Введение

Атмосфера - это воздушная оболочка Земли, связанная с ней силой тяжести и принимающая участие в ее суточном и годовом вращении, характеризуется  выраженной неоднородностью строения и состава. Атмосфера - самая тонкая оболочка Земли. Это самый маленький резервуар. Именно ограниченные размеры атмосферы делают её такой чувствительной к почти любому загрязнению. Даже внесение небольших количеств вещества может привести к значительным изменениям атмосферы. 

А насколько чистым воздухом дышим мы? Ковров является вторым по размеру (после Владимира) городом области.  Ковров является промышленным городом, в котором проживает 148 355 человек (2010). На территории города Коврова действует 14 заводов, около 30 деревообрабатывающих предприятий и около 100 различных производств.  Кроме того, с каждым годом растет число автомобилей, что оказывает существенное влияние на экологическую обстановку в городе. По данным ГИБДД в г. Коврове зарегистрировано более 50 000 автомобилей.

Целью проекта является оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха в г. Коврове.

Глава 1.      

Понятие атмосферы

Атмосфе́ра (от. др.-греч. ἀτμός — пар и σφαῖρα — шар) — газовая оболочка (геосфера), окружающая планету Земля. Внутренняя её поверхность покрывает гидросферу и частично земную кору, внешняя граничит с околоземной частью космического пространства. Также существует определение атмосферы, как внешней геологической газовой оболочки Земли

Физические свойства

Толщина атмосферы — примерно 2000—3000 км от поверхности Земли. Суммарная масса воздуха в атмосфере — (5,1—5,3)·1018 кг. Из них масса сухого воздуха составляет 5,1352 ± 0,0003·1018 кг, общая масса водяных паров в среднем равна 1,27·1016 кг.

Молярная масса чистого сухого воздуха составляет 28,966 г/моль, плотность воздуха у поверхности моря приблизительно равна 1,2 кг/м3. Давление при 0 °C на уровне моря составляет 101,325 кПа; критическая температура — −140,7 °C; критическое давление — 3,7 МПа;

За «нормальные условия» у поверхности Земли приняты: плотность 1,2 кг/м3, барометрическое давление 101,35 кПа, температура плюс 20 °C и относительная влажность 50 %. Эти условные показатели имеют чисто инженерное значение.

Химический состав

Атмосфера Земли возникла в результате выделения газов при вулканических извержениях. С появлением океанов и биосферы она формировалась и за счёт газообмена с водой, растениями, животными и продуктами их разложения в почвах и болотах.

Состав сухого воздуха

В настоящее время атмосфера Земли состоит в основном из газов и различных примесей (пыль, капли воды, кристаллы льда, морские соли, продукты горения).

Концентрация газов, составляющих атмосферу, практически постоянна, за исключением воды (H2O) и углекислого газа (CO2),см. табл. 1.

Таблица 1. Состав атмосферы.

Кроме указанных в таблице газов, в атмосфере содержатся SO2, NH3, СО, озон, углеводороды, HCl, HF, пары Hg, I2, а также NO и многие другие газы в незначительных количествах. В тропосфере постоянно находится большое количество взвешенных твёрдых и жидких частиц (аэрозоль).

История образования атмосферы

Согласно наиболее распространённой теории, атмосфера Земли во времени пребывала в трёх различных составах. Первоначально она состояла из лёгких газов (водорода и гелия), захваченных из межпланетного пространства. Это так называемая первичная атмосфера (около четырех миллиардов лет назад). На следующем этапе активная вулканическая деятельность привела к насыщению атмосферы и другими газами, кроме водорода (углекислым газом, аммиаком, водяным паром). Так образовалась вторичная атмосфера (около трех миллиардов лет до наших дней). Эта атмосфера была восстановительной. Далее процесс образования атмосферы определялся следующими факторами:

- утечка легких газов (водорода и гелия) в межпланетное пространство;

- химические реакции, происходящие в атмосфере под влиянием ультрафиолетового излучения, грозовых разрядов и некоторых других факторов.

