Химический состав атмосферы всегда находился в равновесии с устойчиво развивающейся жизнью, которая материализована в биоте. Глобальные изменения естественного характера, как, например, наступление и отступание ледников, крупные извержения вулканов, естественные экосистемы обычно быстро выводят на новый уровень равновесия, или очень быстро возвращают окружающую среду к норме.
Человек выбрасывает в атмосферу загрязнения, которые представляют так называемые малые составляющие атмосферы, или минорные газы. Тем не менее эти выбросы, как показывают данные наблюдений и исследования древнего воздуха, заключенного в пузырьках в ледяных кернах из скважин в Антарктиде и Гренландии, с рубежа XIX и ХХ веков накапливаются в атмосфере со все большей скоростью и дестабилизируют ее. В. свою очередь, дестабилизация атмосферы ведет к дестабилизации экосистем, здоровья человека и климата, а также разрушению сооружений.
Приземные воздушные массы, с которыми перемещаются атмосферные загрязнения, в зависимости от размера территории страны - источника загрязнения обеспечивают трансграничный перенос, а, следовательно, региональное загрязнение при времени жизни поллютанта от 1 дня до недели. Если же время жизни химических веществ превышает 1 месяц, то обеспечивается полушарный уровень загрязнения атмосферы. Глобальный уровень обеспечивается при времени более 6 месяцев. Если время жизни поллютанта в атмосфере превышает 12 месяцев, то такое вещество может вступать в обмен между тропосферой и стратосферой, поэтому такие вещества, как фреоны (хлорфторуглероды) и окислы азота, могут воздействовать на стратосферный озоновый слой.
Перенос атмосферных загрязнений тесно связан с высотой труб предприятий – источников загрязнения. Чем выше трубы (а сейчас нередко они достигают 300 м), тем дальше переносятся загрязнения. Важнейшую роль в их переносе играют и крупномасштабные (синоптического масштаба) циркуляционные явления – циклоны и антициклоны, продолжающиеся в среднем около недели, которые перемещаясь за это время на тысячи километров и имея региональные масштабы, могут формировать случаи повышенного загрязнения на территориях, весьма удаленных от источников загрязнения.
Ведущими атмосферными поллютантами регионального масштаба служат следующие вещества: двуокись серы, окислы азота и аммиак. Ежегодный выброс этих поллютантов в Европе (включая Европейскую часть России) составляет, соответственно, 35,18 и 5 Мт.
При этом с 1980 г. в мире и в России выброс двуокиси серы сокращается, приостановлен рост выброса аммиака, но продолжается рост выброса окислов азота. Основными источниками их выброса являются промышленность и сельское хозяйство. С этими поллютантами связаны следующие региональные экологические опасности: образование кислотных дождей, закисление почв и водных объектов, формирование смога, воздействие на органы дыхания людей, разрушение зданий и коммуникаций.
Главным источником двуокиси серы служит сжигание ископаемого топлива: угля, нефти, лигнита. В Европе оно дает 70% эмиссии SO2. Естественная эмиссия двуокиси серы не превышает в общей эмиссии 4%. Окислы азота также появляются в результате сжигания ископаемого топлива, но в основном автотранспортом. Естественная эмиссия окислов азота также не превышает 4% от общей эмиссии. Аммиак является результатом интенсивного животноводства, возникает при разложении навоза.
Ароматические органические соединения представляют другую группу региональных поллютантов. Это смесь органических соединений, которые, кроме непосредственного воздействия на здоровье человека, участвуют в образовании тропосферного озона и фотооксидантов, которые ведут к нарушению функций органов дыхания человека.
Аэрозоли также служат источниками региональной экологической опасности. Они представлены твердыми или жидкими частицами, взвешенными в воздухе, и по размерам меняются от 0,1 до нескольких сотен микрон. Частицы менее 10 микрон считаются самыми опасными для человека. Атмосферный антропогенный аэрозоль состоит из первичного аэрозоля, возникающего в основном при сжигании ископаемого топлива и на других производствах (например, цементного и химических), а также вторичного аэрозоля, формирующегося из двуокиси серы, окислов азота, аммиака и летучих органических соединений. Обычно двуокись серы и окислы азота при влажности воздуха 70-80% образуют жидкие капельки и растворы кислот.
Наконец, региональную опасность формирует эмиссия тяжелых металлов при сжигании ископаемого топлива, при работе металлургической промышленности и сжигании автомобильным транспортом бензина со свинцовыми добавками. Перенос попавших в атмосферу свинцовых соединений происходит на большие расстояния. Так, в отложениях снега и фирна в Гренландии четко прослеживается рост концентрации свинца антропогенного происхождения за последнее столетие, когда появился автомобильный транспорт.
