Загрязнение атмосферного воздуха: чем опасно и как влияет на здоровье

Загрязнение атмосферного воздуха: в чем суть

Загрязнение воздуха — это наличие вредных веществ в атмосфере, которое появляется, когда химикаты, пыль или биологические материалы попадают в атмосферу. Источниками загрязнения могут быть автомобили, заводы, электростанции, а также природные явления, такие как лесные пожары и извержения вулканов. Вредные вещества, порождаемые такими явлениями, наносят огромный ущерб окружающей среде и нашему здоровью, поэтому необходимо понимать причины и последствия их возникновения.

В России распространена практика, направленная на нивелирование подобных негативных воздействий, известная как режим «черного неба» [1]. Однако это бытовое понятие — в нормативных документах такого термина нет. Корректно говорить о режиме неблагоприятных метеоусловий (НМУ), который вводят в промышленных городах, когда из-за специфических погодных условий вредные примеси в атмосфере не рассеиваются.

НМУ представляют собой краткосрочное сочетание нескольких метеорологических факторов (штиль, слабый ветер, ветер неблагоприятного направления, туман, инверсия), которые способствуют накоплению вредных веществ в приземном слое атмосферного воздуха, то есть в нижней части пограничного слоя атмосферы толщиной 50–100 м.

В российском законодательстве [2] установлены требования к компаниям, имеющим источники выбросов загрязняющих веществ, при получении прогноза НМУ. При первом режиме НМУ, когда прогнозируется наступление двух неблагоприятных метеорологических факторов одновременно, а максимальная концентрация хотя бы одного загрязнителя превышает норму, предприятия должны обеспечить снижение концентрации таких загрязняющих веществ на 15–20%. Чем выше уровень превышения концентрации вредных веществ в атмосфере, тем сильнее компании должны ее снижать — всего существует три режима НМУ.

Режим «черного неба» может длиться несколько дней и вводиться несколько раз в год. В это время населению рекомендуется ограничить пребывание на улице, держать окна закрытыми, запрещено разводить костры, рекомендуется отказаться от поездок на личном транспорте, а городские службы чаще моют улицы. На высоких уровнях режима НМУ (II и III) рекомендуется использовать защитную одежду и респираторы, изменить диету и принимать витамины.

Зеленая экономика Загрязнение воздуха портит репродуктивное здоровье мужчин

Нормативы загрязнения воздуха

За установку мировых нормативов по загрязнению воздуха отвечает Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ). Согласно ее рекомендациям [3] oт 2021 года, нормой предлагается считать средний годовой показатель содержания в воздухе мелких частиц (РМ2.5) на уровне до 5 мкг/м³.

Однако, согласно отчету [4] швейцарской компании IQ Air, в 2023 году воздух только семи государств (Австралия, Эстония, Финляндия, Гренада, Исландия, Маврикий и Новая Зеландия) соответствовал этим нормативам. Страной с самым загрязненным воздухом в мире считается Бангладеш. Согласно рейтингу [5] IQ Air, в 2023 году Россия находилась на 94-м месте из 134 по загрязненности воздуха — между Канадой и Испанией. Показатель РМ2.5 в стране составил 10 мкг/м³.

Как определить степень загрязнения воздуха

Современные измерения загрязнения воздуха [6] в основном автоматизированы. Для измерений используют простые инструменты, такие как диффузионные трубки, а также современные химические и физические датчики, которые предоставляют данные практически в реальном времени, что помогает измерять динамику качества воздуха.

Разделяют два вида измерений загрязнения воздуха: пассивный и активный. Пассивные устройства для измерения недороги и просты в обращении. Они собирают пробы воздуха, которые затем анализируются в лаборатории. Диффузионные трубки, прикрепленные к таким объектам, как фонарные столбы, поглощают определенные газы и позже отправляются на лабораторный анализ.

Диффузионная трубка в Лондоне (Фото: Wikipedia)

Активные измерительные устройства более сложны. Они используют вентиляторы, чтобы всасывать воздух, фильтровать его и либо анализировать на месте, либо хранить для последующего лабораторного анализа. Например, польские уличные сенсоры EkoSłupek измеряют загрязнение воздуха в реальном времени. Если воздух чистый, то сверху сенсора загорается зеленая лампочка.

Польский уличный сенсор загрязнения воздуха EkoSłupek (Фото: Wikipedia)

Карта загрязнения воздуха

Отслеживанием качества воздуха на глобальном уровне занимаются правительственные агентства, а также частные фирмы. Множество сервисов предлагают проверить качество воздуха онлайн.

IQAir

IQAir — швейцарская компания, занимающаяся технологиями контроля качества воздуха [7]. IQAir — это одно из самых известных предприятий в отрасли, что подтверждает ее сотрудничество с ООН [8]. IQAir управляет AirVisual, информационной платформой о качестве воздуха в режиме реального времени.

BreezoMeter

BreezoMeter — это израильская компания, которая предоставляет информацию в режиме реального времени о качестве воздуха и окружающей среды, используя данные из многих источников [9]. BreezoMeter была куплена Google в 2022.

