ЕКОЛОГІЧНІ ПРОБЛЕМИ АТМОСФЕРНОГО ПОВІТРЯ Атмосфера як предмет екологічного картографування має свої особливості. Насамперед, повітряна оболонка Землі є однією з найголовніших умов життя. Без їжі людина може прожити місяць, без води — тиждень, а без повітря не може прожити і кількох хвилин. Атмосфера має велике екологічне значення. Вона захищає живі організми від згубного впливу космічних випромінювань та ударів метеоритів, є носієм тепла і вологи. Якби на Землі не існувало атмосфери, то добові коливання температури досягали б 200°С. Через атмосферу відбувається фотосинтез та обмін енергії та інформації – основні процеси в біосфері. Наявність атмосфери на планеті обумовлює ряд складних екзогенних процесів (вивітрювання гірських порід, діяльність повітряних мас і природних вод тощо). Для деяких організмів (бактерії, літаючі комахи, птахи та інші) атмосфера є основним середовищем життя. Названі процеси активно відбуваються при екологічній рівновазі в системі «природа—суспільство». Діяльність людини може порушувати цю рівновагу в природі, що призводить до виникнення екологічних проблем. Серед них можна назвати парниковий ефект, озонові діри в атмосфері, смог, кислотні дощі, забруднення атмосферного повітря тощо. Парниковий ефект. Нині атмосфера Землі розігрівається значно швидше, ніж будь-коли в минулому. Це зумовлено діяльністю людини, а саме: спалювання органічного палива, а також знищення лісів призводить до накопичення в атмосфері вуглекислого газу. За останні 120 років вміст цього газу в повітрі збільшився на 17%. У земній атмосфері вуглекислий газ діє як скло в теплиці чи парнику: він вільно пропускає до поверхні Землі сонячні промені, але утримує тепло розігрітої Сонцем поверхні Землі. Це викликає розігрівання атмосфери, відоме під назвою «парникового ефекту». Якщо людство не зменшить обсяги забруднення атмосфери і глобальна температура надалі зростатиме, як це триває впродовж останніх 20 років, то дуже швидко клімат стане теплішим, ніж будь-коли на Землі за останніх 100000 років. Це може призвести до глобальної екологічної кризи. Озонові дірки в атмосфері. На висоті 20–30 км повітря містить підвищену кількість озону. Озон утворюється в стратосфері з молекул звичайного двоатомного кисню, що поглинає жорстке ультрафіолетове випромінювання. Останнім часом вчені занепокоєні зниженням вмісту озону в озоновому шарі атмосфери. Над Антарктидою виявлено «дірку», де вміст озону на 40–50% менший від звичайного. Ця озонова дірка з року в рік збільшує свої розміри, і сьогодні вона вже більша за материк Антарктиду. Це має негативні екологічні наслідки для країн південної півкулі, ближчих до Антарктиди, де зареєстровано зростання захворювань на рак шкіри та катаракту. Тривожні повідомлення надходять і з північної півкулі, де виявлено озонову дірку над архіпелагом Шпіцберген, щоправда, менших розмірів, ніж антарктична. Зниження вмісту озону в атмосфері загрожує зменшенням врожаїв сільськогосподарських рослин, підвищенням кількості захворювань людей і тварин, частоти шкідливих мутацій. Озоновий шар затримує жорстке ультрафіолетове випромінювання, якщо він зникне зовсім, це призведе до загибелі всього живого на Землі. Смог. Дослідження вчених свідчать, що смог виникає в результаті
складних фотохімічних реакцій у повітрі, забрудненому вуглеводнями, пилом, сажею та окислами азоту під впливом сонячного світла, підвищеної температури нижніх шарів повітря та великої кількості озону, який виділяється при неповному згорянні автомобільного палива. У сухому, загазованому й теплому повітрі виникає синюватий туман, що неприємно пахне, подразнює очі, горло, спричиняє задуху, викликає приступи бронхіальної астми тощо. Листя на деревах в’яне, стає плямистим, жовкне. Прискорюється корозія металу, руйнування мармуру, фарб, гуми, швидко псується взуття. Кислотні дощі. Окисли сірки й азоту, що викидаються в атмосферу внаслідок роботи теплових електростанцій й автомобільних двигунів, сполучаються з атмосферною вологою і утворюють дрібні крапельки сірчаної або азотної кислоти, які переносяться вітрами у вигляді кислотного туману і випадають кислотними дощами, які вкрай негативно впливають на навколишнє середовище. При цьому знижується врожайність більшості сільськогосподарських культур внаслідок