«Загрязнение атмосферного воздуха в г. уфе, метеорологические наблюдения»

В наши дни общественность серьезно озабочена проблемой экологического образования и воспитания людей. Экологическое мировоззрение должно стать определяющим в обществе. Однако большинство людей думает, что на их век хватит чистой воды и чистого воздуха. Поэтому экологические проблемы, вопросы охраны и защиты природы, возможно, решить только с участием каждого из нас. Активность школьников в этой работе поможет молодым осознать свою личную ответственность за будущее своей земли.

Качество воздуха – один из важнейших показателей качества окружающей среды, влияющий на здоровье человека, состояние зеленых насаждений, архитектурных сооружений, памятников.

В современный период атмосфера Земли претерпевает множественные изменения коренного характера: модифицируются ее свойства и газовый состав, возрастает опасность разрушения ионосферы и стратосферного озона; повышается ее запыленность; нижние слои атмосферы насыщаются вредными для живых организмов газами и веществами промышленного и другого хозяйственного происхождения. Вследствие огромных выбросов техногенных газов и веществ, достигающих многих миллиардов тонн в год, происходит нарушение газового состава атмосферы [14].

В нашей стране 84 неблагополучных города по загрязнению атмосферы. Среди них г. Уфа. Больше всего вреда приносят автомобили. На долю автотранспорта приходиться до 80% вредных выбросов в атмосферу. Выхлопные газы вызывают 70% детских болезней: астмы, онкологические, легочные, заболевания кроветворных органов, органов выделения и пищеварения. Также большое влияние на загрязнение атмосферы оказывают промышленные предприятия, расположенные в черте городов. Над крупными городами атмосфера в среднем содержит в 10 раз больше аэрозолей и в 25 раз больше газов. Из-за более активной концентрации влаги происходит увеличение осадков на 5-10%. Вследствие уменьшения солнечной радиации и скорости ветра практически невозможно самоочищение атмосферы [25].

В этих условиях возрастающего антропогенного воздействия на окружающую природную среду встает задача анализа и оценки состояния компонентов окружающей природной среды, в нашем случае состояние воздушной среды в условиях большого города. Эти задачи, возможно, решить с помощью использования информационного подхода, базирующегося на информационных технологиях (геоинформационных и экспертных системах), это позволяет не только количественно описать процессы, происходящие в сложных эко- и геосистемах, но и, смоделировав механизмы этих процессов, научно обосновать методы оценки состояния различных компонентов окружающей природной среды.

На основе статистических данных о состоянии воздушной среды и с помощью современных компьютерных программ возможно моделирование полученных данных на карте (плане) города. Это дает возможность наглядно увидеть районы с наиболее интенсивным загрязнением воздушной среды, провести анализ наиболее неблагополучных районов города. Эти данные помогут при выборе наиболее благоприятных районов для покупки жилой недвижимости, при проектировании и строительстве различных жилых и нежилых объектов, транспортных магистралей и развязок, создание парков и зеленых зон отдыха для горожан.

Совместная работа с учащимися по экологическому исследованию транспортной нагрузки и ее влияния на состояние воздушной среды, дает школьникам представление о проблемах связанных с охраной воздушной среды, формирует экологическое сознание и экологическую культуру у школьников.

Экскурсия в Башкирское Территориальное Управление по Гидрометеорологии и Мониторингу окружающей среды, дает возможность учащимся познакомится с работой по прогнозированию погоды, уровня загрязнения атмосферного воздуха, различных видов водного режима. Например - специалисты отдела прогнозов загрязнения атмосферного воздуха на основе анализа синоптических прогнозов погоды выявляют неблагоприятный метеорологические условия, способствующие формированию высоких уровней загрязнения воздуха в результате выбросов вредных веществ из источников, расположенных на территориях промышленных предприятий г. Уфы и других городов Республики Башкортостан.

Целью данного исследования является определение уровня загрязнения атмосферного воздуха в различных районах города Уфы.

Исходя из цели, ставим задачи исследования.

