Атмосфера, источники загрязнения атмосферы, охрана воздушного бассейна. Цель: дать понятия «атмосфера» , рассмотреть основные источники загрязнения атмосферы, оценить роль атмосферы в жизнедеятельности человека, осветить основные направления охраны воздушного бассейна. План занятия: 1. Роль атмосферы в жизнедеятельности людей. Характеристика и состояние атмосферы. 2. Классификация источников загрязнения атмосферы. Последствия загрязнения атмосферы. 3. Основные направления охраны атмосферы. Ключевые определения: атмосфера, тропосфера, стратосфера, ионосфера, атмосферный воздух, загрязнение атмосферы, естественное загрязнение, производственные и бытовые источники загрязнения.
§ Атмосфера Земли (от греч. atmos - пар и sphaira -шар) - это газовая, воздушная оболочка, окружающая Землю. § Атмосферный воздух — это механическая смесь газов с взвешенными каплями воды, пыли, кристаллами льда. § Химический состав атмосферного воздуха: АЗОТ- 78, 09 % КИСЛОРОД- 20, 94 % УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ -1 % АРГОН, НЕОН – сотые доли %
Значение атмосферы § Предохранение от ультрафиолетового излучения, метеоритов и т. п. § Удержание теплового баланса – «функция одеяла» § Необходима для поддержания жизни всех биологических видов на Земле § «фабрика» климата и погоды § Использование химических составляющих атмосферного воздуха в технологических процессах промышленного производства § Атмосфера является средой распространения света и звука.
Процессы и особенности атмосферы изменяются под воздействием деятельности человека. § Крупномасштабные антропогенные изменения поверхности Земли (обезлесение, опустынивание, деградация внутренних морей и озер и др. ) обусловливают изменения особенностей энергетического и водного режима атмосферы. § Наряду с изменениями физических особенностей атмосферы, происходят антропогенные трансформации ее газового состава, в совокупности создающие ряд серьезных экологических проблем: § антропогенное изменение климата и его последствия; § нарушение естественного состояния озонового слоя; § асидификация окружающей среды и кислотные осадки; § локальное загрязнение атмосферы.
Загрязнение атмосферы Естественное, или природное загрязнение происходит за счет естественных факторов: § извержения вулканов, § выдувание и эрозия почв, выветривание горных пород, § пыльные бури, § лесные пожары, § морские отложения солей, § внезапное загрязнение воздуха космической пылью и космическим излучением.
Загрязнение атмосферы § Искусственные источники загрязнения: § 1. Механические загрязнители - различные выбросы промышленных предприятий (цементные заводы), дым от сгорания угля в котельных, сажа от сгорания дизельного топлива, нефти, истирающаяся резина автопокрышек и т. п. § 2. Химические загрязнители - пылевидные или газообразные вещества, способные вступать в химические реакции (фотохимический смог). § 3. Радиоактивные загрязнители - опасные выбросы радионуклидов в результате аварий на атомных электростанциях, атомных военных объектах, радиоактивное загрязнение от оружия массового поражения и от отходов ядерного производства.
Загрязнения Основные естественные источники Основные источники Твердые частицы (зола, пыль) Извержения вулканов, пылевые бури, Сжигание топлива в пром. и бытовых установках, пром. строительных материалов S 02 Вулканические из- ТЭС, химические вержения, окисление фотохимические реакции серы и сульфатов N 2 O, NO Влажные леса, биогенныепроцессы в почвах, океан Процессы нитрификации и денитрификации на сельскохозяйственных землях В районах с развитой промышленностью до 0, 2 СО Лесные пожары, разнообразные процессы горения Автотранспорт, промышленные энергоустановки, металлургия В городах от 1, 0 до 50 Лесные пожары, природный метан Автотранспорт, дожигание отходов, холодильные установки Летучие углеводороды, (фреоны) антропогенные и Среднегодовая концентрация в воздухе, мг/м 3 В городах 0, 04 -0, 4 В городах до 1, 0 черная В районах с развитой промышленностью до 3, 0
Производственное и бытовое загрязнение атмосферы § Промышленность (тепловые электростанции и топки промышленных предприятий, обогатительные фабрики, металлургические, цементные заводы : v являются основными источниками аэрозольных загрязнении воздуха. Аэрозоли - это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе. § Транспорт (автомобильный и железнодорожный, авиация) v являются основными источниками шумового загрязнении воздуха. § Сельскохозяйственная деятельность человека. v Вносимые в почву агрохимикаты распространяются за счет процессов выветривания и эрозии почв, с почвенной влагой. § накопление, сжигание и переработка бытовых отходов (мусор).
