Белов С.В. (ред.) Безопасность жизнедеятельности

Подождите немного. Документ загружается.

Раздел II

ОПАСНОСТИ ТЕХНОСФЕРЫ

Глава 2

ИСТОЧНИКИ ОПАСНОСТЕЙ

2.1. ЕСТЕСТВЕННЫЕ ОПАСНОСТИ

Естественные опасности возникают при изменении абиотиче-

ских факторов биосферы и при стихийных природных явлениях.

К первым относятся: климатические (атмосферные) факторы

(температура и влажность воздуха, скорость ветра, атмосферное дав-

ление, газовый состав воздуха, осадки, прозрачность атмосферы, из-

лучение Солнца и др.); факторы водной среды (температура воды, ее

состав, кислотность и др.); почвенные факторы (состав, кислотность,

температура и др.) и топографические факторы (высота над уровнем

моря, крутизна склона и др.).

Температура воздуха и излучение Солнца — наиболее важные

абиотические факторы. От температуры зависят обмен веществ и

жизнь организмов, их географическое распространение. Реальные

температурные условия пребывания человека в атмосферном воздухе

могут изменяться в широких пределах: от - 30°С и ниже (работа на

открытых площадках в зимних условиях) до + 40°С и выше при пре-

бывании в условиях жаркого климата.

Установлено, что при достижении температурного уровня в

27...28°С эффективность работы человека снижается, а число ошибок

возрастает. Нижняя граница допустимого температурного уров-

ня — + 18°С. Известно также, что при температуре + 13°С несчаст-

ные случаи на производстве происходят на 34 % чаще, чем при 18°С.

Излучение Солнца, представляющее собой электромагнитные

волны различной длины, также крайне значимо для живой природы и

для человека. Оно является основным внешним источником энер-

гии, определяет продолжительность светового дня, его видимый диа-

пазон излучения обеспечивает непосредственную связь организма с

окружающим миром, давая до 90 % информации о нем. Но современ-

ному человеку не хватает дневного естественного света. Значительная

часть работы и отдыха человека протекает при искусственном осве-

щении.

Отклонения температуры атмосферного воздуха от допустимой и

недостаточная освещенность поверхностей солнечным излучением

сопровождаются возникновением естественных опасностей, дейст-

вующих на человека. Отклонения иных абиотических факторов так-

же могут стать причиной возникновения естественных опасностей,

но их проявление возникает, как правило, реже и менее значимо для

жизнедеятельности человека.

Стихийные природные явления лежат в основе возникновения

природных чрезвычайных ситуаций, которые часто сопровождаются

стихийными бедствиями — это землетрясения, вулканические из-

вержения, селевые потоки, оползни, наводнения, ураганы, лавины,

грозовые разряды и др.

При землетрясениях в окружающем пространстве наблюдается

сейсмический удар, происходит деформация горных пород, возмож-

но извержение вулканов, нагон воды (цунами), смещение горных по-

род, снежных масс, ледников и т. д.

При извержениях вулканов чаще всего наблюдаются: деформация

и сотрясения земной поверхности; выброс и выпадение продуктов

извержения; движение лавы, грязевых, каменных потоков; гравита-

ционное смещение горных пород. В атмосферу вырывается большое

количество паров и газов, приводящих к химическому загрязнению

атмосферы. Раскаленная лава приводит к тепловому загрязнению ок-

ружающей среды с потенциальной опасностью образования крупно-

масштабных пожаров. Нередко в кратерах в период покоя образуются

озера, тогда в период извержения водогрязевые потоки представляют

опасность даже большую, чем потоки лавы (из-за больших скоростей

перемещения потоков по склонам).

Сели — это внезапно возникающий в руслах горных рек времен-

ный поток, характеризующийся резким подъемом уровня воды и вы-

соким содержанием продуктов разрушения горных пород. Возникно-

вению грязевого потока в основном способствуют три условия: ин-

тенсивный ливень или очень дружное снеготаяние; значительная

крутизна склонов речных долин и балок, т. е. большие уклоны водных

потоков; наличие на склонах больших масс легко смываемого рыхло-

го мелкообломочного грунта.

Оползень — скользящее под влиянием силы тяжести вниз по

склону смещение горных пород. Оползни возникают на каком-ни-

будь участке склона или откоса вследствие нарушения равновесия

пород, вызванного различными причинами; увеличением крутизны

склона в результате подмыва водой; ослаблением прочности пород

при выветривании или переувлажнении осадками и подземными во-

дами; воздействием сейсмических толчков, хозяйственной деятель-

ностью, проводимой без учета геологических условий местности.

