Оксиды азота принимают участие в образовании фотохимического смога. К фотохимическим процессам относятся процессы образования пероксиацетилнитратов. При больших концентрациях пероксиацетилнитраты могут вызывать раздражение слизистой оболочки глаз и гибель растений, что характерно для южных солнечных городов.
Уровни фотохимического загрязнения воздуха тесно связаны с режимом движения автотранспорта. В период высокой интенсивности движения утром и вечером отмечается пик выбросов в атмосферу оксидов азота и углеводородов. Именно эти соединения, вступая в реакции, друг с другом, обусловливают фотохимическое загрязнение воздуха.
Наблюдается большое количество заболеваний верхних дыхательных путей у населения, подвергавшегося воздействию высоких уровней оксидов азота, по сравнению с группой людей, которые находились в условиях меньшей их концентрации, a концентрации других загрязнителей были такими же. Люди с хроническими заболеваниями дыхательных путей (эмфизема легких, астма), а также страдающие сердечнососудистыми заболеваниями, более чувствительны к прямым воздействиям оксидов азота.
Оксид углерода II (СО). Концентрация оксида углерода II в городском воздухе больше, чем любого другого загрязнителя. Однако поскольку этот газ не имеет ни цвета, ни запаха, ни вкуса, наши органы чувств не в состоянии обнаружить его.
Самый крупный источник оксида углерода в городах – автотранспорт. В большинстве городов свыше 90% СО попадает в воздух вследствие неполного сгорания углерода в моторном топливе по реакции: 2С + О2 = 2СО. Полное сгорание дает в качестве конечного продукта диоксид углерода: С + О2= СО2.
Другой источник оксида углерода – табачный дым, с которым сталкиваются не только курильщики, но и их ближайшее окружение. Курильщик поглощает вдвое больше оксида углерода по сравнению с некурящим. Оксид углерода вдыхается вместе с воздухом или табачным дымом и поступает в кровь, где конкурирует с кислородом за гемоглобин. Оксид углерода соединяется с молекулами гемоглобина прочнее, чем кислород. Чем больше оксида углерода содержится в воздухе, тем больше гемоглобина связывается с ним и тем меньше кислорода достигает клеток. По этой причине оксид углерода при повышенных концентрациях представляет собой смертельно опасный яд.
Оксид углерода IV (СО2). Мировые выбросы двуокиси углерода достигли 23,9 млрд. тонн в год, что на 400 млн. тонн больше, чем в 1996г., и почти в 4 раза больше, чем в 1950г.; более 40% мирового диоксида углерода производят США, Япония и страны Европейского Союза, однако общая эмиссия углерода из Китая теперь превышает показатели Европейского Союза, при этом подушевая эмиссия в Китае значительно ниже, чем в странах Европейского Союза. Влияние углекислого газа (СО2) связано с его способностью поглощать инфракрасное излучение (ИК) в диапазоне от 700 до 1400 нм. Земля, как известно, получает практически всю свою энергию от Солнца в лучах видимого участка спектра (от 400 до 700 нм), а отражает в виде длинноволнового ИК-излучения. С 1850 г. содержание СО2 в атмосфере возросло с 0,027 до 0,033% в связи с техногенной деятельностью. Человечество сожгло в XX в. ископаемых видов топлива столько, сколько за весь период своего существования до XX в. Поглощая ИК-излучение, СО2 действует как парниковая пленка.
Хлорфторуглеродные соединения (ХФУ), часто встречающиеся в быту и в промышленном производстве, – это пропелленты в аэрозольных упаковках, хладоагенты (фреон) в холодильниках и кондиционерах. Они применяются и при производстве вспененного полиуретана, и при чистке электронной техники. Постепенно ХФУ поднимаются в верхний слой атмосферы и разрушают озонный слой – щит атмосферы, спасающий от УФ-излучения. Время жизни двух самых опасных фреонов – Ф-11 и Ф-12 – от 70 до 100 лет. Этого вполне достаточно, чтобы в ближайшее время ощутить на себе последствия сегодняшней экологической неграмотности. Если сохранятся современные темпы выброса ХФУ в атмосферу, то в ближайшие 70 лет количество стратосферного озона уменьшится на 90%. При этом весьма вероятно, что: рак кожи примет эпидемический характер; резко сократится количество планктона в океане; исчезнут многие виды животных, например, ракообразные; УФ-излучение неблагоприятно скажется на сельскохозяйственных культурах. ХФУ – высокостабильные соединения и поскольку они не поглощают солнечное излучение с большой длиной волны, они не могут подвергнуться его воздействию в нижних слоях атмосферы, но, преодолев защитный слой, поднимаются вверх по атмосфере и коротковолновое излучение высвобождает из них атомы свободного хлора. Свободные атомы хлора затем вступают в реакцию с озоном. Таким образом, разложение ХФУ солнечным излучением создает каталитическую цепную реакцию, согласно которой один атом хлора способен разрушить до 100 000 молекул озона. Разрушение озонного защитного слоя привело к тому, что уровень ультрафиолетовой радиации удвоился на средних широтах северного полушария. Канцерогенным является УФ-излучение с длиной волны короче 320 нм. Ожидается, что каждый процент сокращения озонного слоя повлечет за собой увеличение числа случаев заболевания раком кожи на 5-6%.