Постепенно эти факторы привели к образованию третичной атмосферы, характеризующейся гораздо меньшим содержанием водорода и гораздо большим — азота и углекислого газа (образованы в результате химических реакций из аммиака и углеводородов).

Азот

Образование большого количества азота N2 обусловлено окислением аммиачно-водородной атмосферы молекулярным кислородом О2, который стал поступать с поверхности планеты в результате фотосинтеза, начиная с 3 млрд лет назад. Также азот N2 выделяется в атмосферу в результате денитрификации нитратов и других азотсодержащих соединений. Азот окисляется озоном до NO в верхних слоях атмосферы.

Азот N2 вступает в реакции лишь в специфических условиях (например, при разряде молнии).

Кислород

Состав атмосферы начал радикально меняться с появлением на Земле живых организмов, в результате фотосинтеза, сопровождающегося выделением кислорода и поглощением углекислого газа. Первоначально кислород расходовался на окисление восстановленных соединений — аммиака, углеводородов, закисной формы железа, содержавшейся в океанах и др. По окончании данного этапа содержание кислорода в атмосфере стало расти. Постепенно образовалась современная атмосфера, обладающая окислительными свойствами. Поскольку это вызвало серьёзные и резкие изменения многих процессов, протекающих в атмосфере, литосфере и биосфере, это событие получило название Кислородная катастрофа.

Углекислый газ

Содержание в атмосфере СО2 зависит от вулканической деятельности и химических процессов в земных оболочках, но более всего — от интенсивности биосинтеза и разложения органики в биосфере Земли. Практически вся текущая биомасса планеты (около 2,4·1012 тонн) образуется за счет углекислоты, азота и водяного пара, содержащихся в атмосферном воздухе. Захороненная в океане, в болотах и в лесах органика превращается в уголь, нефть и природный газ.

Благородные газы

Источник инертных газов — аргона, гелия и криптона — вулканические извержения и распад радиоактивных элементов. Земля в целом и атмосфера в частности обеднены инертными газами по сравнению с космосом. Считается, что причина этого заключена в непрерывной утечке газов в межпланетное пространство

Значение атмосферы

Атмосферный воз дух занимает особое положение среди других компонентов био сферы. Значение его для всего живого на Земле невозможно переоценить. Человек может находиться без пищи пять недель, без воды — пять дней, а без воздуха всего лишь пять минут. При этом воздух должен иметь определенную чистоту и любое отклонение от нормы опасно для здоровья.

Атмосферный воздух является источником дыхания человека, животных и растительности, сырьём для действий горения и синтеза химических веществ; это материал, который применяется для остывания различных промышленных и транспортных установок, а также среда, в которую выбрасываются отходы жизнедеятельности человека, высших и низших животных и растений.

Значение атмосферы в природе и жизни человека огромно:

- за счет газообразной оболочки поверхность планеты не нагревается днем и не остывает резко ночью;

- регуляция теплового режима Земли, атмосфера защищает Землю от метеоритов, немалая пункт которых сгорает, не долетая до поверхности планеты;

- озоновый экран (озоносфера) защищает человечество от избыточных ультра фиолетовых излучений, огромная доза которых губительна для организма;

- кислород, содержащийся в атмосфере, необходим всем живым организмам для дыхания.

- среда для распространения звука;

- определение светового режима;

- важный метод для воздушного транспорта.

Атмосферный воздух является неисчерпаемым природным ресурсом, общее количество определяется в 500 трлн.тн., из них - кислорода 105 трлн.тн. Ежегодное потребление кислорода 10 млрд.тн, т.е. 0,01%, правда кислородного голодания не предвидится, сейчас сложившийся состав атмосферы обязан быть сохранен, так как все живые организмы приспособлены к нему и создан на Земле самый благоприятный биологический режим.