Радиоактивное загрязнение Источниками радиоактивного загрязнения окружающей среды являются: § экспериментальные взрывы при испытаниях атомных и водородных бомб, § различные производства, связанные с изготовлением ядерного оружия, § ядерные реакторы и атомные электростанции, § отходы атомных предприятий и установок.
Разрушенный четвертый блок Чернобыльской АЭС Крупнейшей катастрофой явился взрыв ядерного реактора на Чернобыльской АЭС в 1986 г. Радиоактивное загрязнение воздушной среды такими летучими элементами, как цезий -137, стронций-90, плутоний распространилось по всей Европе.
Карта радиоактивного загрязнения нуклидом цезия -137 По данным радиационного мониторинга на 2008 г. площадь загрязнения цезием-137 составила 41, 1 тыс. км 2 или 19, 8% территории страны, в т. ч. с уровнем загрязнения 1– 5 Кu/км 2 – 14, 0%, 5– 15 Кu/км 2 – 3, 7, 15– 40 Кu/км 2 – 1, 2, 40 Кu/км 2 и более – 0, 9%. Радиоактивному загрязнению подвержено 20, 8% земель Государственного лесного фонда и 13, 5% сельскохозяйственных угодий.
§ Тритий (или радиоактивный водород). Обнаружен в грунтовых водах вокруг АЭС. Период полураспада около 12 лет. Вызывает трансмутации живых организмов, поражая генетический аппарат клеток. § Углерод-14. Его накопление в атмосфере ведет к резкому замедлению роста деревьев. Сейчас в составе атмосферы количество углерода-14 увеличено на 25 % по сравнению с доатомной эрой. § Криптон-85. Ежегодно его количество увеличивается на 5 %. В атмосфере ведет себя как тепличный газ, внося существенный вклад в антропогенное изменение климата Земли.
Проблема кислотных осадков и асидификации окружающей среды. § Асидификация – это антропогенный и природный процесс повышения кислотной реакции компонентов окружающей среды. § В естественных условиях атмосферные осадки обычно имеют нейтральную или слабокислую реакцию, то есть показатель их кислотности обычно меньше 7, 0 (р. Н>7). § Кислотные осадки бывают двух типов: § сухие, обычно выпадающие вблизи источника их поступления в атмосферу, § влажные (дождь, снег и пр. ), распространяющиеся на большие расстояния, соизмеримые с размерами континентов, и потому зачастую превращающие проблему кислотных осадков в международную. § Основные компоненты кислотных осадков – аэрозоли аммиака, оксидов серы и азота, которые при взаимодействии с атмосферной, гидросферной или почвенной влагой образуют серную, азотную и другие кислоты.
Кислотные осадки § Впервые этот термин был введен в употребление британским химиком Робертом Энгусом Смитом в 1872 г. § Образуются при взаимодействии диоксидов серы и азота с водой, и выпадающие на поверхность земли вместе с дождем, туманом, снегом или пылью. Воздействие кислотных дождей: § Разрушение зданий, строительных материалов и коррозия металлических поверхностей ; § Повреждение листвы, обесцвечивание тканей растений и гибель растительности. § Загрязнение водоемов, гибель живых организмов.
Лес после кислотного дождя
Скульптура, пострадавшая от кислотного дождя
Мраморная скульптура после кислотного дождя
§ Кислотные осадки имеют как естественное, так и антропогенное происхождение. § Основные природные источники – извержения вулканов, лесные пожары, дефляция почв и др. § Источниками антропогенных кислотных осадков являются процессы сжигания горючих ископаемых, главным образом угля, в тепловых электростанциях, в котельных, в металлургии, нефтехимической промышленности, на транспорте и пр. § В настоящее время антропогенная эмиссия кислотных соединений для мира в целом превышает их суммарные естественные выбросы. § В Северном полушарии это соотношение достигает 90: 10, вследствие широкого использования ископаемого топлива в Европе и Северной Америке. § Эти территории выбрасывают в атмосферу около 70 % общемирового объема веществ, образующих антропогенные кислотные осадки, при населении, составляющем только 14 % населения мира.