ушкодження листя кислотами; вимиваються з ґрунту кальцій, калій і магній, що викликає деградацію фауни та флори; отруюється вода озер і ставків, де гине риба й зникають птахи; зникають водоплавні птахи і тварини, що харчуються комахами; гинуть ліси в гірських районах, що викликає зсуви й селеві потоки; збільшується кількість захворювань серед населення (подразнення очей, хвороби дихальних шляхів тощо). Якщо перші дві проблеми мають планетарний характер, то решта – локальний. Серед основних локальних проблем, які можна картографувати, найбільше виділяється забруднення атмосферного повітря. Забруднення атмосферного повітря на картах може передаватись в абсолютних і відносних показниках. Перші називаються картами забруднення і характеризують джерела забруднення. Другі – відносяться до карт забрудненості, на них показуються відносні кількісні величини концентрації забруднювальних речовин (мг/ л, мг/ куб. м) як за окремими інгредієнтами, так і сумарними величинами. Більшість існуючих карт можна віднести до карт забруднення, значно менше карт забрудненості атмосферного повітря. Вони не мають прикладної оцінки і належать до інвентаризаційних карт. Принципово іншою є запропонована нами карта забрудненості атмосферного повітря на території України. По-перше, вона характеризує сумарну забрудненість атмосферного повітря, по-друге, містить кількісну і якісну оцінки можливого впливу на здоров’я населення. Забрудненість – це несприятливі зміни стану атмосферного повітря, цілком або частково викликані діяльністю людини, які безпосередньо або опосередковано змінюють розподіл енергії, що надходить, рівні радіації, фізико-хімічні властивості атмосфери і умови існування живих організмів. Ступінь змін і масштаби наслідків залежать, по-перше, від інтенсивності й характеру самого забруднення, по-друге, стійкості атмосферного повітря до антропогенного навантаження. З екстенсивним розвитком народного господарства швидкими темпами зростали антропогенні викиди в атмосферу. Ще 50 років тому масштаби цих викидів були на декілька порядків меншими від їх природних надходжень в атмосферу. Тому існуючі в природі механізми утримання рівноваги та
стабільності характеристик атмосфери істотно не порушувались. Однак за останні десятиріччя масштаби техногенних викидів наблизилися до їх природних надходжень або навіть перевищують їх. Крім того, відбуваються якісні зміни: в атмосферу викидається все більша кількість речовин, яких там раніше не було або було дуже мало. Тому в атмосфері не встигають сформуватися механізми очищення від них. До основних техногенних забруднювачів, які викликають регіональні або глобальні зміни стану атмосфери і здоров’я населення, можна віднести оксиди вуглецю, діоксид сірки, оксиди азоту, галогенорганічні сполуки, вуглеводневі сполуки, важкі метали, аерозолі тощо. Ці забруднювачі надходять в атмосферу від стаціонарних і пересувних джерел забруднення. В останні роки, через економічну кризу, спостерігається зменшення загального обсягу викидів від стаціонарних джерел (Національна доповідь, 1998). Так, за період з 1994 по 1998 роки викиди забруднювальних речовин у атмосферне повітря від стаціонарних джерел зменшились на 2045,1 тис. т. або на 33%. Стаціонарними джерелами забруднення в Україні у 1998 році було викинуто 4156,3 тис. т. шкідливих речовин. Це на 8 % менше, ніж у 1997 році. Найбільшу частку викидів, що забруднювали повітря в 1998 році, становлять викиди від стаціонарних джерел підприємств обробної промисловості (36%), виробництва електроенергії, газу та нафти (33%) та добувної промисловості (25%). Серед рухомих джерел забруднення найбільше викидів має автотранспорт. Ним у 1998 році було викинуто в атмосферне повітря 1884,5 тис. т. шкідливих речовин, що становить 31% від загального обсягу викидів по Україні. Понад 63% свинцю, 54 – оксиду вуглецю, 36 – вуглеводнів та 25 – оксидів азоту від загальної кількості цих речовин надходить від автотранспорту. В багатьох областях України викиди автотранспорту в 1998 році перевищували 60% від загального обсягу викидів, зокрема у Закарпатській області – 82 %, Житомирській – 81, Одеській, Волинській — по 78, Автономній республіці Крим – 76, Чернівецькій – 75,Чернігівській – 74, Тернопільській – 70, у Сумській та Миколаївській – по 63 та