Проект инженерно-экологической лаборатории для межуниверситетского кампуса мирового уровня в Челябинске, который разработали доценты кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности МГТУ им. Г.И. Носова Елена Волкова и Юлия Сомова, в скором времени обретет жизнь. Современные лаборатории появятся на одной большой площадке благодаря нацпроекту «Наука и университеты». Здесь будут заниматься экомониторингом атмосферного воздуха, воды и решать множество задач, связанных с экологией региона и не только.
Ученые-экологи, студенты МГТУ им. Г.И. Носова давно занимаются мониторингом атмосферного воздуха и участвуют в проекте «Экопост».
О проблемах атмосферного воздуха, которые исследуют сегодня эко-ученые, мы поговорили с Юлией Сомовой, заведующей центром энергосбережения и экологии, заместителем директора института естествознания и стандартизации.
Что входит в мониторинг атмосферного воздуха?
Мониторинг качества воздуха – это процесс оценки присутствующих в атмосфере загрязняющих веществ по их количеству и типам в соответствии со стандартами качества воздуха. Мониторинг качества воздуха помогает нам принимать меры в зависимости от загрязняющих веществ, присутствующих в атмосфере, для улучшения качества воздуха.
Объектами наблюдений при проведении мониторинга атмосферного воздуха являются атмосферный воздух, атмосферные осадки и снежный покров.
При мониторинге определяются концентрации основных загрязняющих веществ, таких как твердые частицы, диоксид серы, оксид углерода, диоксид азота. Измеряются также концентрации приоритетных специфических загрязняющих веществ: формальдегида, аммиака, бензапирена и других. При выборе приоритетного перечня специфических веществ учитываются выбросы каждого вещества, размеры города, предельно допустимые концентрации, коэффициенты рассеивания.
Что такое загрязнение воздуха и что ему способствует?
Загрязнение воздуха вызывается газами и частицами, выбрасываемыми в атмосферу в результате различных видов деятельности человека, как, например, неэффективное сжигание топлива, открытое сжигание отходов, фермерское и сельское хозяйство. Существуют также естественные источники загрязнения воздуха, на многие из которых влияет деятельность человека, как, например, лесные пожары, почвенная пыль и морская соль.
Загрязнители воздуха могут выбрасываться непосредственно из источника (первичные загрязнители) или образовываться в результате химических реакций в атмосфере (вторичные загрязнители). Когда концентрации этих веществ в воздухе достигают критических уровней, они наносят вред людям, животным, растениям и экосистемам, снижают видимость и вызывают коррозию материалов, зданий и объектов культурного наследия.
Основными загрязняющими веществами, влияющими на здоровье человека, являются твердые частицы, приземный озон (O3) а также диоксид азота (NO2), диоксид серы (SO2), аммиак (NH3), летучие органические соединения (ЛОС), и угарный газ (CO). Мелкие частицы, наносящие вред здоровью человека, известны как ТЧ2,5 (частицы диаметром менее 2,5 мкм), которые могут проникать глубоко в легкие и попадать в кровоток, поражая различные органы и функции организма. Эти частицы могут либо выбрасываться напрямую (например, черный углерод (сажа), органический углерод, минеральные частицы, тормозная пыль и износ шин), либо образовываться в атмосфере из нескольких различных выбрасываемых загрязняющих веществ (например, SO2, NOX, NH3 и ЛОС).
Озон (O₃) является важным вторичным загрязнителем. Он является сильным раздражителем легких и тормозит рост растений. Это также мощный парниковый газ (ПГ). O₃ образуется в тропосфере у поверхности Земли, когда некоторые загрязнители-прекурсоры вступают в реакцию при наличии солнечного света. Мощный парниковый газ, метан (CH₄), в значительной степени отвечает за образование O₃. Этот тропосферный озон отличается от озона в верхних слоях атмосферы (стратосферы), который защищает нас от ультрафиолетового излучения Солнца.
