Загрязнение воздуха: причины, последствия, влияние на человека, окружающую среду и пути решения

Экология

Атмосферный воздух – один из важнейших компонентов окружающей среды. Загрязнение воздуха является не только серьезной угрозой для здоровья человека, но и может оказывать существенное влияние на климат, кардинально меняя условия жизни на Земле.

Загрязнение воздуха: причины, последствия, влияние на человека, окружающую среду и пути решения
Содержание (развернуть)

Что такое загрязнение воздуха

Атмосфера, газовая оболочка, окружает нашу планету, ее толщина составляет 100 – 122 км. В среднем в течение суток человек вдыхает около 15 куб. м воздуха. В нем содержатся кислород, азот и углекислый газ, участвующие во всех процессах жизнеобеспечения организма, а также разнообразные химические соединения, загрязняющие вещества, которые могут негативно сказываться на здоровье.

Загрязнение воздуха – это изменение природных характеристик воздуха, связанное с наличием в нем загрязняющих веществ различного происхождения. Состав воздуха, которым мы дышим, различается в зависимости от места пребывания. Чистый горный воздух содержит ионы озона и кислорода в полезном соотношении, в нем практически отсутствуют загрязняющие вещества. В крупных городах человек вынужден вдыхать «адскую смесь» из разнообразных химических соединений, примесей, выбрасываемых транспортом и промышленными предприятиями.

Почему вредные вещества накапливаются в воздухе, объясняется рядом причин, в том числе:

  • Физико-химическими свойствами примесей.
  • Особенностями рассеивания примесей в атмосфере, связанные с рельефом местности, жилой застройкой, метеоусловиями.

По результатам исследований, проведенных ВОЗ, 92% населения нашей планеты живут в условиях, когда концентрация загрязняющих веществ в воздухе превышает допустимые значения. Последствия загрязнения воздуха могут быть серьезными. Растет риск сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний, около 7 миллионов человек в мире ежегодно умирают из-за болезней, вызванных плохой экологией.

Основные источники загрязнения

Земная атмосфера в «первозданном» виде состоит в основном из азота и кислорода с незначительными включениями других газов – водорода, аргона, углекислого газа. Но дышать подобной смесью вряд ли представится возможность. Привычный для нас воздух обычно содержит различные вещества, которые попадают в него по естественным причинам, вызванными природными процессами, или в результате деятельности человека. Соответственно классифицируются и источники загрязнения:

  • Естественные.
  • Антропогенные.
Антропогенная деятельность – главный фактор ухудшения качества воздуха. Основными причинами загрязнения воздуха являются выбросы промышленных предприятий и транспортных источников. Вклад загрязнителей, поступающих из естественных источников, обычно незначителен.

Естественные источники

Загрязнение воздуха: причины, последствия, влияние на человека, окружающую среду и пути решения

К основным естественным источникам загрязнения воздуха относятся:

  • Степь, пустыня.
  • Извержения вулканов.
  • Лесные пожары.
  • Деятельность живых организмов.

Песок из пустынь и мелкие частицы почвы со степных просторов могут переноситься ветром на огромные расстояния. Пыль, залетающая в город с близко расположенных пустынных земель, участвует в формировании смога.

В результате извержения вулкана в воздух поступают тысячи тонн раскаленных газов и пепла. Вулканическая деятельность сопровождается выбросом водяного пара, углекислого и сернистого газов, оксидов азота и пр.

Изменение физического состояния растительности при пожаре сопровождается выделением разного рода парниковых газов в атмосферу. В результате лесных пожаров при горении биомассы в воздух поступают частицы сажи и пепла, оксид углерода, озон и другие газы.

Кишечные газы и испражнения животных загрязняют воздух метаном. В процессе разложения останков умерших существ с участием микроорганизмов выделяются различные газообразные соединения – метан, аммиак, сероводород и пр.

Антропогенные источники

Загрязнение воздуха: причины, последствия, влияние на человека, окружающую среду и пути решения

Чем выше уровень развития человечества, тем больше вреда мы наносим окружающей среде. Техногенная нагрузка на атмосферный воздух неуклонно растет.

