Теплове забруднення биосфери
Одна з найважливіших складових біосфери - атмосфера. Людина забруднює атмосферу вже тисячоліттями, однак наслідки вживання вогню, яким вона користувався весь цей період, були незначні. Доводилося миритися з тим, що дим заважав диханню й що сажа лягала чорним покривом на стелю й стіни житла. Одержуване тепло було для людини важливіше, ніж чисте повітря й незакінчені стіни печери. Це початкове забруднення повітря не представляло проблеми, тому що люди жили тоді невеликими групами, займаючи безвимірно велике недоторкане природне середовище. І навіть значне зосередження людей на порівняно невеликій території, як це було в класичній стародавності, не супроводжувалося ще серйозними наслідками.
Так було аж до початку дев'ятнадцятого століття. Лише за останні сто років розвиток промисловості "обдарував" нас такими виробничими процесами, наслідки яких спочатку людина ще не могла собі представити. Виникли міста-мільйонери, ріст яких зупинити не можна. Все це результат великих винаходів і завоювань людини.
В основному існують три основних джерела забруднення атмосфери: промисловість, побутові котельні, транспорт. Частка кожного із цих джерел у загальному забрудненні повітря сильно різниться залежно від місця. Зараз загальновизнано, що найбільш сильно забруднює повітря промислове виробництво. Джерела забруднень - теплоелектростанції, які разом з димом викидають у повітря сірчистий і вуглекислий газ; металургійні підприємства, особливо кольорової металургії, які викидають у повітря оксиди азоту, сірководень, хлор, фтор, аміак, сполуки фосфору, частинки й сполуки ртуті й миш'яку; хімічні й цементні заводи. Шкідливі гази попадають у повітря в результаті спалювання палива для потреб промисловості, опалення осель, роботи транспорту, спалювання й переробки побутових і промислових відходів. Атмосферні забруднювачі поділяють на первинні, поступаючи безпосередньо в атмосферу, і вторинні, що є результатом перетворення останніх. Так, сірчистий газ, що надходить в атмосферу, окисляється до сірчаного ангідриду, що взаємодіє з парами води й утворює крапельки сірчаної кислоти. При взаємодії сірчаного ангідриду з аміаком утворюються кристали сульфату амонію. Подібним чином, у результаті хімічних, фотохімічних, фізико-хімічних реакцій між забруднюючими речовинами й компонентами атмосфери, утворяться інші побічні речовини. Основним джерелом пірогенного забруднення на планеті є теплові електростанції, металургійні й хімічні підприємства, котельні установки, що споживають більше 70% добуваємого щорічно твердого й рідкого палива. Основними шкідливими домішками пірогенного походження є:
а) Оксид вуглецю. Виходить при неповному згорянні вуглецевих речовин. У повітря він попадає в результаті спалювання твердих відходів, з вихлопними газами й викидами промислових підприємств. Щорічно цього газу надходить в атмосферу не менш ніж 1250 млн.т. Оксид вуглецю є сполукою, що активно реагує зі складовими частинами атмосфери й сприяє підвищенню температури на планеті, і створенню парникового ефекту.
б) Сірчистий ангідрид. Виділяється в процесі згоряння сірковмісного палива або переробки сірчистих руд (до 170 млн.т. у рік). Частина сполук сірки виділяється при горінні органічних залишків у гірничорудних відвалах. Тільки в США загальну кількість викинутого в атмосферу сірчистого ангідриду склало 65 % від загальносвітового викиду
в) Сірчаний ангідрид. Утвориться при окислюванні сірчистого ангідриду. Кінцевим продуктом реакції є аерозоль або розчин сірчаної кислоти в дощовій воді, що підкисляє ґрунт, загострює захворювання дихальних шляхів людини. Випадання аерозолю сірчаної кислоти з димових труб хімічних підприємств відбувається при низької хмарності й високої вологості повітря. Листові пластинки рослин, що виростають на відстані менш 11 км. від таких підприємств, звичайно бувають густо засіяні дрібними некротичними плямами, що утворилися в місцях осідання крапель сірчаної кислоти. Пірометалургічні підприємства кольорової й чорної металургії, а також ТЕС щорічно викидають в атмосферу десятки мільйонів тонн сірчаного ангідриду.
г) Сірководень і сірковуглець. Надходять в атмосферу окремо або разом з іншими сполуками сірки. Основними джерелами викиду є підприємства по виготовленню штучного волокна, цукру, коксохімічні, нафтопереробні, а також нафтопромисли. В атмосфері при взаємодії з іншими забруднювачами піддаються повільному окислюванню до сірчаного ангідриду.