1. Провести анализ состояния воздушной среды по субъектам и городам Российской Федерации.

2. Проанализировать имеющиеся данные о состоянии воздушной среды в г. Уфе.

3. Выявить влияние различных источников на загрязнение атмосферного воздуха.

4. На основе данных от постов контроля атмосферного воздуха смоделировать карту загрязнения воздушной среды г. Уфы.

5. Сформировать у учащихся практические навыки по экологическому исследованию транспортной нагрузки на улицах города Уфы, оценке количества угарного газа, попадающего в окружающую среду с выхлопными газами автомобилей.

6. Разработать экскурсию со школьниками в Башкирское Территориальное Управление по Гидрометеорологии и Мониторингу окружающей среды.

Объект изучения – территория г. Уфы.

Предмет изучения – состояние атмосферного воздуха.

Оценка результатов загрязнения атмосферы включает отрицательное воздействие на отдельные объекты живой природы, т.е. людей, животных, растения; на неживые составляющие природы, включая воду, почву и ландшафт в целом, и на строения и материалы. В более широком смысле в качестве такого отрицательного воздействия можно рассматривать саму загрязненную атмосферу, климат, а также ряд экономических и социальных условий [25].

В общем плане концепция загрязнения атмосферы включает значительное число действий и явлений, ведущих к ухудшению исходного, природного качества ее. В более узком смысле - загрязнение атмосферы понимается как выброс твердых, жидких и газообразных загрязняющих веществ. Считается, что загрязняющие вещества это те, которые оказывают отрицательное воздействие на окружающую среду либо непосредственно, после химических изменений в атмосфере, либо в сочетании с другими веществами. В соответствии с концепцией защиты атмосферы, принятой в некоторых промышленно развитых странах (например, в Германии), загрязнением атмосферы считается прямое или косвенное введение в нее любого вещества в таком количестве, которое воздействует на качество и состав наружного воздуха, нанося вред людям, живой и неживой природе, экосистемам, строительным материалам, природным ресурсам всей окружающей среде. В соответствии с этим определением к загрязнению атмосферы следовало бы отнести выброс больших количеств водяного пара от градирен электростанций, если бы это привело к ухудшению видимости из-за тумана, образованию гололедицы на дорогах, повышению коррозионного воздействия атмосферы и т. д. Загрязнением атмосферы, помимо выбросов в воздух материальных частиц, считаются также приводящие к ущербу выбросы энергии. Следовательно, выбросы теплоты шума вибраций и излучений (не только радиоактивных, но и электромагнитных, таких как микроволновые, радарные, ультравысокочастотные, т. е. тех, которые испускаются высоковольтными линиями и т. д.) могут считаться видами загрязнения [20].

Загрязнение атмосферы сказывается на климате планеты. На этот счет существует три точки зрения.

1. Наблюдающееся в текущем столетии глобальное потепление климата обусловлено возрастанием концентрации СО2 в атмосфере, а к середине 20-го столетия произойдет катастрофическое потепление климата, сопровождающееся сильным возрастанием высоты уровня Мирового океана.

2. Загрязнение атмосферы снижает уровень солнечной радиации, повышает количество ядер конденсации в облаках, в результате поверхность Земли охлаждается, что в свою очередь может вызвать новое оледенение в северных и южных широтах (сторонников этой точки зрения немного).

3. Согласно сторонникам третьей точки зрения, оба эти процесса уравновесятся и климат Земли существенно не изменится.

Главные источники загрязнения атмосферы – предприятия топливно-энергетического комплекса, обрабатывающей промышленности и транспорт.

Более 80% всех выбросов в атмосферу составляют выбросы оксидов углерода, двуокиси серы, азота, углеводородов, твердых веществ. Из газообразных загрязняющих веществ в наибольших количествах выбрасываются окислы углерода, углекислый газ, угарный газ, образующиеся преимущественно при сгорании топлива. В больших количествах в атмосферу выбрасываются и оксиды серы: сернистый газ, сернистый ангидрид, сероуглерод, сероводород и др. Самым многочисленным классом веществ, загрязняющих воздух крупных городов, являются углеводороды. К числу постоянных ингредиентов газового загрязнения атмосферы относятся также свободный хлор, его соединения и др. [34].