К основным антропогенным источникам относят:

  • Транспорт.
  • Промышленность.
  • Тепловые электростанции.
  • Отходы.
  • Сельское хозяйство.
  • Печное отопление.

Автотранспортные выбросы – основной источник загрязнения воздуха в крупных городах. Попадая в атмосферу, они перемещаются вместе с потоком воздуха, проникают в жилые помещения, образуют смог. Состав выхлопных газов зависит от типа двигателя, качества топлива, технического состояния автомобиля. Наибольший вклад в загрязнение атмосферного воздуха вносят свинец, оксиды углерода и азота, углеводороды. Мельчайшие твердые частицы, образующиеся при сгорании топлива, канцерогенны.

В результате производственной деятельности промышленных предприятий в воздух поступают твердые частицы и газообразные вещества. Особо крупный урон чистоте воздуха наносят предприятия металлургической и химической промышленности, а также предприятия, добывающие топливно-энергетические полезные ископаемые – уголь, нефть, природный газ.

Тепловые электростанции ТЭС также относятся к главным источникам загрязнения атмосферы. Их выбросы содержат золу, диоксид серы, оксиды азота.

Отходы, размещенные на свалке, выделяют в воздух продукты разложения – метан и пр. При сжигании отходов в воздух попадают продукты горения, содержащие опасные химические вещества.

Сельское хозяйство вносит значительный вклад в загрязнение атмосферы. Животноводческие хозяйства, в которых содержится крупный рогатый скот, являются источником парниковых газов. При переработке зерна образуется пыль, загрязняющая воздух. Пестициды и удобрения также вносят свой вклад в загрязнение.

Угольные и дровяные печи в городских домах практически исчезли. Но еще остается возможность угореть от угарного газа в домике на садовом участке при неправильной эксплуатации печного оборудования. Кроме оксида углерода, при сжигании в печах древесины или угля в воздух поступает очень опасное для здоровья вещество – бензопирен.

Виды загрязнителей воздуха

Воздух может загрязняться в результате разного рода воздействия. В зависимости от природы загрязнителя выделяют следующие виды загрязнения воздуха:

  • Физическое.
  • Химическое.
  • Биологическое.

Физические загрязнители

Появление физических загрязнителей в воздухе связано с различными физическими процессами, к ним относят:

  • Шумовое воздействие.
  • Электромагнитное излучение.
  • Выброс тепла.
  • Радиоактивное излучение.
  • Пыль и твердые частицы, поднимаемые в воздух в результате механического воздействия.

Химические загрязнители

Это наиболее распространенный тип загрязнителей. К ним относятся химические вещества, поступающие в атмосферу в газообразном виде или в виде аэрозолей в результате хозяйственной деятельности человека или из природных источников.

Биологические загрязнители

К биологическим загрязнителям относят:

  • Вирусы.
  • Токсины.
  • Споры грибов и бактерий.
  • Пыльцу.
  • Шерсть животных.

Биологические загрязнители могут являться причиной аллергии, распространения инфекции, отравления.

Вещества, загрязняющие атмосферу

Главный вклад в загрязнение атмосферы вносят химические соединения.

Основными загрязнителями воздуха являются:

  • Окись азота NO.
  • Диоксид азота NO2.
  • Диоксид серы SO2.
  • Озон O3.
  • Оксиды углерода CO и CO2.
  • Взвешенные вещества размером 2,5 мкн PM2,5.

Оксиды азота NOx образуются в процессе сгорания и при производстве азотных удобрений. Главный источник этих газов – выбросы автотранспорта. Оксиды азота участвуют в образовании смога.

Диоксид серы образуется при сжигании серосодержащего топлива – нефтепродуктов, а также при переработке сернистых руд. При участии этого химического соединения образуются кислотные дожди.

Озон присутствует в выбросах автотранспорта, участвует в образовании смога. Это вещество наивысшего класса опасности, сильный окислитель. Озон очень токсичен для человека.

Угарный газ CO образуется при неполном сгорании ископаемых видов топлива – угля, нефти, древесины и пр. Диоксид углерода формируется при соединении углерода с кислородом и преимущественно выделяется при сжигании топлива и при производстве цемента. Это парниковый газ, который оказывает наибольшее влияние на потепление.