Селевые потоки и оползни способны вызвать крупные завалы и

обрушения автомобильных и железных дорог, разрушение зданий и

сооружений, населенных пунктов, затопление территорий, пораже-

ние и гибель людей. Оползни обычно возникают неожиданно и при-

носят большие бедствия, накрывая населенные пункты или их части

плотным, высоким слоем обломочных пород, глиной и песком, что

крайне затрудняет проведение спасательных работ.

Наводнения — затопление значительных территорий, возникаю-

щее в результате разлива рек во время половодья и паводков, ливне-

вых дождей, ледяных заторов рек, обильного таяния снегов и других

природных причин. При наводнении разрушаются здания и сооруже-

ния, происходит размыв участков дорог, повреждаются гидротехни-

ческие и дорожные сооружения.

Грозовые разряды. На земном шаре ежегодно регистрируются бо-

лее шестнадцати миллионов гроз, причем ежесекундно в атмосфере

происходит около ста грозовых разрядов. Атмосферные электриче-

ские разряды могут происходить как между отдельными облаками,

так и между грозовыми облаками и поверхностью земли. Протяжен-

ность грозовых каналов нередко достигает нескольких километров, а

сила тока в них составляет несколько сотен тысяч ампер. Такие грозо-

вые каналы представляют значительную опасность для промышлен-

ных, гражданских и военных объектов, поскольку могут стать причи-

Наводнения ••

Ураганы

в в •

в в •••• •• ••

• в в в в в в вв вввв вв ••

Землетрясения

я •

в я • •• • •

В вввв я вв я вв Я в BI II ввв в ВВ

- яя я яяя я яяя я я яяя я ввввв яяяя ввввв яяяяя в ввя

1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 Годы

Рис. 2.1. Виды и число крупнейших бедствий в год (1950—2000):

В — одно бедствие

Рис. 2.2. Экономические потери от стихийных бедствий (1950—2000):

° — реальный ущерб события; — — осредненное значение ущерба

ной пожаров, механических повреждений оборудования, нарушений

на линиях связи и энергоснабжения и взрывов технологического обо-

рудования.

Источники природных чрезвычайных ситуаций, их поражающие

факторы и номенклатура поражающих воздействий приведены в

ГОСТ Р. 22.0.06.95 БЧС.

Виды и число крупнейших стихийных бедствий в мире с 1950

по 2000 г. приведены на рис. 2.1, экономические потери от них — на

рис. 2.2.

2.2. ТЕХНОГЕННЫЕ ОПАСНОСТИ

Элементы техносферы создают техногенные опасности, возни-

кающие при загрязнении окружающей среды различными отходами

и потоками энергий. Зоны действия техногенных опасностей распро-

страняются на регионы техносферы и примыкающие к ним природ-

ные зоны, на территории и помещения объектов экономики, на

транспортные, городские и селитебные зоны. В отдельных случаях

техногенные опасности проявляются на межрегиональном и глобаль-

ном уровнях.

Загрязнение атмосферы. Атмосферный воздух всегда содержит не-

которое количество примесей, поступающих от естественных и тех-

ногенных источников. К числу примесей, выделяемых естественны-

ми источниками, относят: пыль (растительного, вулканического,

космического происхождения, возникающую при эрозии почвы, час- j

тицы морской соли); туман; дым и газы от лесных и степных пожаров;

газы вулканического происхождения; различные продукты расти-

тельного, животного происхождения и др.

Естественные источники загрязнений бывают либо распределен-

ными, например выпадение космической пыли, либо локальными,

например лесные и степные пожары, извержения вулканов. Уровень

загрязнения атмосферы естественными источниками является фоно-

вым и мало изменяется с течением времени.

Основное техногенное загрязнение атмосферного воздуха созда-

ют автотранспорт, теплоэнергетика и ряд отраслей промышленности

(табл. 2.1).

Таблица 2.1. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу

Российской Федерации, тыс. т

Источники выбросов

1996 г. 2001 г.

2003 г.

Теплоэлектростанции

4748

3655,8

3446,6

Металлургические предприятия

6133

5673,3

5439,9

Нефтяная и газовая промышленность

2699

3264,3 3818,4

Химическая и нефтехимическая промышленность

454

437,4'

403,3

Производства, выпускающие строительные материалы

528

455,0

448,0

Предприятия, перерабатывающие древесину

434 371,7

308,7

Автотранспорт

955

981

14823,1

Самыми распространенными токсичными веществами, загряз-

няющими атмосферу, являются: оксид углерода СО, диоксид серы

, оксиды азота N0*, углеводороды С

и пыль. Основные источ-

ники примесей атмосферы и их ежегодные выбросы приведены в

табл. 2.2 и 2.3.