Важнейшим фактором региональной экологической опасности, связанной с распространением атмосферных поллютантов, является закисление окружающей среды в результате сухих и мокрых выпадений двуокиси серы и окислов азота из атмосферы. Когда в результате закисления среды увеличивается концентрация ионов водорода (т.е. понижается величина рН), то начинается нарушение существующего естественного баланса веществ во всех средах: одни соединения преобразуются в другие, малоподвижные вещества трансформируются в подвижные и включаются в системы круговорота и трофические цепи, нетоксичные вещества преобразуются в токсичные.
Водные организмы при закислении элиминируются, так как погибают при рН меньше 4, они также заболевают и элиминируются в результате выщелачивания из почвы и поступления в водоемы токсичных металлов, особенно алюминия. Закисление окислами азота вызывает также эвтрофикацию водоемов и прибрежных морских вод.
Растения, особенно деревья, в результате закисления почв и изменений химических процессов и биоты почв заболевают, хвоя и листва изменяют цвет, деревья становятся менее устойчивыми к другим заболеваниям и паразитам и засыхают.
3акисление сказывается на здоровье человека при употреблении закисленной питьевой воды, получаемой из поверхностных и подземных источников, в которой при понижении рН возрастает концентрация металлов.
Закисление среды вызывает разрушение строительных материалов и коррозию металлов, содержащих железо. В закисленных почвах коррозируют стальные трубы, сваи, цементные фундаменты, свинцовые кабели.
Окислы азота и ароматические органические соединения, которые выбрасываются преимущественно автотранспортом, служат главной причиной образования фотохимических оксидантов (окислителей) и озона в приземном слое атмосферы. При этом окислы азота при фотохимических реакциях играют роль катализатора. Озон – наиболее важный оксидант (окислитель) в воздействии на здоровье людей. Он поражает дыхательные пути и считается одним из основных факторов заболевания астмой. При повышении концентрации озона до 75-100 частей на миллиард в воздухе о течение часа отчетливо ощущаются неприятные явления в глазах, горле и носе, а также в груди. Озон разрушает картины, текстиль, резину, пластик, поэтому в соответствующие материалы нередко добавляют антиоксиданты.
На клеточном уровне озон увеличивает проницаемость клеточных мембран растений, активирует энзимы и стимулирует продукцию этилена как ответ на стресс. На уровне растений озон обесцвечивает листву, пигментирует ее и вызывает появление некротических пятен, снижает рост листьев и других органов растения, снижает урожай и качество продукции, создаст предрасположенность к болезням и паразитам, наконец, он пролонгирует летний рост и повышает чувствительность к заморозкам. Озон в сочетании с закислением среды усиливает эффект поражения растений, особенно лесов.
Фекальное загрязнение, его начало относится ко времени возникновения и развития городов, т.е. 5-6 тыс. лет назад. Активное загрязнение органическими веществами относится ко времени 1-0,5 тыс. лет назад. В ХХ веке появляются следующие виды загрязнений и связанных с ними процессов:
засоление появилось в самом начале ХХ века;
загрязнение металлами относится к периоду между 1910 и 1920 гг.;
органические микрозагрязнители появляются после 1930 г.;
эвтрофикация проявляется с 1940 г.;
нитраты начинают поступать после 1940 г.;
в районе 1950 г. появляются радионуклиды;
после 1960 г. появляется закисление водных объектов
Другой характер имеет региональная экологическая опасность, связанная с трансграничным переносом загрязнений водными потоками и течениями. Человек начал загрязнять реки очень давно, со времени формирования первых городов, когда сточные канавы и канализационные системы заканчивались в водных объектах и основным источником загрязнения были фекалии. С быстрым развитием сельского хозяйства росло загрязнение рек органическими веществами, но только в ХХ веке разнообразие и объемы загрязняющих веществ стали катастрофически возрастать.
Региональная экологическая опасность, возникающая при трансграничном перемещении водой загрязнений, привязана к линейным объектам – рекам или строго очерченным водоемам – озерам, которые находятся на границе государств, наконец, она привязана к морским акваториям, но результаты трансграничного переноса загрязнений через водные объекты всегда сказываются на обширной территории, так как эти объекты используются в качестве источника питьевого и хозяйственного водоснабжения, орошения, источника рыбной продукции или морепродуктов, а также как зоны рекреации.