Взвешенные вещества – это смесь твердых микрочастиц и аэрозолей. В воздух они попадают в результате промышленных процессов, сгорания топлива. Мельчайшие частицы диаметром 2,5 мкм могут преодолеть биологический барьер и попасть в организм человека. Они практически не оседают на землю и накапливаются в атмосфере.

Показатели степени загрязненности воздуха

Для оценки степени загрязнения атмосферного воздуха в городе используются нормативные показатели – предельно допустимая концентрация (ПДК) вещества в зависимости от времени воздействия, измеряемая в мг/м3.

Нормативы устанавливаются для каждого вредного вещества:

  • ПДКмр – максимальная разовая концентрация, которая не оказывает влияния на живой организм в течение 20 – 30 минут.
  • ПДКсс – среднесуточная концентрация, не оказывающая негативного воздействия на живой организм в течение длительного времени.

Таблица: Значения ПДК для основных загрязнителей воздуха

Ингредиент

ПДКмр, мг/м3

ПДКсс, мг/м3

Оксид азота NO

0,4

0,06

Диоксид азота NO2

0,2

0,04

Оксид углерода CO

5

3

Озон O3

0,16

0,03

Диоксид серы SO2

0,5

0,05

Твердые частицы PM2,5

0,16

0,035

В качестве статистических характеристик загрязнения воздуха применяются показатели:

  • Стандартный индекс загрязнения СИ.
  • Наибольшая повторяемость превышения ПДК НП.
  • Индекс загрязнения атмосферы ИЗА.

СИ характеризует степень кратковременного загрязнения. Он определяется в городе по максимальной разовой концентрации любого загрязнителя, деленной на ПДКмр.

НП рассчитывается по данным наблюдения в течение года или месяца за конкретной примесью на всех постах, размещенных на исследуемой территории. Измеряется в %.

Комплексный показатель ИЗА характеризует уровень длительного загрязнения воздуха. Он рассчитывается по 5 веществам, которые вносят наибольший вклад в загрязнение воздуха.

В формулу расчета уровня загрязнения атмосферы входят средние годовые измеренные значения концентрации вещества, ПДКсс и коэффициент класса опасности загрязнителя. Показатель позволяет оценить не только уровень загрязненности в выбранной локации, но и степень опасности для здоровья проживающих в этом месте людей.

Степени загрязнения по оценке ИЗА:

  • Низкая.
  • Повышенная.
  • Высокая.
  • Очень высокая.

Самые высокие показатели ИЗА в 2019 году были в следующих городах:

  • Абакан,
  • Братск,
  • Иркутск,
  • Новокузнецк,
  • Норильск.

В мировой практике для оценки загрязнения воздуха используется комплексный показатель Air Quality Index, AQI. Он тоже рассчитывается для 5 загрязнителей, преимущественно для CO, O3, SO2, NO2, PM, и делится на 6 категорий:

  • Зеленый, удовлетворительное качество воздуха.
  • Желтый, качество воздуха приемлемое.
  • Оранжевый, сенсибилизированные группы населения могут испытывать проблемы со здоровьем.
  • Красный, некоторые группы населения могут испытывать проблемы со здоровьем.
  • Фиолетовый, риск здоровью повышен для всех.
  • Бордовый, чрезвычайная ситуация повышает вероятность проблем со здоровьем.

Рейтинг стран, показавших высокий уровень загрязнения в 2022 году:

  1. Пакистан (Лахор),
  2. Израиль (Тель –Авив),
  3. Бангладеш (Дакка),
  4. Индия (Дели),
  5. ОАЭ (Дубай).

Красноярск занимает 40 место в рейтинге. Согласно AQI, качество воздуха в городе приемлемое. Загрязнение воздуха в Москве находится на зеленом уровне.

В онлайн-режиме доступны карты загрязнения воздуха в различных городах, построенные с использованием разных показателей. Например, можно получить информацию о качестве воздуха на конкретной улице в реальном времени для Moscow, Russia на ресурсе IQAir.