При этом в нашей стране на тепловые электростанции приходится 27% загрязнений, на предприятия черной и цветной металлургии 24% и 10%, нефтехимии 16%, строительных материалов 8,1%. Причем на долю энергетики приходится более 40% общих выбросов пыли, 70% окислов серы и более 50% окислов азота. Из общего объема загрязняющих веществ, попадающих в воздух, на долю автотранспорта приходится 13,3%, однако в крупных городах России эта цифра достигает 60-80%. Количество выбросов на душу городского населения (пыль, NO, CnHm, SO) составило в России 324 кг/годчел., причем на Европейской части России 195 кг/год чел., в Уральском регионе 550 кг/год чел., Дальневосточном регионе и Сибири 560 кг/год чел. В последние годы содержание в атмосферном воздухе российских городов и промышленных центров таких вредных примесей, как взвешенные вещества, диоксид серы. Существенно уменьшилось, так как со значительным спадом производства сократилось и число промышленных выбросов, а концентрации оксида углерода и диоксида азота выросли в связи с ростом парка автомобилей. От загрязнения воздуха страдают животные и растения. Воздействие сернистого газа и его производных на человека и животных проявляется прежде всего в поражении верхних дыхательных путей, под влиянием сернистого газа и серной кислоты происходит разрушение хлорофилла в листьях растений, в связи с чем ухудшается фотосинтез и дыхание, замедляется рост, снижается качество древесных насаждений и урожайность сельскохозяйственных культур, а при более высоких и продолжительных дозах воздействия растительность погибает. Загрязненная атмосфера вызывает увеличение числа заболеваний дыхательных путей. Состояние атмосферы сказывается на показателях заболеваемости даже в разных районах индустриальных городов. Например, в Москве предрасположенность к бронхиальной астме, бронхиту, конъюнктивиту, фарингиту, тонзиллиту, хроническим отитам на 40-60% выше в районах с повышенным уровнем загрязнения атмосферного воздуха. Загрязнения оказывают и другие неблагоприятные воздействия, приводя к таким проблемам как парниковый эффект, озоновые “дыры”, смоги, “кислотные дожди”. Помимо газообразных загрязняющих веществ в атмосферу поступают десятки миллионов тонн твердых частиц. Это пыль, копоть, сажа, которые в виде мелких частиц свободно проникают в дыхательные пути и оседают в бронхах и лёгких. Однако и это ещё не всё – «по пути» они обогащаются сульфатами, свинцом, мышьяком, селеном, кадмием, цинком и другими элементами и веществами, многие из которых канцерогенны. С этой точки зрения особенно опасна для здоровья человека асбестовая пыль. К первому классу опасности также принадлежат кадмий, мышьяк, ртуть и ванадий. (Любопытны результаты сравнительного анализа, выполненного американскими учеными. Содержание свинца в костях скелета аборигена Перу, жившего 1600 лет назад, в 1000 раз меньше, чем в костях современных граждан США) [13].

Рассмотрим подробнее некоторые последствия загрязнения атмосферы как кислотные дожди, парниковый эффект, смог и истончение озонового слоя атмосферы.

1.1.1. Кислотные дожди.

Кислотные дожди, содержащие растворы серной и азотной кислот, наносят значительный ущерб природе. Земля, водоемы, растительность, животные и постройки становятся их жертвами. На территории России в 1996 г. вместе с осадками выпало более 4 млн. т серы и 1,25 млн. т нитратного азота. В Москве и Санкт-Петербурге с кислотными дождями на землю в год выпадает до 1500 кг серы на 1 км². Увеличение кислотности водоемов приводит к гибели рыб и водяных растений. Огромный вред наносят кислотные дожди лесам. Леса высыхают, развивается суховершинность на больших площадях.