Оксиды азота (NOx) представляют собой группу химических соединений, загрязняющих воздух, включая диоксид азота (NO2) и монооксид азота (NO). NO2 является наиболее вредным из этих соединений для здоровья людей и образуется в результате деятельности человека. Он влияет на здоровье человека, снижает видимость в атмосфере и может играть значительную роль в изменении климата при высоких концентрациях. Кроме того, это важный прекурсор образования O₃ и мелких частиц.
Как давно загрязнение воздуха стало проблемой?
Загрязнение воздуха было связано с человеческой деятельностью на протяжении тысячелетий, начиная с использования огня для приготовления пищи и обогрева. Опасно высокие уровни загрязнения атмосферного воздуха стали проблемой во время промышленной революции, когда массовое использование угля привело к многочисленным случаям серьезного загрязнения воздуха в городах. Совсем недавно, в июне 2023 года, Нью-Йорк столкнулся с экстремальным загрязнением воздуха, вызванным сильными лесными пожарами в Северной Америке.
Дело о лондонском тумане в 1952 году является ярким примером, вызвавшим всплеск уровня смертности после событий, продолжавшихся в течение недели. Загрязнение в результате угольных пожаров в жилых домах, угля для производства электроэнергии, использования грязного топлива в транспорте и промышленные загрязнения в сочетании с погодными явлениями, которые задержали загрязнение над Лондоном и привели к более чем 4000 дополнительных смертей за эти несколько дней. Последовавший за этим общественный резонанс привел к принятию Закона Великобритании о чистом воздухе (1956). Другие случаи загрязнения воздуха со смертельным исходом, например, в Доноре, США (1948) и Долине Маас, Бельгия (1930), вынудили принять аналогичные меры по борьбе с загрязнением воздуха в других странах.
Продолжающаяся зависимость от ископаемого топлива на протяжении ХХ века привела к увеличению уровня загрязнения воздуха по мере индустриализации стран. В новых индустриализированных странах, таких как Китай и Индия, это привело к экстремальным случаям загрязнения воздуха, наподобие тех, которые имели место в прошлом в США и Европе. Однако новые формы более чистой и возобновляемой энергии, а также принятие правил и процессов управления качеством воздуха снижают зависимость от некоторых загрязняющих видов топлива и методов.
Как сегодня определяют уровень загрязнения воздуха, какими методами пользуетесь вы?
В настоящее время существует большое количество методов контроля и определения загрязнения в атмосфере, такие как биоиндикационные методы, физико-химические методы, метод определения загрязнения воздуха по снегу, экспресс-методы определения содержания в воздухе углекислого и сернистого газов и другие.
Мы в своей работе использовали метод определения загрязнения воздуха по снегу и объемный метод с помощью газоанализаторов.
Что является загрязнителем воздуха в Магнитогорске?
Основными загрязнители атмосферного воздуха являются оксиды углерода, азота, серы, углеводороды. Часто возле объектов ЖКХ (смотровых колодцев, решеток городских ливневых канализаций) отмечаем повышенное содержание меркаптанов.
Является ли загрязнение воздуха преимущественно местной проблемой или оно может распространяться на большие расстояния?
Загрязнение воздуха никогда четко нельзя отнести к локальному. Особенно в такой местности, как наша – степь. Какие-то загрязнения носят локальный характер, другие – межрегиональный. Но для жителей города гораздо принципиальнее локальное загрязнение, которое может оказать негативное воздействие, прежде всего, на здоровье.
Каким образом загрязнение воздуха влияет на здоровье человека, для нашего города актуальна зависимость загрязнения воздуха и уровня заболеваний?
Думаю, что это очевидный для всех факт: мы – то, чем мы дышим, что мы пьем, что едим. Например, врачи нередко отмечают повышенный уровень заболеваний в отдельных районах города в отопительный сезон. Причём большинство заболевших территориально проживают вблизи городских ТЭЦ.