Последствия загрязнения атмосферы

Причины загрязнения атмосферы могут быть разные, но, если не принимать меры, последствия для человека и для планеты в целом будут катастрофическими. Страдает экосфера, ухудшается качество жизни человека, растет смертность.

Влияние на организм человека

В 2016 году ВОЗ признала загрязнение воздуха одной из самых серьезных угроз для здоровья человека. Загрязнители, находящиеся в воздухе, могут воздействовать на организм человека прямым путем или опосредованно, встраиваясь в пищевые цепочки после попадания в водоемы и почву.

Прямые пути воздействия:

  • Ингаляционный, через дыхательные пути.
  • Контактный, через кожу.

Ученые выявили связь между загрязнением воздуха и следующими заболеваниями:

  • Рак легких.
  • Астма.
  • Бронхиты.
  • Сердечно-сосудистые заболевания.

Вдыхание угарного газа CO быстро приводит к летальному исходу. Газ без цвета и запаха начинает действовать буквально в течение нескольких секунд.

Оксид азота NO взаимодействует с гемоглобином. Он нарушает дыхательную функцию и вызывает кислородное голодание.

Диоксид азота NO2 негативно влияет на работу верхних дыхательных путей. Он способен вызвать бронхит и воспаление легких. Особую опасность NO2 представляет для астматиков и людей, страдающих легочными заболеваниями,

Озон O3 – газ с характерным запахом. Он снижает иммунитет, вызывает обострение аллергических реакций, приводит к развитию атеросклероза.

Диоксид серы SO2 при длительном воздействии негативно сказывается на работе дыхательной и сердечно-сосудистой систем. Нахождение примеси в воздухе очень опасно для астматиков.

Взвешенные частицы PM2,5 проникают глубоко в дыхательные пути, попадают в кровеносную систему и даже могут влиять на работу мозга. Проявления мгновенной реакции на вдыхание мелкодисперсной пыли отсутствуют.

Промышленные выбросы, смешиваясь с транспортными выхлопными газами, создают в воздухе опасную смесь, пагубно влияющую на состояние дыхательных путей. Согласно результатам некоторых исследований, загрязнение воздуха могло быть фактором, влияющим на увеличение смертности от Covid-19.

Влияние на окружающую среду

Загрязнение воздуха: причины, последствия, влияние на человека, окружающую среду и пути решения

Встраивание загрязнителей в экосистему планеты может привести к опасным последствиям:

  • Разрушению озонового слоя.
  • Глобальному потеплению.
    Кислотным дождям.
  • Нарушению пищевых цепочек.

Атмосфера, газовая оболочка нашей планеты, ослабляет воздействие ультрафиолетового излучения Солнца, благодаря расположенному на высоте 20 – 40 км озоновому слою. Разрушение этого слоя происходит по естественным и антропогенным причинам, причем он способен восстанавливаться. Крупная «озоновая» дыра была впервые обнаружена после массового применения фреонов в бытовых и промышленных целях. Благодаря заключению Монреальского соглашения в 1989 году, призывающего защищать озоновый слой путем ограничения использования фреонов, ученые прогнозируют к 2060 году полное восстановление озонового слоя.

Глобальное потепление связывают с влиянием парниковых газов, поднимающих температуру на Земле. Глобальное изменение климата приведет к таянию ледников, наводнениям, повышению уровня Мирового океана.

К основным парниковым газам относятся:

  • Углекислый газ.
  • Водяной пар.
  • Метан.
  • Озон.

Выбросы SO2, достигая высоких слоев атмосферы, приводят к образованию кислотных дождей. Лесам и обитателям водоемов такой «душ» вряд ли понравится.

Загрязнители воздуха, попадая в воду и почву, могут спровоцировать гибель живых существ. Сокращение природных популяций приведет к нарушению ранее функционирующих пищевых цепочек.

Методы решения проблемы загрязнения атмосферы

Атмосфера окутывает всю нашу планету. Воздушные массы свободно перемещаются, и благодаря этому вред, приносимый загрязнителями воздуха, может проявиться далеко за пределами локализации источников выброса. Только на международном уровне возможно глобальное решение проблемы загрязнения атмосферы. Одним из важных шагов, сделанных в этом направлении, было принятие Киотского протокола в 1997 году, который предусматривает принятие мер по сокращению выбросов парниковых газов в атмосферу.