Хмельницькій – 62 тощо. Викиди забруднювальних речовин від автотранспорту у 1998 році збільшились порівняно з 1997 на 32%. Оцінка забруднення атмосферного повітря лише за викидами шкідливих речовин не повністю характеризує стан атмосферного повітря, через те, що не враховуються транскордонні переноси і забруднення від інших джерел (стаціонарних і пересувних). Тому для повної оцінки використовуються фонові концентрації основних забруднювачів. їх негативний вплив на природне середовище може відбуватися внаслідок прямого контакту з забрудненим повітрям і шляхом випадання шкідливих речовин із атмосфери, що призводить до вторинного забруднення води і ґрунтів. Це потрібно враховувати при визначені зон екологічного лиха. Просторовий масштаб впливу коливається в надзвичайно широких межах залежно від характеристик джерел забруднення і об’єктів впливу. Концентрація забруднювальних речовин від окремих локальних джерел внаслідок процесів розсіювання і випадання домішок швидко зменшується з віддаленням від джерела. Максимальні концентрації спостерігаються на відстані, що дорівнює 20 висотам труби. Тому небезпечні для здоров’я людини концентрації забруднювачів від таких джерел
спостерігаються, як правило, на площі не більше 10–100 кв. км. В крупних промислових агломераціях відбувається накладання забруднення від окремих джерел тому загальна площа негативного впливу може бути близькою до площі агломерації або навіть перевищувати її. Для оцінки ступеня забруднення атмосферного повітря використовуються фактичні максимально-разові і середньодобові концентрації за декілька років, але не менше ніж за 2 роки. Ці концентрації зіставляються з максимальноразовими і середньодобовими гранично допустимими концентраціями (ГДК). Максимально-разова ГДК необхідна для попередження рефлекторних реакцій у людини (відчуття запаху, зміни біоелектричної активності головного мозку, світлової чутливості очей тощо) за короткотривалого впливу забруднювачів (до 20 хв.), а середньодобова ГДК – з метою попередження резорбтивного (загальнотоксичного, канцерогенного, мутагенного та інше) впливу забруднювачів. Для оцінки впливу забруднювачів на здоров’я населення потрібно користуватися не лише максимально-разовими і середньо-добовими ГДК, які регламентують вміст хімічних елементів у повітрі населених пунктів, але й показники, які характеризують вміст шкідливих речовин за тривалий період (місяць, рік). Підставою для цього служить те, що невеликі концентрації речовин при тривалій дії дають такий же негативний ефект, що й висока концентрація за короткий проміжок часу. Ступінь забрудненості атмосферного повітря встановлюється за кратністю перевищення фактичної концентрації забруднювачів відповідної ГДК з урахуванням класу шкідливості, сумації біологічної дії забруднень повітря і частоти перевищення ГДК. Це стосується оцінки окремих забруднювачів повітря; щодо сумарного забруднення, то необхідно мати сумарні ГДК. На жаль, останні існують теоретично у вигляді різних інтегральних показників (індекси Р, К, ІЗА тощо). Останні розраховувалися нами за матеріалами Центральної СЕС і гідрометеослужби України. Після попереднього картографічного опрацювання і аналізу цих матеріалів для складання основної карти були використані матеріали СЕС, які охоплюють більше населених пунктів (відповідно 323 і 58), а для карт-врізок – статистичні дані гідрометеослужби України. Матеріали СЕС включали: дифузне забруднення атмосферного повітря (на стаціонарних і маршрутних постах); забруднення атмосферного повітря під факелом промислових підприємств і викликаного в процесі роботи автотранспорту (на вулицях, майданах і магістралях). За цими даними для населених пунктів розраховувалися (в основному за три роки) максимальні величини концентрації окремих забруднювачів у повітрі. Максимальні показники, по-перше, використані тому, що для оцінки потенційного ризику для здоров’я людей важливі відхилення від середнього або максимальні величини, а, по-друге, фахівцями рекомендовано використовувати їх для рівнів і дальності поширення забруднювальних речовин, що є необхідним моментом його картографічного відображення. Оскільки оцінка ступеня забрудненості атмосферного повітря проводилась за матеріалами СЕС, тому були розраховані інтегральні показники К і Р. (див. легенду карти). Розраховані індекси – це відносні величини, що характеризують зв’язок між фактичними концентраціями домішок в атмосфері, тривалістю їх дії і гігієнічними нормативами якості повітря, а також величину сумарного