Все больший ущерб кислотные дожди наносят сельскохозяйственным культурам: повреждаются покровные ткани растений, изменяется обмен веществ в клетках, растения замедляют рост и развитие, уменьшается их сопротивляемость к болезням и паразитам, падает урожайность.

Кислотные дожди не только убивают живую природу, но и разрушают памятники архитектуры. Прочный, тверды мрамор, смесь окислов кальция (СаО и СО2), реагирует с раствором серной кислоты и превращается в гипс (СаSO4). Смена температур, потоки дождя и ветер разрушают этот мягкий материал. Исторические памятники Греции и Рима, простояв тысячелетия, в последние годы разрушаются прямо на глазах. Такая же судьба грозит и Тадж-Махалу шедевру индийской архитектуры периода Великих Моголов, в Лондоне Тауэру и Вестминстерскому аббатству. На соборе Св. Павла в Риме слой портлендского известняка разъеден на 2,5 см. В Голландии статуи на соборе Св. Иоанна тают, как леденцы. Черными отложениями изъеден королевский дворец на площади Дам в Амстердаме [20].

Спасать природу от закисления необходимо. Для этого придется резко снизить выбросы в атмосферу окислов серы и азота, но в первую очередь сернистого газа, так как именно серная кислота и ее соли на 70-80% обусловливают кислотность дождей, выпадающих на больших расстояниях от места промышленного сброса. Таким образом, проблема “кислотных дождей” также является актуальной [4].

1.1.2. Парниковый эффект атмосферы.

В последние годы стало отчетливо понятно, что аналогия между обычным парником и парниковым эффектом атмосферы не вполне корректна. Еще в конце прошлого века известный американский физик Вуд, заменив в лабораторной модели парника обычное стекло на кварцевое и не обнаружив при этом никаких изменений в функционировании парника, показал, что дело не в задержке теплового излучения почвы стеклом, пропускающим солнечную радиацию. Роль стекла в данном случае состоит лишь в «отсечении» турбулентного теплообмена между поверхностью почвы и атмосферой.

Парниковый (оранжерейный) эффект атмосферы – это её свойство пропускать солнечную радиацию, но задерживать земное излучение (в том числе, в отличие от условий обычного парника, и длинноволновое), способствуя аккумуляции тепла Землей. Земная атмосфера сравнительно хорошо пропускает коротковолновую солнечную радиацию, которая почти полностью поглощается земной поверхностью. Нагреваясь за счёт поглощения солнечной радиации, земная поверхность становится источником земного, в основном длинноволнового, излучения, часть которого уходит в космическое пространство.

Учёные – исследователи продолжают спорить о составе так называемых парниковых газов. Наибольший интерес в этой связи вызывает влияние увеличивающейся концентрации углекислого газа (СО2) на парниковый эффект атмосферы. Высказывается мнение, что известная схема: «рост концентрации углекислого газа усиливает парниковый эффект, что ведёт к потеплению глобального климата»- предельно упрощена и очень далека от действительности, так как наиболее важным «парниковым газом» является вовсе не углекислый газ (и не закись азота, не метан или хлорфторуглеводороды), а водяной пар. При этом оговорки, что концентрация водяного пара в атмосфере определяется лишь параметрами самой климатической системы, сегодня уже не выдерживают критики, так как антропогенное воздействие на глобальный круговорот воды убедительно доказано.

В качестве научных гипотез укажем на следующие последствия грядущего парникового эффекта.

Во первых, согласно наиболее распространённым оценкам, к концу ХХI в. содержание атмосферного СО2 удвоится, что неизбежно приведёт к повышению средней глобальной приземной температуры на 3-5°С. При этом потепление ожидается более сильным в высоких широтах и соответственно станет более засушливым лето в умеренных широтах Северного полушария.

Во-вторых, предполагается, что подобный рост средней глобальной приземной температуры приведет к повышению уровня мирового океана на 20-165 см за счет термического расширения воды. (Что касается ледникового щита Антарктиды, то его разрушение не является неизбежным, так как для таяния необходимы более высокие температуры. В любом случае, процесс таяния антарктических льдов займет весьма продолжительное время.)

