Основы общей и экологической токсикологии

,CH

CCl

и др.). Специфика использования многих летучих галогенсодержащих соединений такова, что б„ольшая часть их поступает в атмосферу. Так, 95 % фторхлоруглеводородов попадает в атмосферу в течение 1 – 2 лет, причем около 40 % (а это сотни тысяч тонн в год) наиболее опасных для озонового слоя фреонов (как считают некоторые специалисты) просачиваются в стратосферу.

Глобальное распределение общего содержания озона характеризуется пространственно-временной асимметрией. Толщина озонового слоя измеряется в единицах Добсона (ЕД). 1 единица Добсона равна 1/100 мм толщины сжатого слоя озона при нуле градусов Цельсия; дырой считается участок атмосферы с уровнем озона меньше 220 ЕД.

При средней величине общего содержания озона около 300 ЕД общее количество озона в атмосфере меняется от 120 до 760 ЕД.

Минимальная концентрация наблюдается над экваториальным поясом, и она возрастает в направлении полюсов. При этом в стратосфере Северного полушария содержится больше озона, чем в южной стратосфере, а годовой ход концентраций O

в них носит зеркальный характер. Общая закономерность глобального распределения озона сформулирована в форме принципа Дютша – Добсона. Суть этого принципа состоит в том, что средняя стратосфера над экваториальным поясом находится в состоянии фотохимического равновесия, при котором скорость образования и скорости стока озона уравниваются и выполняется условие d[O

]/dt = 0. Перенос озона в нижнюю стратосферу высоких широт приводит к его накоплению до количеств, намного превосходящих равновесные.

Уменьшение озонового слоя позволит большему количеству повреждающих клетки ультрафиолетовых лучей достигать Земли, что почти наверняка будет вредным для живых организмов, так как значительная доля раковых опухолей кожи вызывается воздействием солнечного света на протяжении длительного времени. Полагают, что каждое уменьшение озонового слоя на 1 % приводит к 2 %-ному усилению ультрафиолетового излучения и к 2 – 5 %-ному учащению случаев рака кожи.

Наиболее опасные для человека последствия истощения озонового слоя – увеличение числа заболеваний раком кожи и катарактой глаз. Согласно данным ООН, сокращение озонового слоя всего на 1 % означает появление в мире 100 тыс. новых случаев катаракты и 10 тыс. случаев рака кожи.

Средства массовой информации, а также некоторые учебно-методические пособия активно распространяют теорию разрушения озонового слоя (Фрумин Г. Т., 2006). Суть этой теории в следующем. Фреоны (фторхлоруглеводороды) широко используются в качестве хладоагентов, вспенивателей пластмасс, газов-носителей в аэрозольных баллончиках, средств пожаротушения и т. п. Выполнив свою рабочую функцию, б„ольшая часть фреонов попадает в верхнюю часть атмосферы, где под действием света разрушается с образованием свободных атомов хлора по реакции:

Далее атомы хлора интенсивно взаимодействуют с озоном по реакции:

и регенерируются по реакции:

При указанных превращениях один атом хлора может разрушить не менее 10 000 молекул озона. Однако следует заметить, что представления о роли фреонов в разрушении озонового слоя (экрана) нашей планеты являются всего лишь гипотезой. С ее помощью трудно объяснить причины периодического убывания концентрации озона над Антарктидой, тогда как не менее 90 % фреонов попадают в атмосферу в Европе и США. Другая гипотеза появления озоновых дыр основана на взаимодействии озона с потоками водорода и метана, поступающими в тропосферу через разломы в земной коре. Она основана на том, что географические координаты озоновых дыр очень близки к координатам зон разломов в земной коре. В том случае, если это справедливо, то колебания концентрации озона следует отнести к природным факторам.

Согласно гипотезе геохимика В. Л. Сывороткина, разрушение озонового слоя Земли – это естественный процесс, связанный с водородной дегазацией Земли. Именно водород – «главный газ Земли». Основные его запасы сосредоточены в ядре планеты и через систему глубинных разломов (рифтов) поступают в атмосферу. По примерным оценкам, природного водорода в десятки раз больше, чем хлора в техногенных фреонах. Однако решающим фактором в пользу водородной гипотезы следует считать то, что очаги озоновых аномалий всегда располагаются над центрами водородной дегазации Земли. В этой связи постоянство озоновой дыры над Антарктидой объясняется тем, что главные каналы дегазации – срединно-океанские рифты – сближаются вокруг Антарктиды и увеличивают «водородную продувку атмосферы» в этом районе. Кроме того, на Антарктиде расположен действующий вулкан Эребус с наибольшими газовыми выбросами в атмосферу.

И все же нельзя не отметить, что во второй половине XX в. замечено все усиливающееся разрушение озонового слоя вплоть до появления так называемых «озоновых дыр» не только над полярными, но и другими, в том числе густонаселенными, областями Земли. Наибольшие потери стратосферного озона раньше приходились на каждую антарктическую весну (октябрь), но сейчас и в северных широтах исчезает около 10 % озона стратосферы зимой и весной и около 5 % летом и осенью. Ежегодно вся Земля теряет около 0,5 % озонового слоя. За последние 10 – 15 лет его утрата составила примерно 7 %, и этот процесс идет с нарастающей интенсивностью.

В первой половине 1997 г. впервые возникла огромная по своим размерам озоновая «дыра» площадью около 30 млн км

над всей Арктикой, включая север Европы, Канады, Гренландию, Балтийское море, северные области Сибири вплоть до Урала и Байкала.

В связи с этим к началу 1980-х гг. ряд стран прекратили или резко сократили производство фторхлоруглеводородов. В настоящее время темп загрязнения атмосферы CCl

, CFCl

,CF

Cl

заметно спал.