Ø Основной путь контроля кислотных осадков – применение технологических приемов, снижающих эмиссию оксидов серы и азота. Другой путь – экономия в использовании энергии. Ø В зонах недостаточного увлажнения кислотные осадки нейтрализуются и потому серьезной проблемы не представляют. Наоборот, в зонах избыточного увлажнения воздействие кислотных осадков на почвы, леса, водные объекты сказывается наиболее неблагоприятным образом. Ø Поскольку кислотные осадки переносятся на значительные расстояния, возникает необходимость в международном сотрудничестве в этой области. С этой целью в 1979 г. заключена европейская (с участием США и Канады) Конвенция по трансграничному переносу загрязнений воздуха, к которой впоследствии добавился ряд протоколов по сокращению эмиссии оксидов серы и азота. Ø В процессе выполнения Конвенции достигнуты значительные успехи в снижении асидификации. В большей степени успехи относятся к соединениям серы, в меньшей – к соединениям азота.
Смог ü В атмосферном воздухе особенно промышленных центров и городов, в результате сложных химических реакций смеси газов (главным образом окислов азота и углеводородов, содержащихся в выхлопных газах автомобилей), протекающих в нижних его слоях под действием солнечного света, образуется ядовитый туман.
Фотохимический Лос-анджелесский смог: Ø содержит окислы азота Ø наблюдается в теплое время; Ø образуется в загрязненном воздухе выбросами автотранспорта, под действием солнечной радиации; Ø вызывает раздражение глаз, слизистых оболочек носа и горла, обострение легочных хронических заболеваний.
Лос-анджелесский смог
Лондонский смог: Øгустой, ядовитый туман, появляющийся в осенне-зимнее время. Ø Его главным компонентом является сернистый газ (двуокись серы) Øвызывает катар верхних дыхательных путей, бронхит.
Лондонский смог
Детройтский смог
Нью-йоркский смог
Парниковый эффект §Источником энергии атмосферных процессов является солнечная радиация. §К земной поверхности приходит коротковолновая радиация, тогда как нагреваемая таким образом Земля испускает в атмосферу и далее за ее пределы энергию в виде длинноволнового (инфракрасного, или теплового) излучения. §Некоторые газы в атмосфере, включая водяной пар, отличаются парниковым эффектом, то есть способностью в большей степени пропускать к поверхности Земли солнечную радиацию по сравнению с тепловым излучением, испускаемым нагретой Солнцем Землей. § В результате температура поверхности Земли и приземного слоя воздуха выше, чем она была бы при отсутствии парникового эффекта. §Средняя температура поверхности Земли равна плюс 15 °С, а без парникового эффекта она была бы минус 18 °С. Парниковый эффект один из механизмов жизнеобеспечения на Земле.
Парниковый эффект Для понимания глобального парникового эффекта необходимо понять роль каждого из парниковых газов. v. Доля диоксида углерода СО 2 в парниковом эффекте составляет в настоящее время около 64 %, но эта относительная величина неустойчива, поскольку зависит от изменяющейся роли других парниковых газов. v. Основной источник антропогенного поступления углекислого газа в атмосферу – сжигание горючих ископаемых (угля, нефти, газа) для производства энергии, а также твердого, жидкого, газообразного топлива; изменение способов землепользования, антропогенные лесные пожары.
Парниковый эффект § Метан (СН 4) составляет приблизительно 19 % от общей его величины. ü Метан образуется в анаэробных условиях, таких как естественные болота разного типа, толща сезонной и вечной мерзлоты, рисовые плантации, свалки, сжигание мусора, а также в результате жизнедеятельности жвачных животных и термитов. ü Около 20 % суммарной эмиссии метана связаны с технологией использования горючих ископаемых (сжигание топлива, эмиссии из угольных шахт, добыча и распределение природного газа, переработка нефти). Всего антропогенная деятельность обеспечивает 60 -80 % суммарной эмиссии метана в атмосферу. ü В атмосфере метан неустойчив.