д) Оксиди азоту. Основними джерелами викиду є підприємства, що роблять азотні добрива, азотну кислоту й нітрати, анілінові барвники, нітросполуки, віскозний шовк, целулоїд. Кількість оксиду азоту, що надходить в атмосферу, становить 20 млн.т. на рік.
е) Сполуки фтору. Джерелами забруднення є підприємства з виробництва алюмінію, емалей, скла, кераміки, сталі, фосфорних добрив. Фторовмісні речовини надходять в атмосферу у вигляді газоподібних сполук - фтороводню або пилу фторида натрію й кальцію. Сполуки характеризуються токсичним ефектом. Похідні фтору є сильними інсектицидами.
ж) Сполуки хлору. Надходять в атмосферу від хімічних підприємств, що роблять соляну кислоту, хлоровмісні пестициди, органічні барвники, гідролізний спирт, хлорне вапно, соду. В атмосфері зустрічаються як домішка молекули хлору й пар соляної кислоти. Токсичність хлору визначається видом сполук і їхньою концентрацією. У металургійній промисловості при виплавці чавуну й при переробці його на сталь відбувається викид в атмосферу різних важких металів і отрутних газів. Так, в розрахунку на 1 т. чавуну виділяється крім 12,7 кг. сірчистого газу й 14,5 кг пилових часинок, що визначають кількість з'єднань миш'яку, фосфору, сурми, свинцю, пар ртуті й рідких металів, смоляних речовин і ціаністого водню.
Аерозольне забруднення атмосфери. Аерозолі - це тверді або рідкі частинки, що перебувають у в повітрі. Тверді компоненти аерозолів у ряді випадків особливо небезпечні для організмів, а в людей викликають специфічні захворювання. В атмосфері аерозольні забруднення сприймаються у вигляді диму, тумана, імли або серпанку. Значна частина аерозолів утвориться в атмосфері при взаємодії твердих і рідких частинок між собою або з водяною парою. Середній розмір аерозольних частинок становить 1-5 мкм. В атмосферу Землі щорічно надходить близько 1 куб.км. пилоподібних частинок штучного походження. Велика кількість пилових частинок утвориться також у ході виробничої діяльності людей. Відомості про деякі джерела техногенного пилу наведені нижче:
ВИРОБНИЧИЙ ПРОЦЕС
ВИКИД ПИЛУ, МЛН.Т/РІК
1. Спалювання кам'яного вугілля 93,600
2. Виплавка чавуну 20,210
3. Виплавка міді (без очищення) 6,230
4. Виплавка цинку 0,180
5. Виплавка олова (без очищення) 0,004
6. Виплавка свинцю 0,130
7. Виробництво цементу 53,370
Основними джерелами штучних аерозольних забруднень повітря є ТЕС, які споживають вугілля високої зольності, збагачувальні фабрики, металургійні, цементні, магнезитові й сажеві заводи. Аерозольні частинки від цих джерел відрізняються більшою розмаїтістю хімічного складу. Найчастіше в їхньому складі виявляються сполуки кремнію, кальцію й вуглецю, рідше - оксиди металів: заліза, магнію, марганцю, цинку, міді, нікелю, свинцю, сурми, вісмуту, селен, миш'яку, бериллія, кадмію, хрому, кобальту, молібдену, а також азбест. Ще більша розмаїтість властива органічному пилу, що включає аліфатичні й ароматичні вуглеводні, солі кислот. Він утворюється при спалюванні залишкових нафтопродуктів, у процесі піролізу на нафтопереробних, нафтохімічних і інших подібних підприємствах. Постійними джерелами аерозольного забруднення є промислові відвали - штучні насипи з перевідкладеного матеріалу, переважно розкривних порід, утворених при видобутку корисних копалин або ж з відходів підприємств переробної промисловості, ТЕС. Джерелом пилу й отрутних газів служать масові підривні роботи. Так, у результаті одного середнього по масі вибуху (250-300 тонн вибухових речовин) в атмосферу викидається близько 2 тис.куб.м. оксидів вуглецю й більше 150 т. пилу. Виробництво цементу й інших будівельних матеріалів також є джерелом забруднення атмосфери пилом. Основні технологічні процеси цих виробництв - подрібнювання й хімічна обробка шихт, напівфабрикатів і одержуваних продуктів у потоках гарячих газів завжди супроводжується викидами пилу й інших шкідливих речовин в атмосферу. До атмосферних забруднювачів відносяться вуглеводні - насичені й ненасичені, що включають від 1 до 13 атомів вуглецю. Вони піддаються різним перетворенням, окислюванню, полімеризації, взаємодіючи з іншими атмосферними забруднювачами після збудження сонячною радіацією. У результаті цих реакцій утворяться перекісні сполуки, вільні радикали, сполуки вуглеводнів з оксидами азоту й сірки часто у вигляді аерозольних частинок. При деяких погодних умовах можуть утворюватися особливо великі скупчення шкідливих газоподібних і аерозольних домішок у приземному шарі повітря.