Здесь уместно отметить, что отечественная холодильная промышленность была практически разрушена потому, что СССР подписал Монреальский протокол (1987), предусматривающий прекращение производства фреонов, якобы разрушающих озоновый слой. Гипотеза об их вредоносности до сих пор не подтвердилась, но фреоновые холодильники уже не могут составить конкуренции агрегатам нового поколения от фирмы «Дюпон» даже с учетом того, что заменители фреонов дороги, токсичны и обладают сильным парниковым эффектом.

Если в стратосфере наблюдается уменьшение озона, то в приземном тропосферном слое происходит его повышенный синтез, особенно в загазованной атмосфере городов под влиянием солнечного ультрафиолетового излучения. При высокой концентрации озон является сильнейшим окислителем, который по своей токсичности превосходит цианистую кислоту и угарный газ. Стандартами ВОЗ установлены предельно допустимые концентрации озона в воздухе 100 мкг/м

.

По данным немецких ученых, в густонаселенных областях Европы содержание озона в настоящее время в 5 – 10 раз превышает эти нормы, а ведь даже при 200 мкг/м

озона в воздухе начинают гибнуть лиственницы, сосны и другие растения, в том числе злаковые (рожь, ячмень и т. д.).

Источником опасных долгоживущих загрязнений атмосферы служат некоторые объекты коммунального хозяйства. Например, вентиляционные выбросы мусоропроводов содержат более 40 токсичных и дурнопахнущих веществ. При сжигании в быту природного газа в продуктах его сгорания обнаружено 22 различных компонента, в частности большое количество формальдегида (Н – СOH) (до 150 мг формальдегида при сжигании 1 м

природного газа).

Опасным элементом загрязнения атмосферы являются аэрозольные образования. Аэрозоли — это дисперсные системы, в которых дисперсионной средой служит газ, а дисперсными фазами являются твердые или жидкие частицы. Обычно размеры частиц аэрозолей ограничивают интервалом 0,001 – 10 мкм. По агрегатному состоянию и размерам частиц дисперсной фазы аэрозоли делят на: туманы – системы с жидкой дисперсной фазой (размер частиц 10 – 0,1 мкм); пыли – системы с твердыми частицами размером более 10 мкм; и дымы, размеры твердых частиц которых находятся в пределах 10 – 0,001 мкм.

В физиологическом отношении особое внимание следует уделить частицам менее 5 мкм, так как с уменьшением частиц их поведение становится все более характерным для поведения газообразного состояния, т. е. они не задерживаются в бронхах при дыхании (не отфильтровываются из воздуха), а также не вымываются из воздуха дождями. Это увеличивает время их пребывания в атмосфере по сравнению с более крупными частицами – обстоятельство, играющее особо важную роль при распространении пыли и аэрозолей в атмосфере.

Попутно заметим, что продукты питания – хлеб, молоко, мясо, масло, рыба, сахар и другие – также представляют собой дисперсные системы. Да и сам человек состоит из частиц, образующих кровь, кости и ткани, которые являются сложными дисперсными системами. Поэтому не без основания известный ученый-коллоидник И. И. Жуков отмечал, что «человек – ходячий коллоид».

От дымов и туманов происходит смог. Согласно одному из последних международных экологических словарей, смог – это «туман, ставший более тяжелым и более темным благодаря городской копоти – дыму».

Встречается смог лондонского или лос-анджелесского типа. В первом случае причиной возникновения смога служит сжигание угля и мазута. При высокой влажности атмосферы образуется густой туман с примесью частиц SO

. Свое название этот смог получил после трагедии зимой 1952 г., когда в Лондоне в результате образования инверсионного тумана умерло 3200 человек. В 1956 г. «туман-убийца» унес там еще несколько тысяч жителей.

Инверсия представляет собой необычное состояние атмосферы, при котором температура воздуха в тропосфере не убывает с высотой. В результате более холодный воздух располагается ниже более теплого. В подобной ситуации более холодный, а потому и более тяжелый воздух не может подняться вверх и рассеяться в атмосфере. Этим объясняется скапливание загрязнений ниже «крышки» из теплого воздуха.

Фотохимический смог был впервые отмечен в 1944 г. в Лос-Анджелесе, когда в результате большого скопления автомобилей была парализована жизнь одного из крупнейших городов США. Фотохимический смог возникает под действием солнечного света в отсутствии ветра при низкой влажности воздуха. Наблюдается сильное раздражение слизистых оболочек дыхательных путей и глаз. Сохранение смоговой ситуации в течение длительного времени приводит к повышению заболеваемости и смертности среди населения.

Особенно сильно смог влияет на детей и пожилых людей. Он оказывает вредное воздействие и на растительность, вызывая увядание и гибель листьев. Кроме того, фотохимический смог усиливает коррозию металлов, разрушение строительных сооружений, резины и других материалов.

Окислительный характер фотохимическому смогу придают озон и пероксилацетилнитраты (ПАН). ПАН – название группы соединений типа

где R – CH

, C

H

и т.д.

Из многочисленных органических соединений, попадающих в атмосферу, наибольшую склонность к образованию аэрозолей проявляют терпеновые углеводороды. Так, наблюдаемая над хвойными лесами в летнее время голубоватая дымка представляет собой аэрозоль, возникающий в результате фотохимического окисления терпенов.

Образование аэрозольных частиц в воздухе городов часто связывают с SO

, который при окислении дает H

SO

, превращающуюся при наличии в атмосфере аммиака в сульфат аммония.

Число твердых частиц в воздухе сильно варьирует в зависимости от местности. В нижней тропосфере на высотах менее 2 км, в сельских районах концентрация частиц составляет около 10