Текст книги "Основы общей и экологической токсикологии"

1.9. Нитраты и нитриты

Содержание нитратных ионов в природных водах связано с внутриводоемными процессами нитрификации аммонийных ионов в присутствии кислорода под действием нитрифицирующих бактерий. Поэтому увеличение концентрации нитратов наблюдается в летнее время в периоды массового отмирания фитопланктона и высокой активности нитрификаторов. Другим важным источником обогащения поверхностных вод нитратами являются атмосферные осадки, которые поглощают образующиеся при атмосферных электрических разрядах оксиды азота, превращающиеся затем в азотную или азотистую кислоты.

Большое количество нитратов поступает в водные объекты с промышленными и хозяйственно-бытовыми сточными водами, особенно после биологической очистки, когда концентрация нитратов достигает 50 мг/дм³. Кроме того, нитраты попадают в поверхностные воды со стоком с орошаемых полей, на которых применяются азотные удобрения.

Повышенное содержание нитратов указывает на ухудшение санитарного состояния водного объекта. Амплитуда сезонных колебаний концентраций может служить одним из показателей эвтрофирования водного объекта и степени его загрязнения органическими азотсодержащими веществами, поступающими с хозяйственно-бытовыми и сельскохозяйственными сточными водами.

Присутствие нитритов в незагрязненных природных водах связано, главным образом, с процессами разложения органических веществ и нитрификации. Аммонийные ионы под действием особого вида бактерий окисляются до нитритных ионов:

При достаточной концентрации кислорода процесс окисления идет дальше под действием других бактерий, и нитриты окисляются до нитратов. Поэтому нитриты в заметных концентрациях обнаруживаются при дефиците кислорода.

Нитриты – неустойчивые соединения природных вод. Поэтому при благоприятных для их окисления условиях, характерных для поверхностных вод, они встречаются в незначительных концентрациях (сотые и даже тысячные доли миллиграммав1дм³).

Растворимые соединения азота способствуют зарастанию водных объектов в результате процесса эвтрофирования. Кроме того, попадая в питьевую воду, они могут служить источником токсического действия на людей. Проникая вместе с пищей в слюну и тонкий кишечник, нитраты микробиологически восстанавливаются до нитритов, в результате в крови образуются нитрозил-ионы:

Нитрозил-ионы могут окислять железо (II) в гемоглобине до железа (III), что препятствует связыванию кислорода гемоглобином при образовании координационной связи между железом и кислородом:

В результате возникают симптомы кислородного голодания, приводящего к цианозу (посинение кожных покровов периферических частей тела). При переходе 60 – 80 % железа (II) гемоглобина в железо (III) наступает смерть. Особенно чувствительны к нитрозил-ионам грудные младенцы в первые недели своей жизни. У них недостаточно проявляется деятельность гемоглобинредуктазы, восстанавливающей железо (III) в железо (II). У взрослых этот процесс идет активнее, и в результате организм не так остро реагирует на присутствие нитратов и нитритов. Тем не менее взрослые также должны избегать чрезмерных количеств нитратов и нитритов. Нитриты расширяют сосуды и образуют в кислой среде желудка азотистую кислоту, обладающую мутагенным действием. Кроме того, нитриты в кислой среде образуют в желудке вместе с органическими аминами из растительной и животной пищи нитрозоамины, обладающие мутагенным действием.

В недалеком прошлом загрязнение питьевой воды нитратами происходило в колодцах или иных источниках, расположенных в сельской местности. Неудачно построенные источники питьевой воды могли загрязняться от близко расположенных сточных ям или мест хранения удобрений, откуда в них попадали нитраты во время дождей или разведении смесей для удобрений.

Вода, содержащая более 10 мг/дм³ нитратов, непригодна для питья в основном потому, что она токсична для грудных детей. Почему же такая вода токсична только для младенцев? Объяснение связано с тем, что у некоторых из них в желудке не выделяется достаточное количество кислоты, чтобы предотвратить развитие бактерий, трансформирующих нитраты в высокотоксичные нитриты . У отравившихся младенцев возникает метгемоглобинемия – состояние, при котором эритроциты не способны связывать и переносить кислород. Бактерии, превращающие нитраты в нитриты, не могут развиваться в желудке детей более старшего возраста и взрослых, так как их желудки уже выделяют достаточное количество кислоты. По некоторым данным, витамин С в составе томатного или апельсинового соков предотвращает отравление младенцев нитратами, возможно связывая их.

