Воздействие загрязнения воздуха

Загрязнение атмосферы Земли или Загрязнение воздуха — происходит, когда в атмосферу Земли попадают вредные или избыточные количества веществ, включая газы (такие как диоксид углерода, монооксид углерода, диоксид серы, оксиды азота, метан и хлорфторуглероды), частицы (как органические, так и неорганические) и биологические молекулы. Это может вызвать заболевания, аллергию и даже смерть для людей, это может также нанести вред другим живым организмам, таким как животные и продовольственные культуры, и может нанести ущерб естественной или искусственной экосистеме (среде). Как человеческая деятельность, так и природные процессы могут вызывать загрязнение воздуха.

Загрязнение воздуха внутри помещений и плохое качество воздуха в городах входят в число двух самых серьёзных проблем с токсичным загрязнением в мире в отчете Блэксмитовского института по наихудшим загрязненным местам 2008 года. Только загрязнение наружного воздуха ежегодно приводит к преждевременной смерти от 2,1 до 4,21 миллионов человек. Согласно отчету Всемирной организации здравоохранения за 2014 год, загрязнение воздуха в 2012 году привело к гибели около 7 миллионов человек во всем мире, что примерно соответствует оценке Международного энергетического агентства. По данным ученых Техасского университета в Остине (США) глобальное загрязнение воздуха сокращает продолжительность жизни человека в среднем на один год. В основном это происходит из-за построенных заводов и различных видов транспорта.

Виды загрязнения

По источникам загрязнения:

• естественное
• антропогенное

По характеру загрязнения атмосферы:

• физическое — механическое (пыль, твердые частицы), радиоактивное (радиоактивное излучение и изотопы), электромагнитное (различные виды электромагнитных волн, в том числе радиоволны), шумовое (различные громкие звуки и низкочастотные колебания) и тепловое загрязнение (например, выбросы тёплого воздуха и т. п.)
• химическое — загрязнение газообразными веществами и аэрозолями. На сегодняшний день основные химические загрязнители атмосферного воздуха это: оксид углерода (IV), оксиды азота, диоксид серы, углеводороды, альдегиды, тяжёлые металлы (Pb, Cu, Zn, Cd, Cr), аммиак, пыль и радиоактивные изотопы

• биологическое — в основном загрязнение микробной природы. Например, загрязнение воздуха вегетативными формами и спорами бактерий и грибов, вирусами, а также их токсинами и продуктами жизнедеятельности.

Источники загрязнения

Основными источниками загрязнения атмосферы являются:

• Природные (естественные загрязнители минерального, растительного или микробиологического происхождения, к которым относят извержения вулканов, лесные и степные пожары, пыль, пыльцу растений, выделения животных, парниковый эффект и др.)
• Искусственные (антропогенные), которые можно разделить на несколько групп:
  • Транспортные — загрязнители, образующиеся при работе автомобильного, железнодорожного, воздушного, морского и речного транспорта;
  • Производственные — загрязнители, образующиеся как выбросы при технологических процессах, отоплении;
  • Бытовые — загрязнители, обусловленные сжиганием топлива в жилище и переработкой бытовых отходов.

По составу антропогенные источники загрязнения атмосферы также можно разделить на несколько групп:

• Механические загрязнители — пыль цементных заводов, пыль от сгорания угля в котельных, топках и печах, сажа от сгорания нефти и мазута, стирающиеся автопокрышки и т. д.;
• Химические загрязнители — пылевидные или газообразные вещества, способные вступать в химические реакции;
• Радиоактивные загрязнители.

Основные загрязнители

• Оксид углерода (СО) — бесцветный газ, не имеющий запаха, известен также под названием «угарный газ». Образуется в результате неполного сгорания ископаемого топлива (угля, газа, нефти) в условиях недостатка кислорода и при низкой температуре. При вдыхании угарный газ за счёт имеющейся в его молекуле двойной связи образует прочные комплексные соединения с гемоглобином крови человека и тем самым блокирует поступление кислорода в кровь.
• Двуокись углерода (СО₂) — или углекислый газ, — бесцветный газ с кисловатым запахом и вкусом, продукт полного окисления углерода. Является одним из парниковых газов.
• Диоксид серы (SO₂) (диоксид серы, сернистый ангидрид) образуется в процессе сгорания серосодержащих ископаемых видов топлива, в основном угля, а также при переработке сернистых руд. Он, в первую очередь, участвует в формировании кислотных дождей. Общемировой выброс SO₂ оценивается в 190 млн тонн в год.

Длительное воздействие диоксида серы на человека приводит вначале к потере вкусовых ощущений, стесненному дыханию, а затем — к воспалению или отеку лёгких, перебоям в сердечной деятельности, нарушению кровообращения и остановке дыхания.

• Оксиды азота (оксид и диоксид азота) — газообразные вещества: монооксид азота NO и диоксид азота NO₂ объединяются одной общей формулой NO_х . При всех процессах горения образуются окислы азота, причем большей частью в виде оксида. Чем выше температура сгорания, тем интенсивнее идет образование окислов азота.

Другим источником окислов азота являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения. Количество окислов азота, поступающих в атмосферу, составляет 65 млн тонн в год. От общего количества выбрасываемых в атмосферу оксидов азота на транспорт приходится 55 %, на энергетику — 28 %, на промышленные предприятия — 14 %, на мелких потребителей и бытовой сектор — 3 %.