Парниковый эффект § Доля оксида азота (N 2 О) в суммарном парниковом эффекте составляет всего около 6 %. ü Концентрация оксида азота в атмосфере увеличивается. ü Его антропогенные источники приблизительно вдвое меньше естественных. Естественные : океан, влажные леса, сухие саванны, антропогенные: процессы нитрификации и денитрификации на сельскохозяйственных землях. ü Источниками антропогенного оксида азота является сельское хозяйство, сжигание биомассы и промышленность, производящая азотсодержащие вещества. ü Его относительный парниковый потенциал (в 290 раз выше потенциала углекислого газа) и типичная продолжительность существования в атмосфере (120 лет) значительны и компенсируют его невысокую концентрацию.
Парниковый эффект § Озон (О 3) – важный парниковый газ, находящийся как в стратосфере, так и в тропосфере. Естественные источники: пожары и биогенные процессы в почвах. ü Он влияет как на коротковолновую, так и на длинноволновую радиацию, и потому величина его вклада в радиационный баланс в сильной степени зависят от вертикального распределения содержания озона, в особенности на уровне тропопаузы. ü Его территориальное распределение очень изменчиво, а масса в тропосфере составляет не более 10 % массы стратосферного озона. ü Под воздействием солнечной радиации оксиды азота, выделяемые главным образом автомобильным транспортом, распадаются с выделением озона. ü Образуется так называемый фотохимический смог, опасный для здоровья человека и наносящий серьезный ущерб растениям, в том числе сельскохозяйственным культурам.
Последствия парникового эффекта § § § повышение уровня мирового океана, затопление низменных территорий, увеличение волнений в океане, засухи, ураганы, пожары, почвенная эрозия, исчезновения видов и др. § Например, при росте выбросов парниковых газов к 2030 г. глобальная температура может превысить сегодняшние значения на 1°С, а к концу следующего столетия - примерно на 3°С. § По прогнозам австралийских ученых уровень Мирового океана повысится на 40 см, а концу следующего столетия на 1, 2 м.
Качество атмосферного воздуха § Экологический мониторинг – система наблюдений, оценки и прогноза, позволяющая выявить изменение состояния окружающей среды под влиянием антропогенной деятельности. § Важным направлением мониторинговых исследований является оценка качества окружающей среды. § Качество окружающей среды – степень соответствия природных условий физиологическим возможностям человека. § Разработаны научные оценки качества окружающей среды, которые называются стандартами качества окружающей среды.
Качество атмосферного воздуха § Экологические стандарты устанавливают предельно допустимые нормы антропогенного воздействия на окружающую среду, превышение которых несет опасность здоровью человека, губительно для растений и животных. § Предельно-допустимая концентрация (ПДК )– количество вредного вещества в окружающей среде, отнесенное к объему ее конкретного компонента, которое при определенном воздействии и при постоянном контакте не влияет на здоровье людей и не вызывает никаких неблагоприятных последствий. § Предельно-допустимый уровень (ПДУ) устанавливаются для шумового и электромагнитного загрязнения.
Качество атмосферного воздуха § Производственно-хозяйственные стандарты регламентируют экологически безопасный режим работы производственного, коммунально-бытового и др. объектов. § К ним относятся предельно допустимый выброс (ПДВ) и предельно допустимый сброс (ПДС). § Концентрация каждого из загрязняющих веществ, и совместное их присутствие вызывает эффект, называемый эффектом суммации действия. § Таким эффектом, например обладают следующие сочетания вредных веществ: ацетон-фенол, сернистый газ-сероводород, и др.
Нормирование загрязняющих веществ атмосферного воздуха § Для санитарной оценки воздушной среды используются следующие показатели: § ПДКр. з. - предельно допустимая максимальная рабочей зоны. Концентрация химического вещества в воздухе населенных мест, мг/м 3. Эта концентрация при вдыхании в течение 30 мин не должна вызывать рефлекторных реакций в организме человека. § ПДКс. с. - предельно допустимая среднесуточная концентрация химического вещества в воздухе населенных мест, мг/м 3. Она не должна оказывать вредного действия на человека при неопределенно долгом дыхании в течение нескольких лет.