В настоящее время во многих крупных городах развернуты системы экологического мониторинга для контроля загрязнения воздуха. На стационарных постах, установленных в специально выбранных местах, при помощи автоматических датчиков в непрерывном режиме фиксируются результаты измерений загрязнителей воздуха. Перечень показателей выбирается в соответствии с выявленными в городе источниками загрязнения, но обязательно измеряются основные ингредиенты – NO, NO2, CO, PM2,5. На основании полученных результатов рисуются карты загрязнения, определяются виновники несанкционированных выбросов и разрабатывается пакет мероприятий для улучшения качества воздуха.

Борьба с загрязнением воздуха должна проводиться комплексно — принятием соответствующих нормативных актов, внесением изменений в технологические процессы, переходом на альтернативные источники энергии и пр.

Принятие природоохранных законов

Чтобы бороться с загрязнителями воздуха на правовой основе, необходимо создавать нормативную базу, позволяющую регулировать нормы выбросов в атмосферу. Несмотря на то, что во многих западных странах у власти находятся представители «партии Зеленых», недавно проведенное исследование, инициированное ООН, показало, что практически каждая третья страна ЕС не может предъявить стандарты качества атмосферы, закрепленные законодательно.

В России на федеральном уровне принят закон «Об охране атмосферного воздуха». Все потенциальные техногенные источники загрязнения, включая промышленные предприятия и транспорт, обязаны выполнять ряд мероприятий, предписанных законом:

  • Проводить инвентаризацию выбросов в атмосферу.
  • Согласовывать строительство промышленных предприятий с местными властями.
  • Предоставлять проект снижения выбросов.
  • Получать специальное разрешение на ведение хозяйственной деятельности, которая может оказать вредное воздействие на атмосферу.

Создание экологически чистых предприятий

Промышленные предприятия вносят существенный вклад в загрязнение, поэтому в некоторых случаях требуется их коренная реорганизация. При создании новых предприятий учитываются рекомендации природоохранных органов.

Как бороться с загрязнением воздуха промышленными предприятиями:

  • Крупные промышленные предприятия необходимо выносить за черту города и размещать с учетом характерной для данной местности розы ветров.
  • Инвентаризация источников позволяет определить, что и в каких количествах выбрасывается в атмосферу и загрязняет воздух, и на основе полученной информации разработать план мероприятий по снижению выбросов.
  • Для повышения экологичности предприятий вносятся изменения в технологию процессов, используется качественное сырье, применяется очистка выбросов.

Методы очистки выбросов:

  • Адсорбционный;
  • Каталитический;
  • Механический;
  • Электроогневой.

При адсорбционном способе в качестве фильтров используются материалы, поглощающие загрязнители – известняк, активированный уголь и пр. Безопасный и энергоэффективный метод не лишен недостатков, связанных с необходимостью очистки фильтров и большими размерами очистных сооружений.

Каталитический способ основан на применении веществ, ускоряющих разложение загрязнителей. Метод дорогостоящий. Он требует применения значительных энергоресурсов, но оборудование может прослужить более 50 лет.

Механический способ очистки выбросов осуществляется путем осаживания загрязнителей силой гравитации. Способ эффективен для борьбы с твердыми примесями – пылью, золой и пр.

Электроогневой способ заключается в преобразовании химической энергии органического топлива в энергию электромагнитного излучения. Обработка пламени сжигаемого топлива и отходящих газов переменным электрическим полем интенсифицирует процесс горения и устраняет экологически вредные компоненты.

Использование альтернативных источников энергии

Ископаемое топливо, используемое на предприятиях, в транспорте, для отопления частных домов – основная причина поступления в воздух загрязнителей разного вида. Переход на альтернативные источники энергии, использующие природные возобновляемые ресурсы, позволит снизить нагрузку на атмосферу. Эти источники предположительно не будут загрязнять воздух, но последствия их воздействия на климат до конца еще не исследованы.