Полихлорированные дифенилы – высокотоксичные соединения, специфически поражающие систему иммунитета, многие из которых обладают канцерогенной активностью, а также выраженным действием на репродуктивную функцию. Эти соединения легко включаются в пищевые цепи. По оценкам специалистов, в окружающей среде циркулирует более 400 тыс. тонн полихлорированных дифенилов, в т.ч. почти 250 тыс. тонн в океане.
Смог (от англ. smoke – дым и fog – туман), нарушающий нормальное состояние воздуха многих городов, возникает в результате реакции между содержащимися в воздухе углеводородами и оксидами азота, находящимися в выхлопных газах автомобилей. Термин «смог» был впервые применен к облаку, нависшему над Лос-Анджелесом. С увеличением числа автомашин подобное явление стало наблюдаться и над другими городами. В настоящее время автомобиль стоит на первом месте по абсолютному выбросу газов. Он источник почти половины загрязнителей воздуха. Главный вред причиняет угарный газ, однако негативно на организм человека влияют также углеводы, окислы азота, содержащиеся в выхлопных газах и фотохимические окислители. Окислы азота при контакте с влажной поверхностью легких образуют кислоты, а те, в свою очередь – нитраты и нитриты. Как сами кислоты, так и их производные оказывают раздражающее действие на слизистые оболочки, особенно глубоких отделов дыхательных путей, что может привести к рефлекторным расстройствам дыхания и даже отеку легких. Кроме того, нитраты и нитриты переводят оксигемоглобин в метгемоглобин, что вызывает кислородную недостаточность.
Среди источников загрязнения, отрицательно влияющих на здоровье человека, автомобиль играет значительную, но не основную роль. Автомобили являются причиной 10-25% заболеваний, хотя вырабатывают почти половину всех загрязнителей воздуха. Продукты горения – окислы серы и разнообразные мелкие частицы (смеси сажи, пепла, пыли, капелек серной кислоты, асбестовых волокон и т.д.) вызывают больше болезней, чем выхлопные газы автомобилей. Они поступают в атмосферу от электростанций, заводов и жилых домов. Окислы серы и частицы пыли обычно концентрируются в местах наиболее интенсивного сжигания угля, они опасны, главным образом, зимой, когда сжигается больше топлива. Фотохимический смог, наоборот, бывает более плотным в летнее время.
В промышленных зонах города наблюдается постоянное нахождение воздуха пылевидных частиц или различных соединений, среди которых наибольшую опасность вызывают диоксины, образующие при сжигании твердых бытовых отходов, содержащих пластмассы и другие химические соединения. Диоксины обладают мутагенными и канцерогенными действиями, а предельно допустимая концентрация в воздухе для взрослого человека не должна превышать одной десятой никограмма на килограмм веса. Для младенцев поступление этих ядов с молоком матери или пищей вообще недопустимо.
В районах специализированных мусоросжигательных заводов, около крупных мусорных свалок, где сжигают мусор на открытых кострах, постоянно находятся в воздухе во взвешенном состоянии мельчайшие субмикронные частицы, беспрепятственно проникающие в организм человека. Например, частица размером 1 мкм, находящаяся на высоте одного километра достигает земли только через 5 лет, т.к. средняя скорость оседания составляет около 50 см в день, т.е. человек, находящийся в зоне загрязнения постоянно дышит этим воздухом. Высокоактивные в биологическом отношении химические соединения могут вызвать эффект отдаленного влияния на здоровье человека: хронические воспалительные заболевания различных органов, изменение нервной системы, действие на внутриутробное развитие плода, приводящее к различным отклонениям у новорожденных. Медики установили прямую связь между ростом числа людей, болеющих аллергией, бронхиальной астмой, раком, и ухудшением экологической обстановки в данном регионе. Достоверно установлено, что такие отходы производства, как хром, никель, бериллий, асбест, многие ядохимикаты, являются канцерогенами, то есть вызывающие раковые заболевания. Еще в прошлом веке рак у детей был почти неизвестен, а сейчас он встречается все чаще и чаще.
При проведении различных технологических процессов в воздух выделяются твердые и жидкие частицы, а также пары и газы. Пары и газы образуют с воздухом смеси, а твердые и жидкие частицы – аэродисперсные системы – аэрозоли. Аэрозолями называют воздух или газ, содержащие в себе взвешенные твердые или жидкие частицы. Аэрозоли принято делить на пыль, дым, туман. Пыли или дымы – это системы, состоящие из воздуха или газа и распределенных в них частиц твердого вещества, а туманы – системы, образованные воздухом или газом и частицами жидкости.
Пыль как социогенный фактор. Причины основных выбросов пыли в атмосферу – это пыльные бури, эрозия почв, вулканы (природные, абиотические негативные факторы). Однако, около 15-20% общего количества пыли в атмосфере имеет социогенное происхождение: производство стройматериалов, дробление пород в горнодобывающей промышленности, производство цемента, строительство. Например, во Франции приблизительно 3% общего объема производимого цемента выбрасывается в атмосферу (около 100 т в год). Пыль, осевшая в индустриальных городах, содержит 20% оксидов железа, 15% оксида кремния и 5% сажи. Промышленная пыль часто включает также оксиды различных металлов и неметаллов, многие из которых токсичны (оксиды марганца, свинца, молибдена, ванадия, сурьмы, теллура).