Нормирование загрязняющих веществ атмосферного воздуха § Для санитарной оценки воздушной среды используются следующие показатели: § ПДУ – предельно допустимый уровень воздействия шума и вибрации. § ЛК 50 – летальная концентрация вещества, вызывающая при вдыхании гибель 50 % животных (крысы – 4 часа), мг/м 3. § ПДС (ПДВ) – предельно допустимый сброс (выброс) – допустимая концентрация загрязняющего вещества в сточных водах, мг/м 3. (для газообразных и жидких отходов)
Предельно допустимые концентрации некоторых загрязнителей в воздухе мг/м 3 (по Мальченко, Чистик, Чудаков 1997) Вещество ПДКм. р ПДКс. с ПДКр. з Неорганические Оксид углерода (II) 5 3 20 хлор 0, 1 0, 03 1 аммиак 0, 2 0, 04 20 хлороводород 0, 2 50 сероводород 0, 008 10 озон 0, 16 0, 03 0, 1 Органические бензин 5, 0 0, 5 10 метанол 1, 0 0, 5 5 ацетон 0, 35 20 формальдегид 0, 035 0, 012 0, 015 фенол 0, 01 0, 003 5 Фреон-12 0, 04 100 6000
Национальная система мониторинга окружающей среды Республики Беларусь. Основные законодательные акты по вопросу экологического мониторинга включают Законы : «Об охране окружающей среды» , «О гидрометеорологической деятельности» , «Об охране атмосферного воздуха» , «Об охране озонового слоя» , и др. НСМОС образована в 1993 году и включает различные виды мониторинга. Одним из них является мониторинг атмосферного воздуха, осуществляющий наблюдение и контроль за состоянием воздушного бассейна страны. Наблюдения за состоянием атмосферного воздуха проводятся в 18 городах республики, а также на станции комплексного фонового мониторинга «Березинский заповедник» .
Качество атмосферного воздуха Республики Беларусь §На территории Беларуси основные выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух связаны с работой: §автомобильного транспорта (три четверти всех выбросов), § промышленных предприятий, § строительного комплекса. v Среди отраслей промышленности (ее доля составляет 30— 36 % от общего объема промышленных выбросов), vтопливная промышленность (нефтеперерабатывающая) - 16%, v химическая и нефтехимическая – 6%, vмашиностроение – 10%, vпромышленность строительных материалов—около 9 %. v В настоящее время электростанции Республики Беларусь работают на мазуте и природном газе, поэтому основная доля газообразных токсичных выбросов приходится на SO 2 и NO 2.
Объемы выбросов загрязняющих веществ в Беларуси от стационарных источников, тыс. т. /год
Система мероприятий по защите атмосферного воздуха от загрязнений Санитарно-технические мероприятия: Предусматривает комплекс мер предотвращения загрязнения атмосферного воздуха — строительство газоочистных сооружений и устройств. К современным аппаратам очистки газов от аэрозольных частиц относятся: üсухие обеспыливающие устройства; мокрые, или гидравлические, üпылеуловители; üпористые фильтры; üэлектрофильтры.
Санитарно-технические мероприятия: Прием рассеивания загрязняющих веществ через высокие и сверхвысокие дымовые трубы. Этот метод не позволяет защищать воздушную среду от поступления токсичных примесей, но дает возможность существенно снизить их приземную концентрацию до уровня ПДК. Сущность метода заключается в том, что мощные потоки дымовых газов, двигаясь в трубе с высокой скоростью за счет естественной тяги, рассеиваются на значительном расстоянии от источника загрязнения.
Система мероприятий по защите атмосферного воздуха от загрязнений Технологические мероприятия: § улучшение технологии производства и сжигания топлива; § создание новых технологий, основанных на частично или полностью замкнутых циклах, при которых исключаются выбросы вредных веществ в атмосферу. § утилизация и возвращение в производство ценных продуктов, сырья и материалов.
Система мероприятий по защите атмосферного воздуха от загрязнений Планировочные мероприятия: Øоптимальное расположение промышленных предприятий с учетом "розы ветров", Øсоздание санитарно-защитных зон вокруг промышленных предприятий, Øвынос наиболее токсичных производств за черту города, Øрациональная планировка городской застройки, Ø озеленение городов.