Таблица 2.2. Источники выбросов веществ в атмосферу

Примеси

Основные источники Среднегодовая кон-

центрация в воздухе,

мг/м

Примеси

естественные

антропогенные

Среднегодовая кон-

центрация в воздухе,

мг/м

Пыль

Диоксид серы

Оксиды азота

Вулканические из-

вержения, пылевые

бури, лесные пожары

и др.

Вулканические из-

вержения, окисление

серы и сульфатов,

рассеянных в море

Лесные пожары

Сжигание топлива

в промышленных и

бытовых установках

Сжигание топлива

в промышленных и

бытовых установках

Промышленность,

автотранспорт, теп-

лоэлектростанции

В городах 0,04...0,4

В городах до 1,0

В районах с разви-

той промышленно-

стью до 0,2

Продолжение табл. 2.2

Примеси

Основные источники Среднегодовая кон-

центрация в воздухе,

мг/м

Примеси

естественные антропогенные

Среднегодовая кон-

центрация в воздухе,

мг/м

Оксид углерода

Летучие угле-

водороды

Полицикличе-

ские ароматиче-

ские углеводоро-

ды

Лесные пожары,

выделения океанов

Лесные пожары,

природный метан

Автотранспорт,

промышленные

энергоустановки,

предприятия черной

металлургии

Автотранспорт, ис-

парение нефтепро-

дуктов

Автотранспорт, хи-

мические и нефтепе-

рерабатывающие за-

воды

В городах 1...50

В районах с разви-

той промышленно-

стью до 0,3

В районах с разви-

той промышленно-

стью до 0,01

Кроме приведенных выше веществ и пыли, в атмосферу выбрасы-

ваются и другие, более токсичные вещества. Так, вентиляционные

выбросы заводов электронной промышленности содержат пары пла-

виковой, серной, хромовой и других минеральных кислот, органиче-

ские растворители и т. п. В настоящее время насчитывается более 500

вредных веществ, загрязняющих атмосферу, их количество увеличи-

вается.

Таблица 2.3. Ежегодное количество примесей, поступающих

в атмосферу Земли

Вещество

Выбросы, ]

млн т

Доля антропогенных

примесей в общих

поступлениях, % "

Вещество

естественные

антропогенные

Доля антропогенных

примесей в общих

поступлениях, % "

Пыль

3700

1000

Оксид углерода

5000

304

5,7

Углеводороды

2600

3,3

Оксиды азота

770

6,5

Оксиды серы

650

100

13,3

Диоксид углерода

485 000

300 3,6

Выбросы в атмосферу загрязняющих веществ от промышленных

источников в РФ в 2003 г. в млн т следующие: пыль —2,3, диоксид

серы—4,6, оксид углерода —4,9, оксиды азота—1,4, углеводоро-

ды

—

1,2.

Каждой отрасли промышленности присущ характерный состав и

масса веществ, поступающих в атмосферу. Это определяется прежде

всего составом веществ, применяемых в технологических процессах,

и экологическим совершенством последних. В настоящее время эко-

логические показатели теплоэнергетики, металлургии, нефтехими-

ческого производства и ряда других производств изучены достаточно

подробно. Необходимые сведения можно найти в работах [3, 10].

Меньше исследованы показатели машиностроения и приборострое-

ния, их отличительными особенностями являются: широкая сеть

производств, приближенность к жилым зонам, значительная гамма

выбрасываемых веществ, среди которых могут содержаться вещества

1 -го и 2-го класса опасности, такие как пары ртути, соединения свин-

ца и т. п.

Высокие концентрации и миграция примесей в атмосферном воз-

духе стимулируют их взаимодействие с образованием более токсич-

ных соединений (смога, кислот) или приводят к таким явлениям, как

«парниковый эффект» и разрушение озонового слоя.

Общая схема реакций образования фотохимического смога сложна

и в упрощенном виде может быть представлена реакциями

+ hv -> NO + О

О + 0

-> 0

Смог весьма токсичен, так как его составляющие обычно нахо-

дятся в пределах: 0

— 60...75 %, ПАН, Н

, альдегиды и др.—

25...40 %.

