Мониторинг атмосферного воздуха — зачем и как это делать?

В последние десятилетия загрязнение воздуха стало серьёзной проблемой. Превышение концентрации определённых веществ оказывает негативное влияние на биологические организмы. Предотвращение негативных последствий возможно только при постоянном контроле факторов вредного воздействия – экологическом мониторинге.

Что такое экологический мониторинг воздуха

Экологический мониторинг атмосферного воздуха представляет собой систему наблюдений за состоянием околоземных слоёв атмосферы с целью контроля вредного воздействия.

Основные источники загрязнения воздуха

Природными загрязнителями выступают вулканы, во время извержения которых в атмосферу попадают сотни тон сажи и пыли, пылевые бури, а также испарение солей с поверхности мирового океана и эрозия почв.

Промышленный рост и урбанизация привели к ухудшению качества воздушной среды. В неё в большом количестве попадают такие химические элементы, как:

• Сероводород и сероуглерод

Сульфид водорода ядовит в больших количествах. Если небольшие дозы используются в медицине, то вдыхание чрезмерного количества сероводорода грозит бронхитом и отёком лёгких.

В городах этот газ появляется при неправильной работе очистных сооружений.

Сероуглерод хорошо проникает в организм человека через лёгкие. В малых дозах вызывает головокружение, а в больших – снижение массы тела, анорексию, нарушение сна и нервозность.

Это вещество получают искусственно. Его активно применяют на предприятиях, где производят вискозное волокно, в сельском хозяйстве для обработки почвы и зерновых от насекомых.

• Альдегиды

Альдегиды раздражают слизистые оболочки и кожные покровы, способствуют развитию заболеваний дыхательных путей.

Вещества этой группы (глиоксаль, формальдегид и др.) широко применяются на производстве. Их используют в парфюмерии и текстильной промышленности. С их помощью делают пластмассы и синтетические смолы.

• Оксид углерода

Угарный газ вреден в больших количествах. При вдыхании он связывается с клетками крови, что приводит к кислородному голоданию. Несмотря на то, что на открытом воздухе отравление CO вряд ли возможно, превышение концентрации опасно для людей с заболеваниями сердца.

Оксид углерода выделяется при сжигании топлива на тепловых электростанциях и в двигателях внутреннего сгорания.

• Свинец

Свинец сверхтоксичен: его относят к первому классу опасности. Он провоцирует заболевания сердечно-сосудистой и нервной систем, вызывает головокружение и головную боль, приводит к ухудшению памяти и повышенной утомляемости.

Его источником в атмосферном воздухе по большей части является автомобильный транспорт.

• Тяжёлые металлы

Наибольшую опасность представляют хром, никель, цинк, ртуть и мышьяк. Их нахождение в атмосфере приводит к раздражению кожных покровов, респираторным инфекциям, сердечно-сосудистым заболеваниям и, как следствие, преждевременной смертности.

Эти вещества попадают в воздух в результате неправильной утилизации отходов, сельскохозяйственной и промышленной деятельности.

• Аэрозоли

Аэрозоли – это взвешенные в газе частицы малого размера.

Две трети аэрозольных выбросов происходят в результате вулканической активности, торнадо и почвенной эрозии. Однако эти частицы не представляют угрозы для живых организмов.

Опасны аэрозоли антропогенного происхождения: те, что попадают в среду в результате работы металлургических предприятий, теплоэлектростанций, строительной отрасли. При взаимодействии с воды они образуют смог, приводящий к заболеваниям лёгких.

К физическим загрязнителям относят свет, шум, электромагнитное и радиоактивное излучение.

• Шумовое

Эпицентры шумового загрязнения – города и междугородние шоссе.

Много шума производят промышленные предприятия, реактивные самолёты, корабли, поезда и другие транспортные средства, а также сфера строительства.

Согласно санитарным нормам, уровень шума не должен превышать 55 дБ. В противном случае он вызывает ухудшение памяти, бессонницу и повышение кровяного давления. Слишком громкие звуки становятся причиной ухудшения слуха. Повышенный уровень шума приводит к агрессии как у людей, так и у животных. Пчёлы покидают места шумового воздействия, и растительность вблизи мегаполисов сокращается из-за недостаточного опыления.

• Электромагнитное

Природные источники – магнитное поле Земли и реликтовое излучения Солнца. Среди антропогенных источников мобильные телефоны, бытовые электроприборы, медицинское оборудование и т.д.

Электромагнитное загрязнение оказывает негативное влияние на нервную систему человека и угнетает иммунитет. Замедляет рост и развитие растений, воздействует на насекомых и птиц.

• Радиационное

Источники естественного радиоактивного загрязнения это излучение земной коры и космическое. К антропогенным относят:

— полигоны, где проходят испытания ядерного и термоядерного оружия;

— места техногенных катастроф и захоронения радиоактивных отходов;

— производства, использующие радиоактивные вещества.

Естественный радиоактивный фон не представляет опасность для живых организмов. Напротив, загрязнение, вызванное деятельностью человека, угрожает благополучию экосистемы и вредит самому человеку. Оно имеет накопительное действие: степень поражения зависит от времени пребывания в заражённой местности. При вдыхании загрязнённого радионуклидами воздуха поражаются жизненно важные органы. Наиболее опасны изотопы цезия-137, америция-241 и стронция-90, имеющие длительный период полураспада. В настоящее время не существуют технологии, позволяющие бороться с радиоактивным загрязнением воздуха, поэтому меры направлены на предотвращение этого загрязнения.

