АДАПТАЦІЯ РОСЛИН ДО АНТРОПОГЕННИХ ЧИННИКІВ - 2017
3. ЗАБРУДНЕННЯ ДОВКІЛЛЯ ПРОМИСЛОВИМИ ХІМІЧНИМИ ВІДХОДАМИ
Хімічне забруднення довкілля - це наявність в атмосфері, ґрунті та водоймах речовин, не властивих цим середовищам у значних концентраціях. Ці речовини, як правило, спричинюють негативний вплив довкілля на живі організми.
3.1. Загальна характеристика забруднення атмосфери
Атмосфера забруднюється різноманітними газами, дрібними часточками і рідкими речовинами, які негативно впливають на живі організми та погіршують умови їхнього існування. Джерела забруднення атмосфери можуть бути природними та штучними (антропогенними, Рис. 4).
Рис. 4 - Джерела забруднення атмосфери
Природне забруднення атмосфери. У нормі природні джерела забруднення не спричинюють істотних змін складу повітря. Інтенсивне поширення полютантів, які надходять з природних джерел забруднення на певній території (викиди попелу і газів вулканами, лісові і степові пожежі тощо), може стати суттєвою причиною забруднення атмосфери. Так, під час виверження вулкана Кракатау у 1883 р. маса попелу та пилу становила 150 млрд т, і вони поширилися майже по всій земній кулі. Внаслідок виверження вулкана на Алясці в 1912 р. в атмосферу надійшло понад 20 млрд т пилу, який тривалий час утримувався в повітрі. Такі катастрофічні явища зумовлюють іноді утворення світлонепроникного екрана навколо Землі, а також зміну її теплового балансу. Проте природні забруднення атмосфери здебільшого не завдають великої шкоди живим організмам, бо відбуваються за певними геологічними законами з певною періодичністю.
Штучне (антропогенне) забруднення атмосфери відбувається внаслідок зміни її складу та властивостей під впливом діяльності людини. За агрегатним станом, хімічним складом та характером впливу на атмосферу штучні джерела забруднення умовно поділяють на технічні (пил цементних заводів, дим і сажа від згоряння вугілля) та хімічні (пило- або газоподібні речовини, які можуть вступати в хімічні реакції, Рис. 5).
Рис. 5 - Типи штучного забруднення атмосфери
3.1.1. Типи атмосферних забруднень
У країнах з високорозвине- ною промисловістю звичайно виділяють два типи атмосферних забруднень, чи «смогу»: фотохімічний (лос-анджелеський) та лондонський (Томас, 1962). Діючим початком в обох служать газоподібні речовини й аерозолі різного складу.
Фотохімічний тип забруднення атмосфери (смог) характеризується вмістом у приземному шарі повітря великої кількості вуглеводнів перекисної природи. Основними джерелами надходження їх в атмосферу служать продукти неповного згоряння бензину й масел у двигунах внутрішнього згоряння і летучі фракції нафти. У районі Лос-Анджелесу, за даними Стенфордського науково-дослідного інституту, у 1953 р. у середньому щодоби викидалося в повітря близько 1 080 т вуглеводнів і 1 380 т інших органічних забруднювачів.
В останні роки в літературних джерелах все частіше обговорюється питання про екологічну кризу, що нависла над людством. Непродумані дії людини підривають здатність природних комплексів до саморегуляції, порушують динамічну рівновагу в природних і штучних екосистемах, створюють умови, непридатні для нормального функціонування всіх компонентів екосистем. Цьому сприяють, в першу чергу, надходження в біосферу речовин, що виділяються при різноманітних технологічних процесах. Щорічно в атмосферу Землі надходить 200 млн т окисів вуглецю, 50 млн т вуглеводнів, 146 млн т діоксиду сірки, 53 млн т оксидів азоту, а також велика кількість сполук фтору, хлору, сірководню та органічних речовин. Кількість вуглекислого газу за розрахунками спеціалістів продовжує збільшуватись. Значну частину полютантів становлять важкі метали В останні роки кількість викидів зросла в декілька разів.
Промислові підприємства щорічно викидають в атмосферу мільйони тонн шкідливих речовин, з яких майже чверть припадає на частку підприємств металургійної промисловості. В Україні більше половини токсикантів становлять окиси вуглецю, близько 20 % - пилові частинки, по 10 % сірчистий газ та вуглеводні, решта - оксиди азоту та інші домішки. Через кожні 10 років рівень токсичних речовин в атмосфері збільшується вдвоє.