Однако наибольшая степень химической опасности проистекает из превращения в организме нитратов и нитритов в N-нитрозосоединения, прежде всего в N-нитрозоамины – вещества с общим строением:

где R – алкильная; R′ – арильная группы.

Следует учитывать, что значительные количества нитрозоаминов содержатся в копченых и консервированных мясных и рыбных продуктах, т. е. являются составными компонентами обычных продуктов питания.

Теперь уже не вызывает сомнений, что нитрозоамины обладают канцерогенными свойствами, способствуя образованию злокачественных опухолей различной локализации. Так, из 130 изученных представителей нитрозоаминов способность к канцерогенезу установлена примерно у 80 % и доказана у 20 видов животных, включая обезьян. Экстраполяция экспериментальных данных на человека позволила рекомендовать в качестве ориентировочной допустимой дозы нитрозоаминов величину 1 мкг/сут. При этом следует учитывать, что, к примеру, в ряде мясных и рыбных продуктов весьма высок уровень содержания нитрозосоединений. Так, в копченой колбасе диметилнитрозоамин содержится в количестве 25 мкг/кг, в копченой рыбе, обработанной нитратами или нитритами, – до 26 мкг/кг, а в соленой сельди – от 40 до 400 мкг/кг (Опополь Е. В., Добрянская Е. В., 1986).

Глава 2
ОСНОВНЫЕ ИСТОЧНИКИ И ВИДЫ АНТРОПОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ БИОСФЕРЫ

2.1. Понятие о биосфере

Автором термина «биосфера» был французский естествоиспытатель Жан Батист Ламарк, который употребил его в 1803 г. в труде по гидрогеологии Франции для обозначения совокупности организмов, обитающих на земном шаре. Затем на длительное время этот термин был забыт. В 1875 г. он был «воскрешен» профессором Венского университета геологом Эдуардом Зюссом в работе о строении Альп. Он ввел в науку представление о биосфере как особой оболочке земной коры, охваченной жизнью. В таком общем смысле впервые в 1914 г. использовал этот термин и выдающийся русский ученый-геохимик В. И. Вернадский в статье об истории рубидия в земной коре.

Согласно В. И. Вернадскому, биосфера – нижняя часть атмосферы, вся гидросфера и верхняя часть литосферы Земли, населенные живыми организмами, «область существования живого вещества»; оболочка Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба. Биосфера – самая крупная (глобальная) экосистема Земли – область системного взаимодействия живого и косного вещества на планете. Мысль о жизни как о космическом явлении впервые высказал голландский ученый Х. Гюйгенс в конце XVIII в.: «…жизнь есть космическое явление, в чем-то резко отличное от косной материи». Это высказывание было названо В. И. Вернадским «принципом Гюйгенса».

Биосфера занимает особое место по отношению к геосферам. Биосфера – это своеобразная оболочка Земли, или область распространения жизни. От геосфер она отличается и тем, что в ее пределах проявляется геологическая деятельность живых существ: растений, животных, микроорганизмов и человека. Биосфера охватывает поверхность земли, верхнюю часть литосферы, всю гидросферу и нижнюю часть атмосферы – тропосферу. Границы биосферы определяются наличием условий, необходимых для жизни различных организмов. Верхний предел жизни биосферы ограничен интенсивной концентрацией ультрафиолетовых лучей. Физическим пределом распространения жизни в атмосфере является озоновый слой. Поэтому его нижнюю границу можно рассматривать как верхнюю границу биосферы. Озоновый слой ограничивает распространение жизни, ибо выше него концентрация ультрафиолетовых лучей превосходит допустимую для живых организмов норму, а концентрация содержащегося там озона губительна для всех живых организмов, для которых критическим считается содержание озона в 0,0005 об. %. В озоновом слое на высоте 15 – 26 км от поверхности Земли концентрация его достигает 0,001 %, у земной поверхности содержание озона составляет 0,000007 %.