• Озон (О₃) — газ с характерным запахом, более сильный окислитель, чем кислород. Его относят к наиболее токсичным из всех обычных загрязняющих воздух примесей. В нижнем атмосферном слое озон образуется в результате фотохимических процессов с участием диоксида азота и летучих органических соединений.
• Углеводороды — химические соединения углерода и водорода. К ним относят тысячи различных загрязняющих атмосферу веществ, содержащихся в несгоревшем бензине, жидкостях, применяемых в химчистке, промышленных растворителях и т. д.
• Свинец (Pb) — серебристо-серый металл, токсичный в любой известной форме. Широко используется для производства красок, боеприпасов, типографского сплава и т. п. Около 60 % мировой добычи свинца ежегодно расходуется для производства кислотных аккумуляторов. Однако основным источником (около 80 %) загрязнения атмосферы соединениями свинца являются выхлопные газы транспортных средств, в которых используется этилированный бензин.

Промышленные пыли в зависимости от механизма их образования подразделяются на следующие 4 класса:

• механическая пыль — образуется в результате измельчения продукта в ходе технологического процесса;
• возгоны — образуются в результате объёмной конденсации паров веществ при охлаждении газа, пропускаемого через технологический аппарат, установку или агрегат;
• летучая зола — содержащийся в дымовом газе во взвешенном состоянии несгораемый остаток топлива, образуется из его минеральных примесей при горении;
• промышленная сажа — входящий в состав промышленного выброса твёрдый высокодисперсный углерод, образуется при неполном сгорании или термическом разложении углеводородов.

Основными источниками антропогенных аэрозольных загрязнений воздуха являются теплоэлектростанции, потребляющие уголь. Сжигание каменного угля, производство цемента и выплавка чугуна дают суммарный выброс пыли в атмосферу, равный 170 млн тонн в год.

Влияние на здоровье

В 2012 году загрязнение воздуха вызывало преждевременную смерть в среднем на 1 год в Европе и являлось значительным фактором риска для ряда заболеваний, связанных с загрязнением, включая респираторные инфекции, болезни сердца, ХОБЛ, инсульт и рак легких. Воздействие на здоровье, вызванное загрязнением воздуха, может включать затруднение дыхания, одышку, кашель, астму и ухудшение существующих респираторных и сердечных заболеваний. Эти эффекты могут привести к увеличению использования лекарств, посещений врача или отделения неотложной помощи, большему количеству госпитализаций и преждевременной смерти. Воздействие плохого качества воздуха на здоровье человека имеет далеко идущие последствия, но в основном затрагивает дыхательную и сердечно-сосудистую систему человека. Индивидуальные реакции на загрязнители воздуха зависят от типа загрязнителя, которому подвергается человек, степени воздействия, а также состояния здоровья и генетики человека. Наиболее распространенными источниками загрязнения воздуха являются твердые частицы, озон, диоксид азота и диоксид серы. Дети в возрасте до пяти лет, которые живут в развивающихся странах, являются наиболее уязвимым населением с точки зрения общей смертности, связанной с загрязнением воздуха внутри и снаружи помещений.

Смертность

По оценкам Всемирной организации здравоохранения в 2014 году, загрязнение воздуха каждый год приводит к преждевременной смерти около 7 миллионов человек во всем мире. Исследования, опубликованные в марте 2019 года, показали, что их число может составлять около 8,8 миллиона.

В Индии самый высокий уровень смертности из-за загрязнения воздуха. По данным Всемирной организации здравоохранения, в Индии также больше смертей от астмы, чем в любой другой стране. В декабре 2013 года загрязнение воздуха, по оценкам, ежегодно уносило жизни 500 000 человек в Китае. Существует уверенная корреляция между смертностью от пневмонии и загрязнением воздуха от выбросов автотранспорта.

Ежегодно преждевременные смерти в Европе, вызванные загрязнением воздуха, оцениваются в 430 000 — 800 000. Важной причиной этих смертей являются диоксид азота и другие оксиды азота (NOx), выделяемые дорожными транспортными средствами. В консультационном документе 2015 года правительство Великобритании раскрыло, что двуокись азота является причиной 23 500 преждевременных смертей в Великобритании в год.

Борьба с загрязнением

Существуют различные технологии и стратегии контроля загрязнения воздуха для снижения загрязнения воздуха. На самом базовом уровне планирование землепользования может включать планирование зонирования и транспортной инфраструктуры. В большинстве развитых стран планирование землепользования является важной частью социальной политики, обеспечивающей эффективное использование земли в интересах экономики и населения в целом, а также для защиты окружающей среды.

Поскольку большая доля загрязнения воздуха вызвана сжиганием ископаемого топлива, таких как уголь и нефть, сокращение этих видов топлива может значительно сократить загрязнение воздуха. Наиболее эффективным является переход на чистые источники энергии, такие как энергия ветра, солнечная энергия, гидроэнергия, которые не вызывают загрязнение воздуха.

Очень эффективным средством снижения загрязнения воздуха является переход на возобновляемую энергию. Согласно исследованию, опубликованному в 2015 году в журнале «Energy and Environmental Science», переход на 100 % возобновляемую энергию в Соединенных Штатах позволил бы устранить около 62 000 случаев преждевременной смертности в год и около 42 000 в 2050 году, если бы не использовалась биомасса. Это позволило бы сэкономить около 600 млрд. Долл. США на расходах на здравоохранение в год из-за сокращения загрязнения воздуха в 2050 году, или около 3,6 % от валового внутреннего продукта США в 2014 году.

В целях борьбы с загрязнением атмосферы, и в частности с целью уменьшения выброса углекислого газа многими странами в 1997 году был подписан Киотский протокол.

Оценка воздействия

Риск загрязнения воздуха зависит (является функцией) от опасности загрязнителя и воздействия этого загрязнителя. Воздействие загрязнения воздуха может быть выражено для отдельного человека, для определённых групп (например, кварталов или детей, проживающих в стране) или для всего населения. Например, можно рассчитать воздействие опасного загрязнителя воздуха для географического района, который включает различные микросреды и возрастные группы. Это можно рассчитать как воздействие при вдыхании.