Для образования смога в атмосфере в солнечную погоду необхо-

димо наличие оксидов азота и углеводородов (их выбрасывают в ат-

мосферу автотранспорт, промышленные предприятия). Характерное

распределение фотохимического смога по времени суток показано на

рис. 2.3.

+ О

+ О;

}

ПАН (пероксиацилнитраты)

с/с фон р

хтгл

Рис. 2.3. Относительные кон-

центрации N0

и 0

в атмо-

сферном воздухе (г. Лос-Андже-

лес, 19.07.65 г.)

Время

суток,ч

6 8

10 12 14 16 18

Фотохимические смоги, впервые обнаруженные в 40-х годах

XX в. в г. Лос-Анджелес, теперь периодически наблюдаются во мно-

гих городах мира.

Кислотные дожди известны более 100 лет, однако проблема этих

дождей возникла около 25 лет назад.

Источниками кислотных дождей служат газы, содержащие серу и

азот. Наиболее важные из них: S0

, NO

, H

S. Кислотные дожди воз-

никают вследствие неравномерного распределения этих газов в атмо-

сфере. Например, концентрация S0

(мкг/м

) обычно такова: в горо-

де 50... 1000, на территории около города в радиусе около 50 км 10...50,

в радиусе около 150 км 0,1...2, над океаном 0,1.

Основными реакциями в атмосфере являются: I вариант:

+ ОН-» HS0

; HS0

+ ОН H

(молекулы в атмосфере бы-

стро конденсируются в капли); II вариант: S0

+ hv -» SO*

(SO*

—

активированная молекула диоксида серы); S0

+ 0

-» S0

; S0

+ 0

; S0

+ Н

0 -» H

. Реакции обоих вариантов в ат-

мосфере идут одновременно. Для сероводорода характерна реакция

S + 0

-» S0

+ Н

0 и далее I или II вариант реакции.

Источниками поступления соединений серы в атмосферу явля-

ются: естественные (вулканическая деятельность, действия микроор-

ганизмов и др.) 31...41 %, антропогенные (ТЭС, промышленность и

др.) 59...69 %; всего поступает 91...112 млн т в год.

Концентрации соединений азота (мкг/м

) составляют: в городе

10... 100, на территории около города в радиусе 50 км 0,25...2,5, над

океаном 0,25.

Из соединений азота основную долю кислотных дождей дают NO

и N0

. В атмосфере возникают реакции: 2NO + 0

-»2N0

+ ОН -» HN0

. Источниками соединений азота являются: есте-

ственные (почвенная эмиссия, грозовые разряды, горение биомассы

и др.) 63 %, антропогенные (ТЭС, автотранспорт, промышленность)

37 %; всего поступает 51...61 млн т в год.

Серная и азотная кислоты поступают в атмосферу также в виде ту-

мана и паров от промышленных предприятий и автотранспорта. В го-

родах их концентрация достигает 2 мкг/м

Соединения серы и азота, попавшие в атмосферу, вступают в хи-

мическую реакцию не сразу, сохраняя свои свойства соответственно

в течение 2 и 8... 10 сут. За это время они могут вместе с атмосферным

воздухом пройти расстояния 1000...2000 км и лишь после этого выпа-

дают с осадками на земную поверхность.

Различают два вида седментации: влажную и сухую. Влажная —

это выпадение кислот, растворенных в капельной влаге, она возника-

ет при влажности воздуха 100,5 %; сухая реализуется в тех случаях, ко-

гда кислоты присутствуют в атмосфере в виде капель диаметром око-

ло 0,1 мкм. Скорость седиментации в этом случае весьма мала и капли

могут проходить большие расстояния (следы серной кислоты обнару-

жены даже на Северном полюсе).

В нашей стране повышенная кислотность осадков (рН = 4...5,5)

отмечается в отдельных промышленных регионах. Наиболее неблаго-

получны города Тюмень, Тамбов, Архангельск, Северодвинск, Воло-

гда, Петрозаводск, Омск и др. Плотность выпадения осадков серы,

превышающая 4 т/(км

• год), зарегистрирована в 22 городах страны,

а более 8... 12 т/(км

• год) в городах Алексин, Новомосковск, Но-

рильск, Магнитогорск.

Парниковый эффект. Состояние и состав атмосферы определяют

во многом величину солнечной радиации в тепловом балансе Земли.