Всевозможное загрязнение вызывает у природы защитную реакцию, направленную на нейтрализацию. Атмосфера обладает способностью к самоочищению. Оно происходит при вымывании аэрозолей из атмосферы осадка ми, турбулентном перемешивании приземного слоя воздуха, отложении загрязненных веществ на поверхности земли и т. д. Однако в современных условиях возможности природных сис тем самоочищения атмосферы серьезно подорваны.

Под мас сированным натиском антропогенных, т.е. вследствие деятельности людей, загрязнений в атмосфере стали проявляться весьма нежелательные экологические по следствия, в том числе и глобального характера. По этой причине атмосферный воздух уже не в полной мере выполняет свои защитные, терморегулирующие и жизнеобеспечивающие экологические функции.

Глава 2. Загрязнения атмосферы

    Что такое загрязнение?

1. Загрязнение атмосферы — привнесение в атмосферный воздух новых нехарактерных для него физических, химических и биологических веществ или изменение их естественной концентрации.

Загрязнение атмосферы может быть естественным (природ ным) и антропогенным (техногенным).

Естественное загрязнение воздуха вызвано природными процессами. К ним относятся вулканическая деятельность, вы ветривание горных цород, ветровая эрозия, массовое цветение растений, дым от лесных и степных пожаров и др. Антропо генное загрязнение связано с выбросом различных загрязняю щих веществ в процессе деятельности человека. По своим мас штабам оно значительно превосходит природное загрязнение атмосферного воздуха.

По характеру загрязнителя загрязнение атмосферы бывает трех видов:

1. физическое — механическое (пыль, твердые частицы), радиоактивное (радиоактивное излучение и изотопы), электромагнитное (различные виды электромагнитных волн, в т.ч. радиоволны), шумовое (различные громкие звуки и низкочастотные колебания) и тепловое загрязнение (например, выбросы теплого воздуха и т.п.)
2. 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, атмосферная пыль и радиоактивные изотопы
3. биологическое — в основном загрязнение микробной природы. Например, загрязнение воздуха вегетативными формами и спорами бактерий и грибов, вирусами, а также их токсинами и продуктами жизнедеятельности.

Главные загрязнители (поллютанты) атмосферного воздуха, образующиеся в процессе производственной и иной дея тельности человека — диоксид серы (SO2), оксид углерода (СО) и твердые частицы. На их долю приходится около 98% в об щем объеме выбросов вредных веществ.

Основные источники загрязнения атмосферы

В настоящее время основной вклад в загрязнение атмосфер ного воздуха на территории России вносят следующие отрас ли: теплоэнергетика (тепловые и атомные электростанции, про мышленные и городские котельные и др.), далее предприятия черной металлургии, нефтедобычи и нефтехимии, автотранс порт, предприятия цветной металлургии и производство строй материалов.

Рассмотрим роль различных отраслей хозяйства в загрязнении атмо сферы применительно к городу Коврову.

Перевод установок на жидкое топливо (мазут) снижает вы бросы золы, но практически не уменьшает выбросы оксидов серы и азота. Наиболее экологично газовое топливо, которое в три раза меньше загрязняет атмосферный воздух, чем мазут, и в пять раз меньше, чем уголь.

Основным загрязнителем атмосферного воздуха является автотранспорт. Кроме того, отмечен быстрый рост автомобильного парка в городе.

По видам транспорта выбросы загрязняющих веществ распределяются таким образом: 92% общего выброса приходится на автомобильный транспорт, около 8% – на железнодорожный.

Одним из главных факторов, которые влияют на уровень загрязнения окружающей среды передвижными источниками, является качество топлива. Повышенное содержание вредных веществ, в том числе соединений свинца, содержится в бензине, который содержит этиловую жидкость, а также другие неразрешенные добавки. Использование этилированного бензина и бензинов с другими неразрешенными добавками ведет к стойкой интоксикации человека и особенно пагубно обозначается на здоровье детей. 

Неблагоприятными режимами работы являются малые скорости и «холостой ход» двигателя, когда в атмосферу выкидываются загрязняющие вещества в количествах, которые значительно превышают выбросы на режимах нагрузок. Плохое состояние дорог также оказывает содействие значительному увеличению выбросов. Ровное дорожное покрытие дает возможность уменьшить выбросы от автотранспорта на 10–30%.