Загрязнитель воздуха, представляющий наибольшую опасность для здоровья человека и в отношении которого имеются убедительные доказательства, – это мелкодисперсные твердые частицы. Они имеют диаметр 2,5 микрометра или меньше и также известны как ТЧ2,5. Эти мелкие частицы невидимы для человеческого глаза и в 40 раз меньше толщины человеческого волоса. Они могут нанести большой вред нашему здоровью. Эти частицы достаточно малы, чтобы проникать глубоко в наши легкие, где они вызывают воспаление чувствительной легочной ткани и могут попадать в кровоток, поражая такие органы, как сердце и мозг. По оценкам ВОЗ, в 2016 году воздействие ТЧ2,5 вызвало 7 миллионов преждевременных смертей в год.
Загрязнение воздуха вызывает как острые, так и хронические заболевания. Имеются убедительные доказательства связи длительного воздействия загрязненного воздуха с повышенным риском развития ишемической болезни сердца, инсульта, хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ), рака легких и верхних отделов пищеварительного тракта, неблагоприятных исходов беременности (т. е. низкая рождаемость, преждевременные роды и снижение массы тела при рождении (дети рождаются с весом менее пяти фунтов (менее 2,27 кг))), диабета и катаракты. Международное агентство ВОЗ по изучению рака (IRCA), обозначил загрязнение воздуха в качестве канцерогена.
Некоторые непосредственные последствия воздействия загрязнения воздуха на здоровье включают раздражение глаз, носа и горла, одышку, кашель и обострение ранее существовавших состояний, как, например, приступы астмы и боль в груди. Возраст, ранее существовавшие заболевания, другие факторы риска заболеваний и чувствительность к загрязнителю – все это может повлиять на то, как человек реагирует на загрязнитель.
Дети особенно уязвимы к пагубным последствиям загрязнения воздуха из-за своей более высокой восприимчивости: дыхательные пути детей более проницаемы, их частота дыхания в два раза выше, чем у взрослых, и они поглощают больше воздуха на килограмм (кг) своего веса. Детские организмы, особенно их легкие и мозг, все еще развиваются, и поэтому имеют более узкие кровеносные сосуды. А их иммунная система слабее, чем у взрослых, следовательно, загрязненный воздух оказывает на них более сильное воздействие, чем на взрослых.
По оценкам State of Global Air 2020, загрязнение воздуха стало причиной почти 500 000 смертей среди младенцев в первый месяц их жизни в 2019 году. Большинство этих смертей связано с осложнениями из-за низкой массы тела при рождении и преждевременными родами. По данным ВОЗ, около половины смертей от пневмонии среди детей в возрасте до 5 лет вызваны твердыми частицами, вдыхаемыми в результате бытового загрязнения воздуха. 20% смертей новорожденных связаны с загрязнением воздуха, поэтому на многие факторы риска смерти новорожденных влияют аналогичные социально-демографические факторы, повышающие риск для женщин подвергнуться воздействию загрязнения воздуха. Таким образом, женщины в странах с низким уровнем социально-демографического развития подвержены риску неблагоприятных исходов родов с соответствующими последствиями для их детей. Загрязнение воздуха влияет на развитие, обучение и благополучие ребенка на протяжении всей его жизни.
Какое влияние оказывает загрязнение воздуха на продукты питания, сельскохозяйственные культуры, леса и биоразнообразие?
Озон (О3) на сегодняшний день является основным загрязнителем воздуха, влияющим на рост растений. Он снижает урожайность сельскохозяйственных культур, здоровье лесов и биоразнообразие в целом. Разные виды растений имеют разную чувствительность к O3: более чувствительные к O3 менее конкурентоспособны в экосистемах, в то время как более устойчивые виды станут доминирующими. Некоторые культуры очень чувствительны к O3, особенно фасоль. Урожайность сои, например, может быть снижена на 15 и более процентов. Существует также косвенное влияние на климат, поскольку сокращение роста лесных деревьев, вызванное загрязнениями O3, снижает способность лесов поглощать углекислый газ и их способность регулировать изменение климата.
