Экология. Загрязнение атмосферы Земли

 Фотохимический туман  сопровождается неприятным запахом, резко снижается видимость, у  людей е оболочки горла, возникает  удушье  обостряются легочные заболевания: бронхиальная астма. Фотохимический туман вызывает коррозию металлов, растрескивание красок резиновых и синтетических изделий, портит одежду, нарушает работу транспорта . 
Озон и ПАН (компоненты смоги) особенно токсичны для растений. При концентрации 0,1 ppmv Оз в воздухе даже астматики еще не испытывают раздражающего воздействия, в то время как скорость фотосинтеза у растений падает вдвое. Это очень серьезная проблеме в южных сельскохозяйственных регионах, танин к Красноярский край в России, Калифорния в сии, центральная Часть Таиланда, юго-запад Кореи, где развитое сельское хозяйство сочетается с развитой  промышленностью .Только в Калифорнии потери сельскохозяйственной продукции со таких газов, Как 0з и ПАН, оцениваются ежегодно в миллиарды долларов. [5.]

2. Озоновый слой Земли

Озоновый слой, находящийся на высотах от 10 до 50 км,

защищает земную поверхность от ультрафиолетовых лучей Солнца. В

настоящее время достоверно неизвестно, каковы основные процессы,

нарушающие озоновый слой. Предполагается, что более вероятно его

исчезновение связано с выбросами в атмосферу ряда веществ, что

приводит к так называемым «озоновым дырам». Наибольшие по размерам

озоновые дыры на нашей планете зафиксированы над южным и северным

полюсами, где они уже практически не исчезают. К веществам, разрушающим озоновый слой, относятся хлорфторуглероды (фреоны). Они используются как охладители в холодильных установках, а также как компонент различных аэрозолей. Поднимаясь в атмосферу, фреоны разлагаются с выделением активного хлора, разрушающего молекулу озона.

Однако некоторые ученые говорят о естественном происхождении

«озоновых дыр». Причины их возникновения они видят в естественной

изменчивости озоносферы, циклической активности Солнца, а также с

процессами дегазации Земли. Проникающие ультрафиолетовые лучи солнца опасны для всего живого на Земле. Особенно отрицательно они действуют на здоровье человека, его иммунную и генную системы, вызывая рак кожи и

катаракту. Ультрафиолетовые лучи могут уничтожить планктон – организмы, составляющие основу цепи питания в океане. Они также опасны для  растительного мира на суше, в том числе для сельскохозяйственных культур. При полном разрушении озонового слоя на земле возможна гибель всего живого. [1.]

2.1. Загрязнение атмосферы выбросами транспорта

Большую долю в загрязнении атмосферы составляют выбросы вредных веществ от автомобилей. В 1997 г. в Москве эксплуатировались 2400 тыс. автомобилей при нормативе 800 тыс. автомобилей на действующие дороги.

В настоящее время на долю автомобильного транспорта приходится больше половины всех вредных выбросов в окружающую среду, которые являются главным источником загрязнения атмосферы, особенно в крупных городах. В среднем при пробеге 15 тыс. км за год каждый автомобиль сжигает 2 т топлива и около 26 - 30 т воздуха, в том числе 4,5 т кислорода, что в 50 раз больше потребностей человека. При этом автомобиль выбрасывает в атмосферу (кг/год): угарного газа - 700, диоксида азота - 40, несгоревших углеводородов - 230 и твердых веществ - 2 - 5. Кроме того, выбрасывается много соединений свинца из-за применения в большинстве своем этилированного бензина.

Наблюдения показали, что в домах, расположенных рядом с большой дорогой (до 10 м), жители болеют раком в 3 - 4 раза чаще, чем в домах, удаленных от дороги на расстояние 50 м. Транспорт отравляет также водоемы, почву и растения.

Токсичными выбросами двигателей внутреннего сгорания (ДВС) являются отработавшие и картерные газы, пары топлива из карбюратора и топливного бака. Основная доля токсичных примесей поступает в атмосферу с отработавшими газами ДВС. С картерными газами и парами топлива в атмосферу поступает приблизительно 45 % углеводородов от их общего выброса.

Количество вредных веществ, поступающих в атмосферу в составе отработавших газов, зависит от общего технического состояния автомобилей и, особенно, от двигателя - источника наибольшего загрязнения. Так, при нарушении регулировки карбюратора выбросы оксида углерода увеличиваются в 4...5 раза. Применение этилированного бензина, имеющего в своем составе соединения свинца, вызывает загрязнение атмосферного воздуха весьма токсичными соединениями свинца. Около 70 % свинца, добавленного к бензину с этиловой жидкостью, попадает в виде соединений в атмосферу с отработавшими газами, из них 30 % оседает на земле сразу за срезом выпускной трубы автомобиля, 40 % остается в атмосфере. Один грузовой автомобиль средней грузоподъемности выделяет 2,5...3 кг свинца в год. Концентрация свинца в воздухе зависит от содержания свинца в бензине.