Нижний предел существования жизни традиционно определяют дном океана (максимум 11 022 м – глубина Марианской впадины) и глубиной литосферы, характеризующейся температурой 100 °C (около 6 км, по данным сверхглубокого бурения на Кольском полуострове). В основном жизнь в литосфере распространена лишь на несколько метров вглубь, ограничиваясь почвенным слоем. Однако по отдельным трещинам и пещерам она распространяется на сотни метров, достигая в ряде случаев глубин от 3000 до 4000 м. По некоторым оценкам, пределы биосферы, возможно, намного шире, так как в гидротермах дна океана на глубинах около 3000 м при температуре 250 °C обнаружены организмы. На таких глубинах давление составляет около 30 МПа (300 атм), что позволяет воде находиться в жидком состоянии, в то время как пределы жизни ограничены точками перехода ее в пар и сворачивания белков. Теоретически на глубинах 25 км относительно уровня моря должна иметь место критическая температура 460 °C, при которой при любом давлении вода находится только в виде паров, а значит, жизнь невозможна (Николайкин Н. И. [и др.], 2006).

По поверхности Земли жизнь распределена неравномерно. Существуют области ее повышенной концентрации: на границе раздела воды, воздуха и почвы. В. И. Вернадский назвал их «пленками жизни».

Как следует из приведенных данных (табл. 2.1), основную часть биомассы суши составляют зеленые растения (99,2 %), а в океане – животные (93,7 %).

Общая биомасса планеты составляет более двух триллионов тонн. Строение растений во много раз сложнее строения бактерий, а строение животных сложнее, чем у растений. Как правило, с усложнением строения организмов увеличивается их видовое разнообразие. Биомасса организмов, напротив, уменьшается с увеличением их сложности. Соотношение масс организмов принято называть «пирамидой биомассы».

Таблица 2.1

Распределение биомассы растений, животных и микроорганизмов

В результате последовательных превращений энергии в пищевых цепях каждое сообщество живых организмов в экосистеме приобретает определенную трофическую структуру. Трофическая структура сообщества отражает соотношение между продуцентами, консументами (отдельно первого, второго и т. д. порядков) и редуцентами, выраженное или количеством особей живых организмов, или их биомассой, или заключенной в них энергией, рассчитанных на единицу площади в единицу времени.

Напомним, что продуценты – это автотрофные организмы, способные строить свои тела за счет неорганических соединений, используя солнечную энергию (зеленые растения, микроскопические водоросли и др.). Они составляют первое звено пищевой цепи. Консументы — это гетеротрофные организмы, которые потребляют первичную продукцию и накопленную в ней энергию, т. е. для них продуценты представляют собой единственный источник питания. Они бывают I порядка (растительноядные), II порядка (плотоядные), III порядка (хищники, питающиеся более слабыми хищниками) и т. д. Редуценты (деструкторы) — это организмы, разлагающие органические остатки (бактерии, грибы, микроорганизмы) и служащие частично завершающим звеном биологического круговорота.

Основанием экологической пирамиды служит первый трофический уровень – уровень продуцентов, а последующие уровни образуют следующие этажи пирамиды. При этом высота всех блоков-этажей одинакова, а длина пропорциональна числу, биомассе или энергии на соответствующем уровне (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Экологическая пирамида

В зависимости от того, количественные соотношения каких величин отражает пирамида, она носит название пирамиды чисел, биомасс или энергий. Подобные пирамиды-соотношения используют для практических расчетов при обосновании, например, необходимых площадей под сельскохозяйственные культуры, с тем чтобы обеспечить кормами выращиваемое поголовье скота и далее реализовать определенный объем мясной продукции.

Из количественных оценок, связанных с энергией, для трофических цепей установлено «правило десяти процентов» (закон Линдемана): с одного трофического уровня экологической пирамиды энергий на другой в среднем переходит 10 % энергии, поступающей на предыдущий уровень (Дедю И. И., 1990).

Например, количество энергии, которая доходит до третичных плотоядных (трофический уровень биоценоза V), составляет около 10^– 4 энергии, поглощенной продуцентами. Это объясняет ограниченное количество (5 – 6) звеньев (уровней) в пищевой цепи независимо от рассматриваемого биоценоза.

Биосфера является единственным местом обитания человека и других живых организмов, причем из концепции В. И. Вернадского и ряда других ученых следует закон незаменимости биосферы:

Биосфера – это единственная система, обеспечивающая устойчивость среды обитания при любых возникающих возмущениях. Нет никаких оснований надеяться на построение искусственных сообществ, обеспечивающих стабилизацию окружающей среды в той же степени, что и естественные сообщества.