Существенное значение имеет также организация функционирования системы парковки и хранения автомобилей.

Если платные автостоянки и гаражные кооперативы размещаются согласно действующим нормам и правилам, то машины во дворах находятся в непосредственной близости к людям, их постоянное расположение возле домов может отрицательно повлиять на состояние здоровья жителей. Особенно это имеет место на придомовых территориях с застройкой закрытого типа.

К разрешённым автостоянкам необходимо увеличить требования: строгое соблюдение экологических и санитарных норм, большое внимание озеленению, дизайну и т.п.

Для Коврова экологические проблемы, связанные с увеличением количества автотранспорта, являются чрезвычайно острыми. В первую очередь они касаются центральной части города, застройка которой не была рассчитана на интенсивное дорожное движение.

Последствия загрязнения атмосферы

2. Загрязнение атмосферного воздуха воздействует на здоровье человека и на окружающую природную среду различными способами — от прямой и немедленной угрозы (смог и др.) до медленного и постепенного разрушения различных систем жизнеобеспечения организма. Физиологическое воздействие на человеческий организм главных загрязнителей (поллютантов) чревато самыми серьезными последствиями.

В таблице 2 приведена характеристика некоторых вредных веществ и их действие на организм человека.

Таблица 2.  Характеристика вредных веществ

По уровню заболеваемости Владимирская область находится на 5 месте в России после  Ненецкого АО, Чукотского АО, Распублики САХА (Якутия) и Ярославской области.  По данным статистики, опубликованным на сайте ФГУ «Центральный научно-исследовательский институт организации и информатизации здравоохранения» Росздрава (www.mednet.ru), в 2008 году во Владимирской области зарегистрировано 690 765 больных с заболеваниями органов дыхания, а в 2009 году количество больных выросло до 772 782 человек, т.е. каждый второй житель области имеет заболевание органов дыхания. Уровень заболевших повысился на 11,87%.  Примерно такой же рост по заболеваемости органов дыхания отмечается и в Коврове – 10,26% (по данным статистического отдела МУЗ ЦГБ). Проведя анкетирование среди учащихся 6-8 классов, выяснилось, что 12% учащихся нашей школы имеют заболевания органов дыхания. Всего в анкетировании приняли участие 86 учащихся.

Еще участникам анкетирования был задан вопрос: Каковы причины увеличения числа заболеваний дыхательных путей? Результаты приведены в таблице 3.

Таблица 3. Результаты анкетирования

Меры по улучшению качества воздуха

Для улучшения качества атмосферного воздуха необходимо:

1. Проводить озеленение городских и пригородных территорий специальными газостойкими породами деревьев и кустов. Особое внимание необходимо уделять озеленению территорий вдоль автодорог. Озеленение будет оказывать содействие уменьшению концентраций загрязняющих веществ в воздухе, а также уменьшению шума, который создается автотранспортом. Планирование и строительство обходных путей вокруг города, транспортных развязок также будет оказывать содействие улучшению экологического состояния атмосферного воздуха города.

2. Внедрять современные инженерные, санитарно-технические и технологические средства защиты окружающей среды от вредных действий на предприятиях и транспорте. Эти мероприятия являются основными и более всего перспективными относительно снижения уровня загрязнения. К ним относятся:

- переход предприятий с твердого и жидкого топлива на природный газ, который даёт возможность значительно уменьшить уровень загрязнения пылью, сажей и соединениями серы;

– переведение автотранспорта на газ;

– использование вторичных энергоресурсов в виде горячей воды и газов;

– очистка пылегазовых выбросов разными устройствами и аппаратами;

– внедрение малоотходных технологий.

Надо отметить, что в городе Коврове действует программа по обеспечению экологической безопасности населения.

Перечисленные группы мероприятий реализуются независимо друг от друга и дают возможность достичь определенных результатов. Комплексное их внедрение обеспечит максимальный эффект.