Исключить поступление высокотоксичных соединений свинца в атмосферу можно заменой этилированного бензина неэтилированным.

Выхлопные газы ГТДУ содержат такие токсичные компоненты, как оксид углерода, оксиды азота, углеводороды, сажу, альдегиды и др. Содержание токсичных составляющих в продуктах сгорания существенно зависит от режима работы двигателя. Высокие концентрации оксида углерода и углеводородов характерны для газотурбинных двигательных установок (ГТДУ) на пониженных режимах (при холостом ходе, рулении, приближении к аэропорту, заходе на посадку), тогда как содержание оксидов азота существенно возрастает при работе на режимах, близких к номинальному (взлете, наборе высоты, полетном режиме).

Суммарный выброс токсичных веществ в атмосферу самолетами с ГТДУ непрерывно растет, что обусловлено повышением расхода топлива до 20...30 т/ч и неуклонным ростом числа эксплуатируемых самолетов. Отмечается влияние ГТДУ на озоновый слой и накопление углекислого газа в атмосфере.

Наибольшее влияние на условия обитания выбросы ГГДУ оказывают в аэропортах и зонах, примыкающих к испытательным станциям. Сравнительные данные о выбросах вредных веществ в аэропортах подзывают, что поступления от ГТДУ в приземной слой атмосферы составляют, %: оксид углерода - 55, оксиды азота - 77, углеводороды - 93 и аэрозоль - 97. Остальные выбросы выделяют наземные транспортные средства с ДВС.

Загрязнение воздушной среды транспортом с ракетными двигательными установками происходит главным образом при их работе перед стартом, при взлете, при наземных испытаниях в процессе их производства или после ремонта, при хранении и транспортировании топлива. Состав продуктов сгорания при работе таких двигателей определяется составом компонентов топлива, температурой сгорания, процессами диссоциации и рекомбинации молекул. Количество продуктов сгорания зависит от мощности (тяги) двигательных установок. При сгорании твердого топлива из камеры сгорания выбрасываются пары воды, диоксид углерода, хлор, пары соляной кислоты, оксид углерода, оксид азота, а также твердые частицы Аl2O3 со средним размером 0,1 мкм (иногда до 10 мкм).

При старте ракетные двигатели неблагоприятно воздействуют не только на приземной слой атмосферы, но и на космическое пространство, разрушая озоновый слой Земли. Масштабы разрушения озонового слоя определяются числом запусков ракетных систем и интенсивностью полетов сверхзвуковых самолетов.

В связи с развитием авиации и ракетной техники, а также интенсивным использованием авиационных и ракетных двигателей в других отраслях народного хозяйства существенно возрос общий выброс вредных примесей в атмосферу. Однако на долю этих двигателей приходится пока не более 5 % токсичных веществ, поступающих в атмосферу от транспортных средств всех типов. [2.]

2.2. Мероприятия  по борьбе с выбросами автотранспорта

Большое значение также имеет повседневный контроль за автомобилями. Все автохозяйства обязаны следить за исправностью выпускаемых машин. При хорошо работающем двигателе в выхлопных газах окиси углерода должно содержаться не более допустимой нормы. Положением о Государственной автомобильной инспекции на нее возложен контроль за выполнением мероприятий по охране окружающей среды от вредного влияния автомототранспорта. ГОСТ под номером 17.2.03.77, введенный в нашей стране с 1 июля 1978 г., имеет символическое название «Охрана природы. Атмосфера». В подзаголовке конкретизируется: «Содержание окиси углерода в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями. Нормы и метод определения».

В таких больших городах, как Москва, Санкт-Петербург, Киев, работают службы чистого воздуха. На дизельные автомобили имеется специальный ГОСТ «Автомобили с дизелями. Дымность отработавших газов». Кроме норм, ГОСТ содержит методику, которая дает подробные рекомендации водителю: как определить содержание окиси углерода в выхлопе, как отрегулировать двигатель. Отечественные стандарты предусматривают дальнейшее поэтапное ужесточение норм выброса токсичных веществ. Автомобили, выпускаемые в нашей стране, отвечают требованиям действующих стандартов. На заводах введены контроль и регулирование автомобилей по токсичности и дымности отработавших газов. В СССР созданы приборы, которые следят за тем, чтобы машины, выходящие в рейс, не превышали допустимых норм выбросов вредных газов. Другие приборы измеряют окислы азота, углеводорода. Создана аналитическая система, автоматически регистрирующая одновременно основные транспортные выбросы. Смоленские приборостроители начали ее серийный выпуск. Системы управления городским транспортом. Разработаны новые системы регулирования уличного движения, которые сводят к минимуму возможность образования пробок, потому что, останавливаясь и потом набирая скорость, автомобиль выбрасывает в несколько раз больше вредных веществ, чем при равномерном движении. Расширяются улицы между проезжей частью дорог и жилыми домами. Построены автомагистрали в обход городов. Любые вопросы организации движения надо рассматривать с точки зрения не только обеспечения безопасности, но и уменьшения токсичности выхлопных газов. Почему, скажем, предельная скорость движения в городе установлена не 80 и не 50, а 60 км в час? Именно на эту скорость у легковых автомобилей приходится минимум вредных выбросов. При резком же увеличении или уменьшении скорости движения выброс возрастает более чем вдвое. В Москве проводится большая работа по улучшению организации и безопасности движения транспорта, роль техники регулирования сегодня очень велика. Большое значение в регулировании движения приобретает привычный всем нам скромный светофор. Напряженный и все усложняющийся ритм автомобильных потоков в столице регулируют около 800 светофоров. На 42 магистралях они работают по четкой, координированной системе, известной как «Зеленая волна».