Приведенный закон утверждает, что конечная задача охраны природы – это сохранение биосферы как естественного и единственного места обитания человеческого общества.

Поучительным и наглядным примером является история острова Пасхи. На одном из полинезийских островов, носящем название остров Пасхи, в результате сложных миграционных процессов в VII в. возникла замкнутая изолированная от всего мира цивилизация. В весьма благоприятном субтропическом климате она за сотни лет существования достигла существенных высот развития, создав самобытную культуру и письменность. А в XVII в. она без остатка погибла, уничтожив вначале растительный и животный мир острова, а затем погубив себя в прогрессирующей дикости и каннибализме. У последних островитян не осталось уже воли и материала, чтобы построить спасительные «Ноевы ковчеги» – плоты и лодки. В память о себе исчезнувшее сообщество оставило полупустынный остров с гигантскими каменными фигурами – свидетелями былого могущества.

Наукой установлено, что потоки биологического синтеза и разложения вещества в биосфере с высокой точностью, до десятых долей процента, совпадают друг с другом, образуя сложную систему биологических циклов. Эта система подчиняется принципу Ле Шателье – Брауна: при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, равновесие смещается в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется. Физический принцип Ле Шателье – Брауна, основанный на моделях неживой природы, справедлив и для условно-равновесных (квазистационарных) природных систем, в том числе экологических (Смирнов Н. П., 2006). Этот же принцип объясняет причину негативного действия закона снижения энергетической эффективности природопользования – чем больше отклонение от состояния экологического равновесия, тем значительнее должны быть энергетические затраты для ослабления противодействия природных систем этому отклонению.

Нарушения цикличности и действия рассматриваемого принципа проявляются в истории биосферы в форме экологических кризисов: локальных, региональных, глобальных. Современный кризис определяется как неразрешимое в настоящее время противоречие между утвердившейся в истории цивилизации практикой природопокорительного отношения общества к окружающей среде и способностью биосферы поддерживать систему естественных биохимических циклов самовосстановления.

Развитие экологического кризиса в значительной степени связано с техногенными процессами, с увеличением объемов и темпов хозяйственной деятельности. Действительно, хозяйственная деятельность современного человечества в течение последнего столетия привела к серьезному загрязнению нашей планеты разнообразными отходами производства. Воздушный бассейн, водные объекты и почвы в районах крупных промышленных центров часто содержат токсичные вещества, концентрации которых существенно превышают предельно допустимые значения.

2.2. Основные источники и виды антропогенного загрязнения атмосферного воздуха

Источниками антропогенного загрязнения атмосферы служат различные объекты производственной и бытовой деятельности людей (табл. 2.2).

Пока масштабы антропогенного загрязнения атмосферы уступают глобальной естественной эмиссии (выделению). Данные о глобальной эмиссии из природных источников и в результате деятельности человека приведены в табл. 2.3.

Таблица 2.2

Виды загрязнений атмосферы

Техногенные источники отличаются большой скученностью, что приводит к высоким локальным загрязнениям воздушной среды.

Естественное загрязнение воздуха происходит в результате извержения вулканов, которых на планете насчитывается свыше 500, а также вследствие пыльных бурь, особенно в степных районах.

Антропогенные факторы предопределяют существенные изменения в нормальном функционировании атмосферы, причем как в самых нижних, так и в высотных ее частях. Имеется множество различных источников антропогенного характера, вызывающих загрязнение атмосферы, а вместе с тем и серьезные нарушения экологических равновесий в биосфере. По своим масштабам заслуживают внимания, прежде всего, два таких источника – транспорт и индустрия. В среднем на долю транспорта (например, в США) приходится 60 % общего количества загрязнений, поступающих в атмосферу, промышленности – 17 %, энергетики – 14 %, на отопление и уничтожение отходов – 9 %.

Таблица 2.3

Глобальные эмиссии из природных источников и в результате человеческой деятельности

Если говорить о транспорте, и, прежде всего, автотранспорте, то следует отметить, что при работе двигателя на этилированном бензине в выхлопах появляются оксиды азота, свинец и его соединения. Количество свинца в воздухе находится в прямой зависимости от интенсивности движения. При работе на серосодержащем топливе в выхлопах появляется также диоксид серы (SO₂). Как правило, содержание токсичных веществ в выхлопе бензиновых и дизельных двигателей превышает предельно допустимые концентрации в десятки и сотни раз.