Биоиндикация Метод определения степени загрязненности геофизических сред с помощью живых организмов. В качестве биоиндикаторов используются: vбактерии, vгрибы, vводоросли, vлишайники, vмхи, vнекоторые высшие растения (особенно хвойные породы деревьев) vживотные (беспозвоночные).
Виды лишайников, используемые в лихеноиндикации 1–пармелия; 2–гипогимния; 3–эверния
Степень загрязнения в зависимости от видового разнообразия лишайников Степень Зона загрязнения 1 Загрязнения нет Наличие (+) или отсутствие (–) лишайников кустистые листовые накипные + + + - + + 3 Относительно чистая зона Зона умеренного загрязнения - - + 4 Зона критического загрязнения - - - 2
В декабре 1997 года на встрече в Киото (Япония), делегатами более чем 150 стран был принят Киотский протокол. § Киотским протоколом зафиксированы определенные количественные обязательства по сокращению выбросов парниковых газов для промышленно развитых стран и стран с переходной экономикой. § Эти страны по отдельности или совместно должны обеспечить, чтобы их совокупные антропогенные выбросы парниковых газов не превышали установленные количества. § Сократить общие выбросы парниковых газов по меньшей мере на 5 % по сравнению с уровнем 1990 г. в период действия обязательств с 2008 по 2012 гг.
v. Республика Беларусь ратифицировала Киотский протокол и зафиксировала количественные обязательства по ограничению или сокращению выбросов парниковых газов. v. После подписания Киотского протокола в Республике Беларусь созданы новые законы и институты. v. Беларусь получила право привлекать иностранные инвестиции в проекты, направлены на улучшение экологической обстановки.
ИЗМЕНЕНИЕ КЛИМАТА БЕЛАРУСИ Анализ современного состояния климата позволяет заключить, что в настоящее время отмечается устойчивое повышение средней годовой температуры воздуха. üНаиболее значительный рост температуры наблюдается в январе-апреле. üПочти в два раза возросла средняя повторяемость максимальной температуры превышающей 30 С. üУменьшилась амплитуда суточного и годового хода температуры воздуха. Среднее годовое количество осадков в основном снижается, особенно в южной и центральной частях Беларуси. üУвеличилась территория, где среднегодовое количество осадков стало меньше 600 мм. üВозросла межгодовая вариация осадков и значительно изменилось их распределение внутри года. üЭто особенно заметно в апреле и мае, а так же в августе, когда месячные значения осадков уменьшились на одну пятую часть.
В последнее десятилетие увеличилось число погодных и климатических экстремальных явлений (засух, заморозков, наводнений, теплых зим). üПовторяемость засух увеличивается с севера на юг страны. üВ Гомельской области повторяемость засух с площадью охвата территории не менее 30% составляет 44%, т. е. 1 раз в 2 года, в Брестской 1 раз в 2 -3 года. üСтало соизмеримо количество заморозков на севере и юге страны. Изменения климата Беларуси происходят на фоне его глобальных изменений, связанных с естественными и антропогенными факторами. üИсходя из средних оценок, ожидаемые изменения газового и аэрозольного состава атмосферы, обусловленные в основном антропогенной деятельностью, приведут к увеличению средней годовой температуры на территории Беларуси приблизительно на 1 С к 2025 г. üНа фоне потепления резко возрастут внутригодовые и межгодовые колебания температуры и осадков, увеличится число погодных и климатических экстремальных явлений.
Сценарий возможного изменения средних годовых показателей климата Беларуси в XXI веке Временной срез Параметр Средняя температура воздуха, ºС Максимальная температура воздуха, ºС Осадки, мм/месяц Минимальная температура воздуха, ºС Воздействие 2010– 2039 2040– 2069 гг. ПГ 1, 37 2, 28 ПС 0, 99 1, 84 ПГ 1, 31 2, 17 ПС 0, 90 1, 75 ПГ 1, 5 2, 7 ПС 1, 5 2, 1 ПГ 1, 52 2, 51 ПС 1, 13 2, 03 ПГ – воздействие только парниковых газов; ПС – совместное воздействие парниковых газов и сульфатных аэрозолей.
Скачать презентацию Атмосфера источники загрязнения атмосферы охрана воздушного бассейна Цель
atmosfera новая.ppt