В-третьих, концентрация атмосферного СО2 может оказать весьма благоприятное воздействие на урожаи сельскохозяйственных культур. Результаты проведенных экспериментов позволяют предполагать, что в условиях прогрессирующего роста содержания СО2 в воздухе природная и культурная растительность достигнут оптимального состояния: возрастет листовая поверхность растений, повысится удельный вес сухого вещества листьев, увеличится средний размер плодов и число семян, ускорится созревание зерновых, а их урожайность повысится.

В-четвертых, в высоких широтах естественные леса, особенно бореальные, могут оказаться весьма чувствительными к изменениям температуры. Потепление может привести к резкому сокращению площадей бореальных лесов, а также к перемещению их границ на север. Леса тропиков и субтропиков окажутся, вероятно, более чувствительными к изменению режима осадков, а не температуры. Однако прогнозы предстоящих изменений осадков очень не определенны.

В целом, парниковый эффект атмосферы – это уравнение со многими неизвестными. Большая часть ученых полагает, что потепление реально проявится. Более того, многие утверждают, что глобальное потепление (примерно на 1° С в ХХ в.) уже произошло по крайней мере, его первая фаза) (рис. 2), но оно было как бы замаскировано естественными климатическими изменениями. Однако есть ученые, считающие, что, как это ни парадоксально, ускоряющееся накопление СО2 может привести не к потеплению, а к похолоданию. Подобное мнение основывается на том, что прогноз перегрева Земли при удвоении СО2 в воздухе сделан исходя из ошибочной оценки парникового эффекта этого газа. Считается, что сторонники «перегрева» не учитывают колоссальной роли вод Океана в поглощении антропогенного СО2 и недооценивают значения наземной бионты, и следовательно, почв как мощных ассимиляторов «избыточной» атмосферной углекислоты [20].

Практическое применение результатов исследования.

Карта «Загрязнение воздушной среды г. Уфы» может найти широкое практическое применение.

1. В сфере покупки и продажи недвижимости карта поможет определить наиболее экологически чистые районы города, что немаловажно для выбора постоянного места жительства.

2. В строительстве при проектировании новых жилых комплексов. Например: сейчас ведется строительство большого жилого массива в Дёмском районе г. Уфы, по карте видно, что данный район является наиболее экологически благоприятным для строительства жилых комплексов. К наиболее экологически благополучным районам г. Уфы кроме Дёмского, можно отнести Кировский район, особенно южную часть и Ленинский район, особенно микрорайон Затон. Но на экологическое состояние, этих районов все большее влияние оказывают выбросы от автотранспорта. Например транзитное движение автотранспорта через микрорайон Затон.

3. В школе как наглядное пособие для проведении уроков и внеклассной работы по экологии. Эта карта поможет учителям для проведения уроков, формирования экологического сознания и экологической культуры у школьников.

4. Карта наглядно показывает уровень загрязнения атмосферного воздуха не просто от отдельных предприятий, но и от промышленных территорий, промзон. На карте видно, что основными загрязнителями атмосферного воздуха в г. Уфе являются промзона № 1 и промзона № 2 расположенные в северной части города и состоящие из предприятий топливно-энергетического комплекса. Именно они оказывают огромное влияние на загрязнение воздуха в Орджоникидзевского, Калинского и Октябрьского районов города. Также на карте видно влияние предприятий расположенных в Советском районе на загрязнение воздуха, от таких предприятий как АО «УЗЭМИК», АО «Гидравлика» и предприятий ОАО «Башкирэнерго» расположеных среди жилых кварталов города.

Разработанная экскурсия в Башкирский УГМС позволит учащимся познакомится с гидрометеорологическими наблюдениями в Республике Башкортостан и г. Уфе, метеорологическими приборами. Эта экскурсия имеет свою актуальность как для учащихся 6-7 классов, так и для учащихся старших классов.

Методика проведения экологического исследования найдет применение во внеклассной работе с учащимися по формированию экологического сознания и экологической культуры у школьников.