Звичайно це відбувається в тих випадках, коли в шарі повітря безпосередньо над джерелами газопилової емісії існує інверсія - розташування шару більш холодного повітря під теплим, що перешкоджає повітряним масам і затримує перенос домішок вгору. У результаті шкідливі викиди зусереджуються під шаром інверсії, вміст їх у землі різко зростає, що стає однієї із причин утворення раніше невідомого в природі фотохімічного туману.
Фотохімічний туман (смог). Фотохімічний туман являє собою багатокомпонентну суміш газів і аерозольних частинок первинного й вторинного походження. До складу основних компонентів смогу входять озон, оксиди азоту й сірки, численні органічні сполуки перекісної природи, називані в сукупності фотооксидантами. Фотохімічний смог виникає в результаті фотохімічних реакцій за певних умов: наявності в атмосфері високої концентрації оксидів азоту, вуглеводнів і інших забруднювачів, інтенсивної сонячної радіації й безвітряності або дуже слабкого обміну повітря в приземному шарі при потужній і протягом не менш доби підвищеної інверсії. Стійка безвітряна погода, що звичайно супроводжується інверсіями, необхідна для створення високої концентрації реагуючих речовин.
Такі умови створюються частіше в червні-вересні й рідше взимку. При тривалій ясній погоді сонячна радіація викликає розщеплення молекул двоокису азоту з утворенням оксиду азоту й атомарного кисню. Атомарний кисень із молекулярним киснем дають озон. Здавалося б, останній, окисляючи оксид азоту, повинен знову перетворюватись в молекулярний кисень, а оксид азоту - у двоокис. Але цього не відбувається. Оксид азоту вступає в реакції з олефінами вихлопних газів, які при цьому розщеплюються по подвійному зв'язку й утворять осколки молекул і надлишок озону. У результаті подальшої дисоціації нові маси двоокису азоту розщеплюються й дають додаткові кількості озону. Виникає циклічна реакція, в результаті якої в атмосфері поступово накопичується озон. Цей процес у нічний час припиняється. У свою чергу озон вступає в реакцію з олефінами. В атмосфері концентруються різні перекиси, які в сумі й утворять характерні для фотохімічного тумана оксиданти. Останні є джерелом так званих вільних радикалів, що відрізняються особливої реакційної здатністю. Такі смоги - нерідке явище над Лондоном, Парижем, Лос-Анджелесом, Нью-Йорком і іншими містами Європи й Америки. За своїм фізіологічному впливом на організм людини вони вкрай небезпечні для дихальної й кровоносної системи й часто бувають причиною передчасної смерті міських жителів з ослабленим здоров'ям.
Ступінь забруднення повітря основними забруднюючими речовинами перебуває в прямої залежності від промислового розвитку міста. Найбільші максимальні концентрації характерні для міст із чисельністю населення більше 500 тис. жителів. Забруднення повітря специфічними речовинами залежить від виду промисловості у місті. Якщо у великому місті розміщені підприємства декількох галузей промисловості, то створюється дуже високий рівень забруднення повітря, а проблема зниження викидів багатьох специфічних речовин дотепер залишається невирішеною.
Демографічні проблеми людства на планеті
Навколишнє природне середовище в ширшому розумінні – космічний
простір, а в вужчому – біосфера, зовнішня оболонка Землі, яка охоплює
частину атмосфери, гідросферу і верхню частину літосфери, що
взаємозв’язані складними біогеохічними циклами міграції речовин і
енергії.
Земля_ одна з планет Сонячної системи, найбільша з планет земної групи
(Меркурій, Венера, Марс, Земля), середній радіус – 6371 км, відстань до
Сонця – 150 млн. км, маса Землі становить 1/330000 маси Сонця.
Сонце – це найголовніша зірка сонячної системи, температура поверхні
близько 6000оС. Земля отримує всього одну двомільярдну частину сонячного
випромінювання. Цього досить, щоб обігріти Землю та постачати необхідною
енергією весь рослинний та тваринний світ.
Атмосфера – це газова оболонка Землі, яка обертається разом з нею.