забруднення повітря. При необхідності за величиною індексу можна визначити фактичну концентрацію забруднювачів. Ці величини є основними показниками картографування. На другому етапі розробки карти нами були визначені межі поширення сумарного забруднення. Орієнтовною межею ареалу розсіювання вважали лінію, на якій зберігається концентрація забруднювачів 0,5 ГДК. Розрахунок цієї межі (за якісними і кількісними показниками) проводився нами з урахуванням величини сумарної забрудненості атмосферного повітря, кліматично-погодних умов й інших показників (див. легенду карти). Серед клімато-погодних умов важливим є метеорологічний потенціал атмосфери. Цей показник характеризує переважання тих чи інших процесів (накопичення чи розсіювання протягом року на певній території) і визначався за повторюваністю днів зі швидкістю вітру 0—1 і більше 6 м/с; днів з туманами та опадами (див. карту-врізку «Метеорологічний потенціал атмосфери»). Якщо метеорологічний потенціал атмосфери більше 1, то переважають процеси накопичення, якщо менше І, то — самоочищення атмосфери. Розраховані показники зон розсіювання і величини сумарного забруднення були використані нами для складання карти «Україна. Забрудненість атмосферного повітря», масштаб карти 1:2000000. Для цього навколо населених пунктів за 8-ма румбам в масштабі карти відкладалися величини забрудненості атмосферного повітря, які з’єднувалися плавною лінією. Таким чином, одержували ареали розсіювання сумарного забруднення навколо населених пунктів. Отже, інтегральна фонова оцінка забрудненості повітря відображена на карті за допомогою ізоліній та ареалів і має такі рівні: низький (індекси від 0 до 1); нижче середнього (1–3); середній (3–6); підвищений (6–12); високий (12– 24); дуже високий (24–48) і надзвичайно високий (більше 48). На карті також показано населені пункти з інтегральними показниками забрудненості атмосферного повітря. Якщо ареали розсіювання не виражалися в масштабі карти, то населений пункт наносився у вигляді пунсона з числовими характеристиками P/К. Якщо конфігурація і величина зони розсіювання виражалися в масштабі карти, то вона показувалася ареалами з його числовими характеристиками. В легенді карти наводяться формули для розрахунків інтегральних показників Р і К, а також зон розсіювання забруднювачів навколо населених пунктів. За допомогою діаграм нами дана характеристика структури основних забруднювачів атмосферного повітря. Вони згруповані у класи: галогени, сірка та її сполуки, азот та його сполуки, вуглець та його сполуки, органічні сполуки, метали, завислі речовини. По кожному класу дається список забруднювачів. Для порівняння їх між собою проведена їх стандартизація. За стандарт прийнято 3 клас шкідливості речовин. На стовпчастій діаграмі 1 мм висоти стовпчика відповідає 2 одиницям стандартизованої кратності перевищення ГДК, показана шкала цього масштабного ряду. Під кожною діаграмою цифрами позначені забруднювачі певної групи. На полях основної карти розташовані дві карти-врізки. Перша – це «Метеорологічний потенціал атмосфери», а друга – «Забрудненість атмосферного повітря в містах» за комплексними показниками забрудненості атмосфери (ІЗА). Якщо для першої карти-врізки її зміст передано способом
ізоліній, то для другої — круговою картодіаграмою за областями України (1 мм діаметру відповідає 2 одиницям ІЗА). Основні для міст забруднювачі атмосферного повітря відтворені кольоровими точками. Колір відповідає типу забруднювачів (бенз/а/пірен, формальдегід, двоокисел азоту, пил, аміак, фтороводень, фенол, двоокисел сірки, сірчана кислота, сірковуглець, сажа, окисел азоту, сірчаний ангідрид, хлор). Концентрації названих забруднювачів створюють певний рівень забрудненості атмосферного повітря в населених пунктах і на територіях, що прилягають до них. Найбільш високе забруднення, як показує карта «Забрудненість атмосферного повітря», характерне для Донецько-Придніпровського регіону, а також навколо обласних центрів України. Чим вище рівень забруднення, тим більша небезпека для здоров’я населення