Большой вклад в загрязнение атмосферы вносит и индустрия. Проведенный в России анализ состава промышленных выбросов и автотранспорта в 100 городах показал, что 85 % общего выброса вредных веществ в атмосферу составляют сернистый газ, оксид и диоксид углерода и аэрозольная пыль. Половина остальных 15 % специфических вредных веществ приходится на углеводороды, другая половина – на аммиак, сероводород, фенол, хлор, сероуглерод, фтористые соединения, серную кислоту.

Коксохимические, нефтехимические и металлургические заводы служат источниками поступления в атмосферу полиароматических углеводородов (ПАУ), в частности бенз(а)пирена. Концентрация бенз(а)пирена, как одного из наиболее опасных канцерогенов, на таких предприятиях достигает сотен мкг/м³ (ПДК = 5 ⋅ 10^– 6 мг/л).

Особенно большое локальное загрязнение воздуха ПАУ связано с переработкой угля в кокс, а также при разливе стали. Высокий уровень загрязнения воздушной среды ПАУ имеет место в производстве алюминия и сажи. Значительными источниками ПАУ служат тепловая электрическая станция (ТЭС) и тепловая электроцентраль (ТЭЦ).

Существенный вклад в загрязнение воздушной среды вносят предприятия по крупномасштабному производству галогенсодержащих соединений (CHCl₃ , CCl₄ ,CH₂Cl₂ , CF₂Cl₂ ,CF₂Cl₂ ,CH₃CCl₃ и др.). Специфика использования многих летучих галогенсодержащих соединений такова, что б„ольшая часть их поступает в атмосферу. Так, 95 % фторхлоруглеводородов попадает в атмосферу в течение 1 – 2 лет, причем около 40 % (а это сотни тысяч тонн в год) наиболее опасных для озонового слоя фреонов (как считают некоторые специалисты) просачиваются в стратосферу.

Глобальное распределение общего содержания озона характеризуется пространственно-временной асимметрией. Толщина озонового слоя измеряется в единицах Добсона (ЕД). 1 единица Добсона равна 1/100 мм толщины сжатого слоя озона при нуле градусов Цельсия; дырой считается участок атмосферы с уровнем озона меньше 220 ЕД.

При средней величине общего содержания озона около 300 ЕД общее количество озона в атмосфере меняется от 120 до 760 ЕД.

Минимальная концентрация наблюдается над экваториальным поясом, и она возрастает в направлении полюсов. При этом в стратосфере Северного полушария содержится больше озона, чем в южной стратосфере, а годовой ход концентраций O₃ в них носит зеркальный характер. Общая закономерность глобального распределения озона сформулирована в форме принципа Дютша – Добсона. Суть этого принципа состоит в том, что средняя стратосфера над экваториальным поясом находится в состоянии фотохимического равновесия, при котором скорость образования и скорости стока озона уравниваются и выполняется условие d[O₃]/dt = 0. Перенос озона в нижнюю стратосферу высоких широт приводит к его накоплению до количеств, намного превосходящих равновесные.

Уменьшение озонового слоя позволит большему количеству повреждающих клетки ультрафиолетовых лучей достигать Земли, что почти наверняка будет вредным для живых организмов, так как значительная доля раковых опухолей кожи вызывается воздействием солнечного света на протяжении длительного времени. Полагают, что каждое уменьшение озонового слоя на 1 % приводит к 2 %-ному усилению ультрафиолетового излучения и к 2 – 5 %-ному учащению случаев рака кожи.

Наиболее опасные для человека последствия истощения озонового слоя – увеличение числа заболеваний раком кожи и катарактой глаз. Согласно данным ООН, сокращение озонового слоя всего на 1 % означает появление в мире 100 тыс. новых случаев катаракты и 10 тыс. случаев рака кожи.