Другие загрязняющие вещества, такие как сера и азот, также могут наносить ущерб лесным и озерным экосистемам из-за закисления почв и поверхностных вод, оказывая влияние на рост лесов и убивая рыбу и другие организмы. Осаждение азота также вызывает эвтрофикацию (чрезмерное удобрение) экосистем с низким содержанием питательных веществ, таких как вересковые пустоши, вызывая значительные сдвиги в биоразнообразии.
Существует ли безопасный уровень загрязнения воздуха для защиты здоровья?
Абсолютно безопасного уровня нет. Загрязнение всегда остаётся загрязнением, оказывая если и не прямое, то опосредованное воздействие на окружающую среду и здоровье человека.
Как можно узнать уровень загрязнения в своем регионе?
Существуют Гугл-карты, где можно ознакомиться с загрязнением не только в своем регионе, но и в любой интересующей точке мира. Нами по результатам проводимого в рамках реализации федерального проекта «Чистый воздух» мониторинга для нашего города была составлена такая карта, которая постоянно обновляется и актуализируется.
Была ли где-нибудь решена проблема загрязнения воздуха на 100% или это нереально?
Нет, известна практика снижения загрязнения. Но пока есть хотя бы автотранспорт, существует необходимость отапливать дома, готовить пищу – проблема с загрязнением будет существовать.
Какие действия можно предпринять для улучшения качества воздуха?
В рамках загрязнения воздуха в нашем городе – пересесть на общественный городской транспорт. А для этого его количество должно быть достаточным, отработан график движения и маршруты. Убрать с городских дорог частных извозчиков типа «Газелей», которые совершенно не соблюдают ни требования безопасности при эксплуатации транспорта ни ПДД. Обратить внимание на так называемые «серые зоны» на территории города, уделять большее внимание контролирующих органов работе предприятий малого и среднего бизнеса, которые, заявляя один вид экономической деятельности, по факту занимаются совершенно иным, нарушая все природоохранные нормы
Какова роль мониторинга качества воздуха в управлении качеством воздуха?
Он позволяет выявить изменения, происходящие в окружающей среде, и во время принять необходимые меры для нормализации ситуации. В 2018 году в России был запущен федеральный проект «Чистый воздух». Сейчас он действует в 12 городах, в том числе и в Магнитогорске. Цель проекта – к 2026 году снизить выбросы в городах не менее чем на 20%. Работает программа или нет – также может показать мониторинг.
Какие действия могут предпринять предприятия и промышленность для снижения загрязнения воздуха?
Активно работать по направлению внедрения новых систем и технологий, позволяющих не только уловить, но, прежде всего, сократить количество образующихся загрязнений в источнике.
Связаны ли между собой загрязнение воздуха и изменение климата?
Связано, любое загрязнение влечет за собой изменение климата, только это невозможно увидеть или почувствовать сразу. Так как это достаточно сложные физические и химические процессы.
Когда и как вы проводите мониторинг воздуха, куда идут данные, как анализируются данные?
Мониторинг проводится постоянно, данные поступают в лабораторию, там они обрабатываются и передаются экспертам.
Используются ли новый научный подход в мониторинге воздуха или алгоритм мониторинга не изменяется?
Существует множество различных методов исследования, применимых для экомониторинга. Среди них выделяют группы дистанционных (аэрокосмических) и наземных методов. Одним из дистанционных методов является зондирование с искусственных спутников и космических кораблей. На земле исследования часто проводят посредством биологических (биоиндикационных) и физико-химических методов. С развитием НТП применяется новое оборудование, но алгоритм остается прежним.
У любого загрязнения есть свой источник, можно ли его исключить или возможен только контроль?
Все источники исключить невозможно, поэтому должен проводиться постоянный контроль.
