие органические соеди­нения), различные синтетические клеи и т. д. Другие источники — это всевозможные препараты, приме­няемые в быту (например, краски и растворители, пестициды, освежители воздуха). Наконец, нельзя не сказать о наружных загрязнителях, таких, как пыль, выхлопные газы, которые так или иначе проникают и задерживаются внутри помещений.