WAQI

Проект WAQI предоставляет информацию о качестве воздуха в режиме реального времени со всего мира, используя данные со многих станций мониторинга [10].

На сайте IQ Air есть карта [11], показывающая загрязнение воздуха в мире в реальном времени. Организация использует цветовую шкалу от зеленого (хорошее качество) до фиолетового (опасное для здоровья качество воздуха). Например, во время написания этой статьи состояние воздуха на картах выглядело так:

Вещества, загрязняющие атмосферный воздух

Тысячи разных веществ загрязняют наш воздух каждый день. Некоторые из них встречаются чаще [12], чем другие.

Мелкие частицы

Мелкие частицы (particulate matter — PM), их количество — ключевой параметр, который используется ВОЗ для определения уровня загрязнения воздуха. Основными компонентами PM являются сульфаты, нитраты, аммиак, хлорид натрия, черный углерод, минеральная пыль и вода. Существует множество источников мелких частиц — как природных, так и антропогенных. Среди них — сажа, пыль, отходы промышленности и даже морская соль.

Встречаются разные размеры мелких частиц — некоторые из них настолько крупны, что их можно увидеть невооруженным глазом. Для измерения загрязнения воздуха используются размеры РМ2.5, о котором мы писали выше, и PM10 — частицы с диаметром менее 10 мкм.

Частицы PM10 попадают в легкие и могут вызывать воспаления в дыхательной системе и сердце. PM2.5 проникают еще глубже в организм, попадая в кровоток, где транспортируются ко многим органам, включая кожу [13].

Технически пыльца тоже считается мелкой частицей, но обычно ее размеры превышают 10 мкм, и поэтому она не учитывается при подсчете уровней РМ2.5.

Зеленая экономика Загрязнение воздуха повышает устойчивость к антибиотикам

Монооксид углерода (CO)

Монооксид углерода или угарный газ — это бесцветный, не обладающий запахом и вкусом, токсичный газ, образующийся при неполном сгорании углеродистого топлива, такого как древесина, бензин, древесный уголь, природный газ и керосин. Угарный газ вреден для человека при вдыхании, а в атмосфере способствует производству озона.

Озон (O₃)

Существует два типа озона — озон, находящийся в верхних слоях атмосферы и приземный. Последний — это один из главных компонентов фотохимического смога и образуется в результате реакции солнечного света c газами, находящимися в атмосфере. Помимо роли в формировании опасного для здоровья и природы смога, озон сам может стать причиной респираторных болезней.

Диоксид азота (NO₂)

Этот газ чаще всего выделяется при сжигании топлива на транспорте и в промышленности. Диоксид азота может вызвать респираторные болезни и способствует снижению функции легких.

Зеленая экономика Сенсор от российских ученых поможет контролировать загрязнение воздуха

Источники загрязнения атмосферного воздуха

Источники загрязнения воздуха делятся на естественные и искусственные.

Естественные

Естественные (природные) источники загрязнения воздуха появляются без человеческого вмешательства. Несколько примеров:

• Извержения вулканов приводят к выбросу большого количества пепла, диоксида серы и других газов.
• Лесные пожары производят дым, угарный газ и мелкие частицы.
• Биологический распад, при котором в результате разложения органических веществ выделяется метан и другие газы.
• Ветровая эрозия поднимает и рассеивает пыль и мелкие частицы в атмосфере.
• Морские брызги выбрасывают в воздух частицы соли и другие химические вещества.

Искусственные

Искусственные источники загрязнения воздуха — результат деятельности человека. Среди примеров:

• Промышленные выбросы — фабрики и электростанции выделяют такие загрязняющие вещества, как диоксид серы, оксиды азота и мелкие частицы.
• Выхлопные газы транспортных средств — легковые автомобили, грузовики и автобусы выделяют угарный газ, оксиды азота, углеводороды и мелкие частицы.
• Сжигание ископаемого топлива — при сжигании угля, нефти и природного газа образуются углекислый газ и диоксид серы.
• Сельское хозяйство является источником выбросов аммиака, метана и пестицидов в воздух.
• При сжигании отходов выделяются вредные химические вещества, включая диоксины и тяжелые металлы.
• Бытовая деятельность, в частности использование чистящих средств, красок и других химикатов, может привести к выделению летучих органических соединений.
• Вырубка лесов приводит к сокращению объемов поглощаемого углекислого газа, а также увеличивает количество пыли и мелких частиц.

Зеленая экономика 3,4 млн человек ежегодно погибают из-за загрязнения воздуха

Как загрязнение воздуха влияет на здоровье людей

Согласно ВОЗ [14] почти все люди на планете (около 99%) дышат воздухом, загрязнение которого превышает нормативы. Научная база, подтверждающая вред, который загрязнение воздуха наносит человеческому организму, быстро растет. Даже низкий уровень загрязнителей в атмосфере может послужить причиной серьезных проблем. Неудивительно, что эта проблема является причиной многих заболеваний.