і стану навколишнього середовища. Так, довготривале забруднення атмосферного повітря сірчаним газом, окислами вуглецю, азоту та іншими речовинами шкідливо впливає на здоров’я людини. При цьому може збільшуватися загальна захворюваність населення, яка обумовлена враженням окремих органів і систем організму — легеневої (пневмонії, бронхіальна астма та інші неспецифічні хвороби легенів); серцевосудинної системи (гіпертонічна хвороба, інфаркт міокарда, хронічні хвороби тощо). Великий вплив на рівень захворюваності населення має сумарна забрудненість атмосферного повітря. За її значенням - 5 інтегральних індексів Р спостерігається суттєве збільшення ряду нозологічних форм і груп захворювань (бронхіти, бронхіальна астма, авітамінози тощо), а також збільшення загального числа хворих хронічними недугами. Цей стан відповідає на карті середньому рівню сумарної забрудненості атмосферного повітря, який переважає на території України. При сумарному забрудненні атмосферного повітря на рівні 10 Р спостерігається значне збільшення хронічних захворювань не тільки серед дітей, але і серед дорослих. Для деяких захворювань (ішемічна хвороба серця, гострі респіраторні хвороби і грип) суттєве їх поширення спостерігається тільки на рівні 20 Р. Таке забруднення мають промислові регіони та території, що прилягають до них. Такі нозоформи, як хвороба шлунку, органів травлення корелюють з атмосферним забрудненням тільки за умови його спільної дії з іншими факторами. Звичайно, найбільш небезпечне атмосферне забруднення для здоров’я дітей, яке знижує адаптаційні можливості дитячого організму, що призводить до зміни дихальних функцій і збільшення рівня легеневої патології. Крім того, для зон розташування промислових підприємств характерні специфічні забруднення, які можуть також призводити до погіршення стану здоров’я людини. Так, наприклад, у зонах розміщення атомних електростанцій можлива висока загальна захворюваність населення, особливо злоякісними пухлинами; теплових електростанцій і цементних заводів – силікози; в зоні металургійних заводів – хронічним бронхітом; кольорової металургії – раком легень; алюмінієвих заводів – отруєнь фтором; інтенсивного руху автотранспорту – хронічних отруєнь і вражень легень тощо. Високий рівень забруднення загрожує здоров’ю не тільки теперішнього, але й майбутнього поколінь. Порівняльний аналіз карт забрудненості атмосферного повітря та
метеорологічного потенціалу атмосфери свідчить про те, що на території України переважають процеси розсіювання забруднювачів. Виняток складають гірські райони Карпат і Криму, де умови сприятливі для накопичення забруднювачів. Але в цих регіонах невеликий рівень промислового забруднення. Тому вся територія України має певний позитивний потенціал самоочищення атмосфери. Звідси можна прогнозувати поліпшення екологічного стану атмосферного повітря при дотриманні певних природоохоронних заходів. З аналізу картографічного дослідження забрудненості атмосферного повітря можна зробити деякі висновки. По-перше, на сьогодні існує декілька методик його інтегральної оцінки. Всі вони використані при складанні карти. Існує розходження в пріоритетних забруднювачах для населених пунктів за матеріалами СЕС і гідрометеослужби. Інтегральна оцінка забрудненості атмосферного повітря передана за допомогою картограми і ареалів, а структура забруднювачів з їх стандартизованими класами шкідливості – картодіаграмою. Основні забруднювачі систематизовані також за їх хімічними класами, а в межах класів — виділяється їх структура. Зони розсіювання навколо населених пунктів мають кількісну і якісну оцінку. По-друге, ця робота не вирішує проблеми збереження і охорони якості атмосферного повітря, але вона необхідна для більш ясного уявлення про можливі наслідки його забруднення. З цієї точки зору може служити основою для прийняття рішень про подальше розміщення промислових підприємств з метою максимального зменшення негативних наслідків техногенного впливу на навколишнє середовище і здоров’я населення, а також збереження екологічно безпечного рівня життєдіяльності населення і широкої екологічної освіти населення. Отже, картографічне дослідження екологічних проблем атмосферного повітря може мати суттєве значення для поліпшення екологічної ситуації в Україні.