На ее долю приходится основная часть поступающей в биосферу те-

плоты, дж/год: теплота от солнечной радиации составляет

25 • 10

(99,8 %), теплота от естественных источников (из недр Земли,

от животных и др.) —37,46 • Ю

(0,18 %), теплота от антропогенных

источников (энергоустановок, пожаров и др.) — 4,2 • 10

°(0,02 %).

Экранирующая роль атмосферы в процессах передачи теплоты от

Солнца к Земле и от Земли в космос влияет на среднюю температуру

биосферы, которая длительное время находилась на уровне около

+ 15°С. Расчеты показывают, что при отсутствии атмосферы средняя

температура поверхности Земли составляла бы приблизительно

- 15°С.

Основная доля солнечной радиации передается к поверхности

Земли в оптическом диапазоне, а излучаемая поверхностью Земли

энергия — в инфракрасном (ИК). Поэтому доля отраженной лучи-

стой энергии, поглощаемой атмосферой, зависит от количества мно-

гоатомных минигазов (С0

, Н

0, СН

, 0

и др.) и пыли в ее составе.

Чем выше концентрация минигазов и пыли в атмосфере, тем меньше

доля отраженной солнечной радиации уходит в космическое про-

странство, тем больше теплоты задерживается в биосфере за счет пар-

никового эффекта. ИК-излучение поглощается метаном, фреона-

ми, озоном, оксидом азота и т. п. в диапазоне длины волн 1...9 мкм, а

парами воды и углекислым газом при длине волн 12 мкм и более. В

последние годы наметилась тенденция к значительному росту кон-

центраций С0

, СН

, N

0 И других газов в атмосфере. Так, рост кон-

центраций С0

в атмосфере выглядит следующим образом:

Годы 1850 1900 1970 1979 1990 2000 2030 2050

Концентрация С0

, млн

-1

. . 260 290 321 335 360 380 450...600 700...750

Аналогично изменяются концентрации метана, оксида азота, озо-

на и других газов. Рост концентраций С0

в атмосфере происходит

вследствие уменьшения растительности на Земле и увеличения тех-

ногенных поступлений.

Источниками техногенных парниковых газов являются: тепло-

энергетика, промышленность и автотранспорт, они выделяют С0

;

химические производства, утечки из трубопроводов, гниение мусора

и отходов животноводства определяют поступление СН

; холодиль-

ное оборудование, бытовая химия — фреонов; автотранспорт, ТЭС,

промышленность — оксидов азота и т. п.

В результате в биосферу дополнительно поступает теплота поряд-

ка 70 • Ю

Дж/год, при этом на долю отдельных газов приходится, %:

С0

—50, фреонов —15, 0

—5, СН

—20, N

—10. Доля парнико-

вого эффекта в нагреве биосферы в 16,6 раза больше доли других ис-

точников антропогенного поступления теплоты.

Рост концентраций минигазов в атмосфере и, как следствие, по-

вышение доли теплоты ИК-излучения, задерживаемой атмосферой,

неизбежно сопровождается ростом температуры поверхности Земли.

В период с 1880 по 1940 г. средняя температура в северном полушарии

возросла на 0,4°С, а в период до 2030 г. она может повыситься еще на

1,5...4,5°С. Это весьма опасно для островных стран и территорий, рас-

положенных ниже уровня моря. По прогнозам ученых, к 2050 г. уро-

вень моря может повыситься на 25...40 см, а к 2100 г.— на 2 м, что при-

ведет к затоплению 5 млн км

суши, т. е. 3 % суши и 30 % всех урожай-

ных земель планеты.

Парниковый эффект в атмосфере — довольно распространенное

явление и на региональном уровне. Техногенные источники теплоты

(ТЭС, транспорт, промышленность), сконцентрированные в круп-

ных городах и промышленных центрах, интенсивное поступление

парниковых газов и пыли, устойчивое состояние атмосферы создают

около городов пространства радиусом 50 км и более с повышенными

на 1...5°С температурами и высокими концентрациями загрязнений.

Эти зоны (купола) над городами хорошо просматриваются из косми-

ческого пространства. Они разрушаются лишь при интенсивных дви-

жениях больших масс атмосферного воздуха.

Техногенные загрязнения атмосферы не ограничиваются призем-

ной зоной. Определенная часть примесей поступает в озоновый слой

и разрушает его. Разрушение озонового слоя опасно для биосферы, так

как оно сопровождается значительным повышением доли ультра-

фиолетового излучения с длиной волны менее 290 нм, достигающего

земной поверхности. Эти излучения губительны для растительности,

особенно для зерновых культур, представляют собой источник кан-