• Загрязнение воздуха вызывает респираторные болезни [15], например, астму и бронхит, раздражая и воспаляя дыхательные пути при вдыхании вредных загрязняющих веществ.
• Загрязнение воздуха может провоцировать болезни сердечно-сосудистой системы [16], вызывая воспаление и сужая кровеносные сосуды, что увеличивает риск высокого артериального давления, сердечных приступов и инсультов.
• Диабет [17] также может быть обусловлен загрязнением воздуха, которое вызывает хроническое воспаление и резистентность к инсулину.
• Загрязнение воздуха также может вызвать разные онкологические заболевания [18], в частности, рак легких, когда организм подвергается воздействию вредных химических веществ и частиц, которые приводят к раковым изменениям в клетках.

Зеленая экономика Почему некоторые виды загрязнения воздуха замедляют изменение климата

Последствия загрязнения воздуха для экологии

Загрязнение воздуха, воды и окружающей среды создает серьезные экологические проблемы для планеты.

Парниковый эффект

Парниковый эффект [19] — это явление, при котором газы в атмосфере Земли задерживают тепло Солнца. Углекислый газ и метан сохраняют на планете достаточно тепла для поддержания жизни. Однако деятельность человека, например, сжигание ископаемого топлива и вырубка лесов, увеличивает количество этих газов, усиливая парниковый эффект и приводя к глобальному потеплению.

Смог

Смог [20] в городах представляет собой смесь загрязнителей воздуха, в основном приземного озона и мелких частиц, которая образуется при определенных погодных условиях. Он выглядит как дымка или туман, но может быть вреден для здоровья, вызывая проблемы с дыханием и раздражение глаз. Смог в первую очередь вызван выхлопами транспортных средств, промышленными выбросами и химическими реакциями.

Кислотные осадки

Кислотные осадки [21] (в частности, дожди) возникают, когда кислотные загрязнители в атмосфере, такие как диоксид серы и оксиды азота, смешиваются с водяным паром, образуя кислотные соединения. Когда эти осадки выпадают на землю в виде дождя, снега или тумана, они могут нанести вред растениям, животным и инфраструктуре. Деятельность человека, такая как сжигание ископаемого топлива и промышленные процессы, вносит основной вклад в образование кислотных осадков.

Зеленая экономика Что такое кислотный дождь, где он встречается и чем опасен

Озоновые дыры

Дыры в озоновом слое — это области истончения слоев молекул озона в стратосфере Земли, которые позволяют активному ультрафиолетовому излучению Солнца достигать планеты. Основной причиной этого истощения стали искусственные химические вещества, такие как галоны [22] — газы, используемые для пожаротушения, и хлорфторуглероды, используемые в хладагентах и аэрозолях. Международные усилия по сокращению выбросов этих химикатов помогли постепенному восстановлению озонового слоя.

Урон экосистемам

Загрязнения отрицательно влияет на дикую природу и экосистемы, поражая воздух, воду и почву. Вредные вещества могут вызывать респираторные заболевания у животных, а кислотные дожди могут наносить ущерб лесам, озерам и ручьям. Кроме того, загрязнители могут нарушать пищевые цепи и среду обитания, что приводит к сокращению биоразнообразия.

Зеленая экономика Долгоносики и жемчужницы: почему бизнесу важно сохранять биоразнообразие

Как бороться с загрязнением воздуха

Загрязнение воздуха — глобальная проблема, для решения которой необходимы коллективные усилия. Во всем мире страны реализуют политику по сокращению выбросов, продвижению экологически чистой энергетики и улучшению стандартов качества воздуха:

• Введение ограничений на выбросы загрязняющих веществ из транспортных средств, заводов и электростанций, а также использование более экологически чистых методов производства.
• Введение ограничений на использование угля, нефти и газа, особенно в густонаселенных районах.
• Инвестиции в возобновляемые источники энергии, такие как ветряная, солнечная энергия и гидроэлектроэнергия. На конец 2023 инвестиции в строительство возобновляемых источников энергии в России составили ₽600 млрд [23].
• Улучшение качества топлива.
• Внедрение эффективных систем утилизации и переработки с целью предотвращения открытого сжигания отходов.
• Продвижение использования электро- и гибридных автомобилей.

Загрязнение воздуха — это проблема планетарного масштаба, но в ее решении может принять участие каждый:

• Использовать публичный транспорт или велосипед для передвижения по городу.
• Сокращать использование электроэнергии дома — например, не забывая выключать свет и бытовые приборы.
• Использовать возобновляемую энергию — например, солнечные панели.
• Снижать потребление воды.
• Поддерживать политические инициативы, которые способствуют чистому воздуху и устойчивым практикам.

Приложения и сайты для отслеживания качества воздуха

• IQAir (есть приложение для Android и iOS)
• BreezoMeter
• WAQI
• Aircare (есть приложение для Android и iOS)
• Nebo
• PlumeLabs (есть приложение для Android и iOS)
• AirMatters (есть приложение для Android и iOS)