Оценка загрязенности атмосферного воздуха г. Коврова

За информацией об уровне загрязненности воздуха в Коврове мы обратились в филиал Федерального учреждения здравоохранения «Центр гигиены и эпидемиологии во Владимирской области» в г. Ковров, Ковровском и Камешковском районах. На наши вопросы ответила заведующая санитарно-гигиенической лабораторией Светлана Викторовна Шмелева. Она провела экскурсию по лаборатории, показала используемые при анализе приборы. Их оказалось очень много: практически для каждого вида загрязнителя нужен свой прибор. Пробы воздуха берутся по графику на рабочих местах, в промышленных зонах и жилых районах города. Поскольку на улице было очень влажно, а пробы воздуха можно брать только в сухую погоду, мы под руководством Светланы Викторовны взяли пробы воздуха в помещении. К сожалению, результатов анализа мы не дождались, т. к. он производится в течение часа.  Но, как заверила нас Светлана Викторовна, результат будет хороший, т. к. воздух в последние годы в городе чистый и безопасный.

Отслеживание уровня загрязненности воздуха в городе Коврове производится с 1972 года. Мы изучили карту наблюдений и заметили, что если в 1972 году степень загрязненности воздуха определялась всего по трем показателям, то с каждым годом их количество увеличивалось, см. табл. 4.

Таблица 4. Степень загрязненности воздуха в г. Коврове

Особо тревожило сотрудников лаборатории присутствие в атмосфере фенола, выбросы которого осуществлял чугунолитейный цех экскаваторного завода, расположенного в районе железнодорожного вокзала. Только после его закрытия воздух стал содержать допустимые концентрации фенола. Многолетние наблюдения показывают, что уровень загрязненности воздуха был самым высоким в 90-е годы, поэтому и следили за состоянием воздуха очень пристально, достаточно посмотреть на количество произведенных в эти годы анализов. Однако и тогда уровень загрязненности воздуха был  допустимым.

Можно заметить, что уровень содержания некоторых видов загрязнителей был повышенным, но в целом воздух в городе Коврове всегда был чистым.

Самыми загрязненными в нашем городе были и остаются центр (от пл. 200-летия города до железнодорожного моста), ул. Дегтярева, р-н вокзала, ул. Комсомольская. Это те районы, где осуществляется интенсивное движение автомобиле1 и железнодорожного транспорта. Наиболее чистый воздух в районах, расположенных поблизости с зелеными зонами: парками, скверами. Это ул. Димитрова, Чернышевского, м-н «Черемушки», район больничного комплекса, ул. Абельмана. По полученным данным мы составили экологическую карту города Коврова (см. приложение)

Таким образом, анализ загрязнения воздушного бассейна г. Коврова по основным загрязняющим веществам показал, что по всем примесям  наблюдаются периодические небольшие  превышения нормативов предельно допустимого загрязнения. Уровень загрязнения в целом характеризуется как безопасный, а степень опасности загрязнения – как безопасная.

Заключение

Общий анализ состояния воздуха в городе Коврове показывает, что уровень загрязнения атмосферного воздуха не превышает санитарно-гигиенические нормативы. Но в одно мгновение обстановка может измениться. Поэтому тема выбранного исследования является актуальной.

Для сохранения чистого воздуха в городе необходимо продолжать принимать меры, которые, с одной стороны, были бы направлены на уменьшение выбросов загрязняющих веществ со стороны предприятий и автотранспорта, а с другой – на увеличение количества многолетних зеленых насаждений, которые оказывают содействие очищению атмосферного воздуха. Надо отметить, что наш город всегда был зеленым, и мы, и последующие поколения жителей Коврова обязаны сохранить его таким.

Итак, вывод: рост уровня заболеваемости органов дыхательных путей ковровчан зависит не от состояния воздуха в городе, а от увеличения количества людей злоупотребляющих табаком и алкоголем. Но, это тема другого проекта.