Средства массовой информации, а также некоторые учебно-методические пособия активно распространяют теорию разрушения озонового слоя (Фрумин Г. Т., 2006). Суть этой теории в следующем. Фреоны (фторхлоруглеводороды) широко используются в качестве хладоагентов, вспенивателей пластмасс, газов-носителей в аэрозольных баллончиках, средств пожаротушения и т. п. Выполнив свою рабочую функцию, б„ольшая часть фреонов попадает в верхнюю часть атмосферы, где под действием света разрушается с образованием свободных атомов хлора по реакции:

Далее атомы хлора интенсивно взаимодействуют с озоном по реакции:

и регенерируются по реакции:

При указанных превращениях один атом хлора может разрушить не менее 10 000 молекул озона. Однако следует заметить, что представления о роли фреонов в разрушении озонового слоя (экрана) нашей планеты являются всего лишь гипотезой. С ее помощью трудно объяснить причины периодического убывания концентрации озона над Антарктидой, тогда как не менее 90 % фреонов попадают в атмосферу в Европе и США. Другая гипотеза появления озоновых дыр основана на взаимодействии озона с потоками водорода и метана, поступающими в тропосферу через разломы в земной коре. Она основана на том, что географические координаты озоновых дыр очень близки к координатам зон разломов в земной коре. В том случае, если это справедливо, то колебания концентрации озона следует отнести к природным факторам.

Согласно гипотезе геохимика В. Л. Сывороткина, разрушение озонового слоя Земли – это естественный процесс, связанный с водородной дегазацией Земли. Именно водород – «главный газ Земли». Основные его запасы сосредоточены в ядре планеты и через систему глубинных разломов (рифтов) поступают в атмосферу. По примерным оценкам, природного водорода в десятки раз больше, чем хлора в техногенных фреонах. Однако решающим фактором в пользу водородной гипотезы следует считать то, что очаги озоновых аномалий всегда располагаются над центрами водородной дегазации Земли. В этой связи постоянство озоновой дыры над Антарктидой объясняется тем, что главные каналы дегазации – срединно-океанские рифты – сближаются вокруг Антарктиды и увеличивают «водородную продувку атмосферы» в этом районе. Кроме того, на Антарктиде расположен действующий вулкан Эребус с наибольшими газовыми выбросами в атмосферу.

И все же нельзя не отметить, что во второй половине XX в. замечено все усиливающееся разрушение озонового слоя вплоть до появления так называемых «озоновых дыр» не только над полярными, но и другими, в том числе густонаселенными, областями Земли. Наибольшие потери стратосферного озона раньше приходились на каждую антарктическую весну (октябрь), но сейчас и в северных широтах исчезает около 10 % озона стратосферы зимой и весной и около 5 % летом и осенью. Ежегодно вся Земля теряет около 0,5 % озонового слоя. За последние 10 – 15 лет его утрата составила примерно 7 %, и этот процесс идет с нарастающей интенсивностью.

В первой половине 1997 г. впервые возникла огромная по своим размерам озоновая «дыра» площадью около 30 млн км² над всей Арктикой, включая север Европы, Канады, Гренландию, Балтийское море, северные области Сибири вплоть до Урала и Байкала.

В связи с этим к началу 1980-х гг. ряд стран прекратили или резко сократили производство фторхлоруглеводородов. В настоящее время темп загрязнения атмосферы CCl₄, CFCl₃,CF₂Cl₂ заметно спал.

Здесь уместно отметить, что отечественная холодильная промышленность была практически разрушена потому, что СССР подписал Монреальский протокол (1987), предусматривающий прекращение производства фреонов, якобы разрушающих озоновый слой. Гипотеза об их вредоносности до сих пор не подтвердилась, но фреоновые холодильники уже не могут составить конкуренции агрегатам нового поколения от фирмы «Дюпон» даже с учетом того, что заменители фреонов дороги, токсичны и обладают сильным парниковым эффектом.

Если в стратосфере наблюдается уменьшение озона, то в приземном тропосферном слое происходит его повышенный синтез, особенно в загазованной атмосфере городов под влиянием солнечного ультрафиолетового излучения. При высокой концентрации озон является сильнейшим окислителем, который по своей токсичности превосходит цианистую кислоту и угарный газ. Стандартами ВОЗ установлены предельно допустимые концентрации озона в воздухе 100 мкг/м³.