Вважається, що полютанти в момент надходження в атмосферу або в нічний час не завдають значної шкоди живим організмам. Токсичність забруднюючих речовин різко зростає після деякого періоду освітлення сонячними променями. Згідно з теорією Хаагена-Сміта, утворення смогу відбувається в результаті фотохімічної взаємодії його компонентів з атомарним киснем. Діоксид азоту, сірчистий ангідрид і альдегіди здатні поглинати ультрафіолетові промені і переходити в активний стан. Вивільнюваний при цьому атомарний кисень реагує з молекулярним киснем повітря. Частина атомарного кисню може утворюватися із сірчистого ангідриду чи альдегідів. В утворенні озону найбільш істотна роль належить двоокису азоту. Молекула останнього під дією ультрафіолетових променів перетворюється в окис азоту й атомарний кисень. Передбачається, що реакції здійснюються у такій послідовності:
Цей процес повторюється багаторазово за збереження кількості окислів азоту, що беруть участь у ньому. Тому навіть незначний вміст окислів азоту в повітрі служить причиною нагромадження в ньому озону, що досягає концентрації 3-4 · 10-5 % і більше від об’єму повітря.
Озон і окисли азоту реагують з органічними домішками повітря, у результаті чого утворюються ненасичені вуглеводні, альдегіди, кетони, кислоти й інші речовини із сильно вираженою фітотоксичною дією. Вважають, що пероксилацетилнітрат (ПАН), який утворюється за цих умов, є специфічним діючим початком смогу лос-анджелеського типу.
За утворення надлишку озону в повітрі відзначене подальше окислення двоокисів азоту і сірки з утворенням відповідно азотної і сірчистої кислот:
Кислоти, що утворилися, утримуються в повітрі у вигляді рідкого аерозолю. Контактуючи з листям, вони викликають точкові ушкодження.
Хімічний склад лос-анджелеського смогу характеризується великою кількістю насичених і ненасичених вуглеводнів рядів від С2 до С10, що містяться у ньому.
Фотохімічний смог широко розповсюджений у багатьох містах США, Італії, Франції й інших країн з інтенсивним автомобільним рухом, але ослабленим обміном повітря і достатком сонячного світла.
Лондонський тип забруднення атмосфери (смог) характеризується скупченням у приземному шарі повітря переважно продуктів неповного згоряння кам’яного вугілля.
Сірчистий і сірчаний ангідриди легко розчиняються у крапельках туману й утворюють аерозолі сірчистої і сірчаної кислот. Пилоподібні частки вугілля, золи і різних солей також мають фітотоксичну дію. Найчастіше речовини, що містяться в лондонському смозі, мають відновні властивості. Висока токсичність останнього виявляється під час штилю і температурної інверсії, але наявність туману не обов’язкова.
Атмосферне забруднення лондонського типу властиве не тільки Великобританії, але і промисловим районам інших країн північної Європи, за викидання в атмосферу речовин ідентичного складу і за високої вологості повітря, часто повторюваної суцільної хмарності, температурній інверсії і слабкому обміні повітря в приземному шарі.
Промисловість України - високорозвинена і багатогалузева. Особливо інтенсивно в країні ведеться видобуток і переробка кам’яного вугілля, залізної та інших руд, нафти, природного газу. В Україні працює велика кількість різноманітних хімічних підприємств і заводів з переробки сільськогосподарської продукції. Так, на одиницю площі в Україні в 1961 р. продуктивність підприємств чорної металургії перевершувала в 2-4 рази ті ж показники в США. В наступні роки це розходження ще більш зросло.
Кислі і лужні гази, реагуючи між собою, а також з активними компонентами повітря (водяна пара, кисень тощо), утворюють нові сполуки. Усі вони в газоподібному чи розчиненому у воді вигляді проникають у рослини, викликаючи порушення їхньої життєдіяльності. Іноді шкідлива дія токсичних газів і аерозолів виявляється на відстані до 50 км від підприємств.
В Україні порівняно рідко сполучається безвітряна погода з тривалою температурною інверсією і суцільними хмарами, туманами чи опадами. У зв’язку з цим протягом вегетаційного періоду тут рідше, ніж у північних районах, спостерігається скупчення основної маси фітотоксикантів у приземному шарі повітря. Цьому протидіє рівнинний рельєф місцевості, а також постійні вітри. Якщо ж сполучається відсутність руху повітряних мас з туманом чи опадами, то біля земної поверхні утримується утворена промисловими і транспортними викидами імла з різким дратівним запахом, що спричинює сильну токсичну дію на рослини. Крім того, у Донецько-Придніпровському промисловими регіоні скупчена основна маса промислових підприємств важкої промисловості України. Це визначає широкий спектр забруднювачів та високі їх концентрації. Саме ці обставини дозволили Г. М. Ількун виділити особливий український тип забруднення атмосфери.