• Световое

Источником светового загрязнения служат мегаполисы и городские агломерации с высокой плотностью населения, где много световой рекламы и яркое уличное освещение.

В результате чрезмерного освещения нарушаются биологические ритмы живых существ. Свет мешает мигрирующим видам ориентироваться в пространстве: например, морские черепахи сбиваются с пути в море и могут погибнуть. Более того, они становятся более уязвимыми для хищников.

Засветка отвлекает водителей на дорогах, что приводит к возникновению аварийных ситуаций. Чрезмерное освещение в ночное время суток нарушает сон людей, поскольку даже при минимальном освещении сокращается выработка мелатонина – гормона сна. В дальнейшем эту приводит к появлению стресса и ускоренному старению.

Кроме того, рассеянный в нижних слоях тропосферы свет мешает астрономическим наблюдениям. Станции переносят на сотни километров от городов, чтобы увеличить контраст между горизонтом и небесными объектами.

Зачем следить за воздухом

Деятельность человека приводит к выбросам вредных веществ в атмосферу. Превышение их концентрации в воздухе может поставить под угрозу здоровье людей, поэтому его состояние необходимо контролировать.

Степень загрязнения воздуха и конкретные вещества, находящиеся в нём, можно определить только при помощи специальных приборов. Система мониторинга атмосферного воздуха нужна для выявления нарушений, определения мер по охране среды, установления предельно допустимого уровня выбросов предприятий и др.

История наблюдений позволяет прослеживать тенденции и судить об эффективности мер по охране окружающей среды.

Мониторинг воздуха в мире

В развитых странах на постоянной основе действуют системы мониторинга качества атмосферного воздуха, однако в  беднейших странах третьего мира такие исследования не проводятся вовсе.

Государственный мониторинг воздуха в России

Закон Российской Федерации «Об охране окружающей среды» определяет мониторинг как службу наблюдения за экологической обстановкой. Его цель –  обеспечить государство и граждан достоверной информацией, касающейся состояния природной среды. В законе указано, что объекты охраны при проведении мониторинга воздуха – это не только атмосферный воздух, но и околоземное космическое пространство, а также озоновый слой.

Объект мониторинга атмосферного воздуха это околоземное космическое пространство, озоновый слой, ионосфера и сам атмосферный воздух.

Методы организации работы наблюдательного поста

При осуществлении наблюдений берут не только пробы воздуха, но и фиксируют такие данные, как температура, скорость ветра, его направление и погодные условия.

Существует три категории постов наблюдения. Станции мониторинга атмосферного воздуха размещаются на открытой местности и должны проветриваться со всех сторон. Покрытие должно быть непылящим.  Для измерений используются такие устройства, как электроаспираторы и газоанализаторы.

Стационарные

Это павильон с оборудованием для проведения непрерывных наблюдений. Стационарные посты предназначены для систематических исследований изменений в атмосфере, растянутых во времени.

Маршрутные

Используются там, где невозможно установить стационарный пост. Чаще всего это густонаселённые жилые районы. Маршрутный пост делает возможным регулярный отбор проб в определённом месте.

Передвижные лаборатории

Транспортное средство со специальным оборудованием. Передвижной пост ещё называют подфакельным, поскольку отбор проб производится под газовым факелом. Цель – выявление зоны влияния источника.

Мониторинг загрязнения атмосферы автотранспортом

На сегодняшний день около 70% загрязнения воздуха в городе приходится на личный автотранспорт. Транспортные средства на дизельном и бензиновом топливе считаются главными загрязняющими факторами, что ухудшают состояние городской среды.

Сбор сведений о загрязнении осуществляется в загруженном месте: там, где наиболее плотный поток автотранспорта.

Как часто проводят замеры

Организация замеров зависит от программы наблюдения. Например, полная программа подразумевает получение информации о среднесуточных концентрациях при помощи приборов, осуществляющих непрерывное измерение. Если наблюдения ведутся по неполной программе, то пробы берутся в 07:00, 13:00 и 19:00 по местному времени, в результате чего фиксируются разовые концентрации.

Умные города и перспективные проблемы загрязнения атмосферного воздуха

В «умном» городе мониторинг качества атмосферного воздуха осуществляется онлайн при помощи датчиков, передающих информацию в режиме реального времени. Это позволяет оперативно реагировать на любые изменения в состоянии атмосферы.

Концепция «умного города» подразумевает экологичный транспорт, зелёные насаждения и предприятия с продвинутыми системами очистки выбросов.

Урбанисты предлагают концепцию «пятнадцатиминутного города». Она предполагает, что вся необходимая инфраструктура будет находиться не более, чем в 15 минутах ходьбы пешком или езды на велосипеде. Таким образом, людям не придётся тратить по нескольку часов в день, чтобы добраться до работы и обратно. За счёт этого выбросы в атмосферу снизятся в несколько раз. Подобная концепция уже внедряется в Европе и некоторых городах Северной Америки.