Возобновляемые типы энергии:

  • Солнечная энергия.
  • Энергия ветра.
  • Геотермальная энергия.
  • Гидроэнергия.
  • Биотопливо.
Пример бережного отношения к окружающей среде – строительство так называемых «экодомов», самообеспечивающихся энергией за счет солнечных батарей и ветряков. Отходы включены в замкнутую систему регенерации.

Увеличение количества зеленых насаждений

Растения поглощают углекислый газ, выделяют кислород и способны препятствовать распространению пыли. Расчеты, проведенные с использованием моделей приземного слоя атмосферы, показывают, что деревья и кустарники, посаженные вдоль автотрасс, значительно снижают концентрацию вредных веществ в расположенных поблизости домах.

Введение современных методов утилизации и переработки отходов

Избавиться от свалок можно путем внедрения безотходного производства и налаживанием переработки отходов на вторичное сырье. Раздельный сбор мусора сократит время, необходимое для складирования и сортировки отходов. Мусоросжигающие заводы помогают утилизировать отходы, но при этом их выбросы загрязняют атмосферу.

Сокращение применения химических удобрений

Химические предприятия, занимающиеся производством удобрений, вносят значительный вклад в загрязнение атмосферы. Внесение химических азотосодержащих удобрений в почву приводит к выбросу парникового газа, закиси азота.

Чтобы избежать негативного влияния на климат, приветствуется использование органических удобрений в фермерских хозяйствах – компоста и навоза, полностью удовлетворяющих потребность растений в столь необходимом для их нормального развития азоте.

Транспортный контроль

Загрязнение воздуха: причины, последствия, влияние на человека, окружающую среду и пути решения

Современный автомобиль экологического класса Евро 5 и выше оборудован специальным фильтром, способным улавливать сажевые частицы. Стандарт определяет нормы по выбросам, чем выше класс – тем меньше загрязнителей поступает в воздух от работающего двигателя.

Сделать воздух в городе чище помогут следующие рекомендации:

  • Регулярные ограничения на вождение автомобилей в городе.
  • Изменение транспортного трафика, чтобы исключить образование пробок. При движении с постоянной скоростью меньше выбросов в атмосферу.

Такие меры, как замена бензина на биотопливо, природный газ или использование для городских поездок электромобилей, помогут защитить воздух от загрязнения. Именно по такому пути решения проблем, связанных с загрязнением воздуха, пошли в Японии.

В 70-х годах XX века регулировщик дорожного движения в центральной части Токио вынужден был работать в респираторе для защиты от чрезвычайно высокой концентрации загрязняющих веществ в воздухе. В настоящее время в городе практически постоянно регистрируется «хорошее» качество атмосферы благодаря принятым мерам по продвижению эко-автомобилей.

Инновационные варианты решения проблемы

Главные причины загрязнения воздуха связаны с использованием ископаемого углеродного топлива. Поэтому во всем мире делаются попытки заменить его более безопасным с точки зрения экологии материалом.

В качестве биотоплива «зеленые» предлагают использовать самые, казалось бы, невероятные варианты:

  • Биодизельное топливо на основе растительных масел, рапсовый метиловый эфир, который практически полностью перерабатывается микроорганизмами и не загрязняет окружающую среду.
  • Метан, получаемый из человеческих экскрементов
  • Биодизельное топливо из неиспользованных на кухне кулинарных жиров
  • Биодизель из водорослей. Его получают путем сбраживания биомассы с последующим выделением углеводородов.

Планета Земля – наш дом, и мы все должны прилагать усилия, чтобы сохранить ее пригодной для проживания потомков. Начните делать шаги на пути к решению проблемы загрязнения атмосферы — организуйте раздельный сбор мусора, откажитесь от поездок по городу на автомобиле, не сжигайте мусор на садовом участке и не забрасывайте в печку «грязное» топливо.

Команда нашего сайта
Артём Соколов

Артём Соколов

Автор проекта

Аркадий Семёнов

Аркадий Семёнов

Автор статей

Айгюль Соколова

Айгюль Соколова

Контент-менеджер

Всё о чистой энергии, экологии, энергетике, электрике, электронике и электротранспорте - GreenEnergia.ru