В Москве создана автоматизированная система управления дорожным движением «Старт», которая принципиально отличается от более простых подобных систем, действующих в настоящее время в столице и во многих других городах Советского Союза. Благодаря совершенным техническим средствам, математическим методам и вычислительной технике она позволит оптимально управлять движением транспорта во всем городе и полностью освободит человека от обязанностей непосредственного регулирования автомобильных потоков. В новом здании, которое поднялось на Садово-Каретной улице столицы, расположился единый общегородской центр управления движением транспорта уникальной телеавтоматической системы «Старт». За последнее десятилетие в Москве значительно возросли количество автомобилей и интенсивность транспортных потоков на ее магистралях. Одновременно на них находится в движении от 350 до 450 тыс. автомобилей. Основные магистрали города, как Садовое кольцо, улица Горького и другие, уже давно работают на пределе своих пропускных возможностей. 
Системе «Старт» и предстоит решать задачи по организации движения, управлению потоками транспортных средств, равномерному распределению их по уличным артериям. С ее помощью можно будет оперативно анализировать изменяющиеся дорожные условия, выбирать оптимальный режим регулирования движения транспорта светофором.

На первом этапе «Старт» внедряется в пределах Садового кольца. «Старт» — сложная и уникальная система, на данный момент не имеющая аналогов в мире. Автоматизированное управление движением в таких крупных городах, как Токио, Лондон или Вашингтон, осуществляется лишь в пределах района или одной магистрали, а не всего города, как это будет в Москве. Несомненно, «Старт» усилит пропускную способность столичных магистралей, снизит число дорожно-транспортных происшествий и не только повысит эффективность работы транспорта, но и, сократив задержки движения, благотворно повлияет на состояние воздушного бассейна города. Таков «Старт» — пионер комплексного решения проблемы автоматического управления дорожным движением. «Старт» на 20—25% сократит задержки транспорта у перекрестков, на 8—10% уменьшит количество дорожно-транспортных происшествий, улучшит санитарное состояние городского воздуха, увеличит скорость сообщения общественного транспорта, снизит уровень шумов. По мнению специалистов, перевод автотранспорта на дизельные двигатели уменьшит выброс в атмосферу вредных веществ. В выхлопе дизеля почти не содержится ядовитой окиси углерода, так как дизельное топливо сжигается в нем практически полностью. К тому же дизельное топливо свободно от тетраэтила свинца, присадки, которая используется для повышения октанового числа бензина, сжигаемого в современных карбюраторных двигателях с высокой степенью сжигания. 
Дизель экономичнее карбюраторного двигателя на 20—30%. Более того, для производства 1 л дизельного топлива требуется в 2,5 раза меньше энергии, чем для производства того же количества бензина. Получается, таким образом, как бы двойная экономия энергоресурсов. Именно этим объясняется быстрый рост числа автомобилей, работающих на дизельном топливе. В 1976 г. в США продано 25 тыс. легковых автомобилей с дизельными двигателями, а в 1980 г.—400 тыс. Намечено довести долю дизельных автомобилей в общем числе выпускаемых легковых автомобилей до 15—20%. Согласно прогнозам Агентства по охране окружающей среды США, к 1990 г. 25% всех продаваемых в стране легковых автомобилей будут иметь дизельные двигатели.

Совершенствование двигателей внутреннего сгорания. Создание автомобилей с учетом требований экологии—одна из серьезных задач, которые стоят сегодня перед конструкторами. Совершенствование процесса сгорания топлива в двигателе внутреннего сгорания, применение электронной системы зажигания приводит к уменьшению в выхлопе вредных веществ. Для экономии топлива создаются различные типы зажигания. Инженеры югославского объединения «Электроника индустрия» создали электронную систему со сроком службы 30 тыс. ч. Кроме прочего, она регулирует расход горючего. А одна из английских фирм использовала плазменный вариант, обеспечивающий легкое воспламенение бедной горючей смеси. Автомобиль, оборудованный такой системой, расходует всего 2 л на 100 км пробега. Разработаны и другие методы экономии. Французская фирма «Рено» экспериментирует с автомобильными газогенераторами. Сырьем для них служат древесина, солома, стебли кукурузы и другие растительные остатки. При сжигании полученного газа в смеси с дизельным топливом последнего нужно в 3—4 раза меньше.