По данным немецких ученых, в густонаселенных областях Европы содержание озона в настоящее время в 5 – 10 раз превышает эти нормы, а ведь даже при 200 мкг/м³ озона в воздухе начинают гибнуть лиственницы, сосны и другие растения, в том числе злаковые (рожь, ячмень и т. д.).

Источником опасных долгоживущих загрязнений атмосферы служат некоторые объекты коммунального хозяйства. Например, вентиляционные выбросы мусоропроводов содержат более 40 токсичных и дурнопахнущих веществ. При сжигании в быту природного газа в продуктах его сгорания обнаружено 22 различных компонента, в частности большое количество формальдегида (Н – СOH) (до 150 мг формальдегида при сжигании 1 м³ природного газа).

Опасным элементом загрязнения атмосферы являются аэрозольные образования. Аэрозоли — это дисперсные системы, в которых дисперсионной средой служит газ, а дисперсными фазами являются твердые или жидкие частицы. Обычно размеры частиц аэрозолей ограничивают интервалом 0,001 – 10 мкм. По агрегатному состоянию и размерам частиц дисперсной фазы аэрозоли делят на: туманы – системы с жидкой дисперсной фазой (размер частиц 10 – 0,1 мкм); пыли – системы с твердыми частицами размером более 10 мкм; и дымы, размеры твердых частиц которых находятся в пределах 10 – 0,001 мкм.

В физиологическом отношении особое внимание следует уделить частицам менее 5 мкм, так как с уменьшением частиц их поведение становится все более характерным для поведения газообразного состояния, т. е. они не задерживаются в бронхах при дыхании (не отфильтровываются из воздуха), а также не вымываются из воздуха дождями. Это увеличивает время их пребывания в атмосфере по сравнению с более крупными частицами – обстоятельство, играющее особо важную роль при распространении пыли и аэрозолей в атмосфере.

Попутно заметим, что продукты питания – хлеб, молоко, мясо, масло, рыба, сахар и другие – также представляют собой дисперсные системы. Да и сам человек состоит из частиц, образующих кровь, кости и ткани, которые являются сложными дисперсными системами. Поэтому не без основания известный ученый-коллоидник И. И. Жуков отмечал, что «человек – ходячий коллоид».

От дымов и туманов происходит смог. Согласно одному из последних международных экологических словарей, смог – это «туман, ставший более тяжелым и более темным благодаря городской копоти – дыму».

Встречается смог лондонского или лос-анджелесского типа. В первом случае причиной возникновения смога служит сжигание угля и мазута. При высокой влажности атмосферы образуется густой туман с примесью частиц SO₂. Свое название этот смог получил после трагедии зимой 1952 г., когда в Лондоне в результате образования инверсионного тумана умерло 3200 человек. В 1956 г. «туман-убийца» унес там еще несколько тысяч жителей.

Инверсия представляет собой необычное состояние атмосферы, при котором температура воздуха в тропосфере не убывает с высотой. В результате более холодный воздух располагается ниже более теплого. В подобной ситуации более холодный, а потому и более тяжелый воздух не может подняться вверх и рассеяться в атмосфере. Этим объясняется скапливание загрязнений ниже «крышки» из теплого воздуха.

Фотохимический смог был впервые отмечен в 1944 г. в Лос-Анджелесе, когда в результате большого скопления автомобилей была парализована жизнь одного из крупнейших городов США. Фотохимический смог возникает под действием солнечного света в отсутствии ветра при низкой влажности воздуха. Наблюдается сильное раздражение слизистых оболочек дыхательных путей и глаз. Сохранение смоговой ситуации в течение длительного времени приводит к повышению заболеваемости и смертности среди населения.

Особенно сильно смог влияет на детей и пожилых людей. Он оказывает вредное воздействие и на растительность, вызывая увядание и гибель листьев. Кроме того, фотохимический смог усиливает коррозию металлов, разрушение строительных сооружений, резины и других материалов.

Окислительный характер фотохимическому смогу придают озон и пероксилацетилнитраты (ПАН). ПАН – название группы соединений типа

где R – CH₃, C₆H₅ и т.д.

Из многочисленных органических соединений, попадающих в атмосферу, наибольшую склонность к образованию аэрозолей проявляют терпеновые углеводороды. Так, наблюдаемая над хвойными лесами в летнее время голубоватая дымка представляет собой аэрозоль, возникающий в результате фотохимического окисления терпенов.