Великий вплив на погоду та життєдіяльність людини мають процеси, які
відбуваються на Сонці. Виплески сонячної активності розігрівають
зовнішні шари атмосфери Землі, змінюють їх густину і хімічний склад,
могутні потоки заряджених частинок і випромінювань проникають в
атмосферу, “переколочують” всю повітряну оболонку. Від цього змінюється
і сама погода і реакція на її зміни в організмі людини.
Гідросфера (грец. Hydro – вода, sphaira – куля) – це водяна оболонка
Землі. До надземної частини гідросфери, що вкриває 70% поверхні Земної
кулі, належать океани, моря, озера, ріки, а також льодовики, в яких вода
перебуває у твердому стані. Основна частина води (понад 80%) перебуває у
глибинних зонах Землі – в її мантії. Підземна частина гідросфери охоплює
грунтові, підгрунтові, напірні й безнапірні води, тріщини води і води
карстових порожнин у легкорозчинних гірських породах (вапняках, гіпсах
тощо).
Зовнішня тверда оболонка Землі, яка включає земну кору з частиною
верхньої мантії Землі і складається з осадових, вивержених і
метаморфічних порід, називається літосферою.
У межах літосфери періодично відбуваються сучасні фізико-геометричні
процеси (зсуви, обвали, ерозія), які мають величезне значення для
формування екологічних ситуацій у різних регіонах планети.
Людина давно живе не в “природі”, а мешкає в середовищі, антропогенно
зміненому, трансформованому під впливом своєї діяльності. В життєвому
циклі людина і навколишнє середовище6 утворюють постійно діючу систему
“людина – довкілля”.
Шум – це одна з форм фізичного (хвильового) забруднення навколишнього
середовища.
Але шум може впливати і позитивно. Такий вплив на людину чинить,
наприклад, шелест листя дерев, помірний стукіт дощових крапель, рокіт
морського прибою, Позитивний вплив спокійної приємної музики відомий з
давніх часів. Тому різноманітні оздоровчі процедури супроводжують
спокійною симфонічною або шлюзовою музикою.
Нерідко шум несе важливу інформацію. Автомобіліст уважно прислухається
до звуків, які видає мотор, шасі, інші частини автомобіля, що рухається,
бо будь-який сторонній шум може попередити аварію. Також за допомогою
шум, спричиненого рухом кораблів т підводних човнів, їх виявляють і причиненого рухом кораблів т підводних човнів, їх виявляють і
пеленгують. Шум відіграє велику роль в акустиці, радіотехніці,
радіоастрономії і навіть медицині.
Що таке шум і як він впливає на організм людини?
Шум – це сукупність звуків різноманітної частоти та інтенсивності, що
виникають у результаті коливального руху частинок у пружних середовищах
(твердих, рідких, газоподібних).
Шумове забруднення навколишнього середовища увесь час зростає. Особливо
це стосується великих міст. Опитування жителів міст довело, що шум
турбує більше 50% опитаних. Причому, в останні десятиліття рівень шуму
зріс у 10-15 разів.
Зменшення рівня шуму поліпшує самопочуття людини і підвищує
продуктивність праці. З шумом необхідно боротися як на виробництві так і
в побуті. Уміння дотримуватися тиші – показник культури людини і її
доброзичливого ставлення до навколишніх. Тиша потрібна людям так само,
як сонце і свіже повітря.
Не менш важливе значення для здоров’я і самопочуття людини має
вібрація.
Вібрація – це коливання твердих тіл, частин апаратів, машин,
устаткування, споруд, що сприймаються організмом людини як струс.
Часто вібрації супроводжуються почутим шумом.
центральну нервову систему
шлунково-кишковий тракт
вестибулярний апарат
викликає запаморочення, оніміння кінцівок
захворювання суглобів
Тривалий вплив вібрації викликає фахове захворювання – вібраційну
хворобу.
Розрізняють загальну і локальну вібрації. Локальна вібрація зумовлена
коливаннями інструмента й устаткування, що передаються до окремих частин
тіла. При загальній вібрації коливання передаються всьому тілу від
механізмів через підлогу, сидіння або робочий майданчик. Найбільш
небезпечна частота загальної вібрації 6-9 Гц, оскільки вона збігається з
власною частотою коливань внутрішніх органів людини. В результаті цього
може виникнути резонанс, це призводить до переміщень і механічних
ушкоджень внутрішніх органів. Резонансна частота серця, живота і грудної
клітки – 5 Гц, голови – 20 Гц, центральної нервової системи – 25- Гц.
Частоти сидячих людей становлять від 3 до 8 Гц.