Введение

Аспекты воздействия загрязненного воздуха на здоровье лесов известны на протяжении двух тысяч лет. Древние римляне и греки описывали основные признаки ущерба от загрязнения воздуха в непосредственной близости от предприятий. Исторические отчеты о повреждениях и вымирании лесов становились всё более частыми в эпоху Средневековья и до начала Промышленной революции. На протяжении более ста лет, кислотные осадки и другие формы локализованного загрязнения воздуха, выпускаемые промышленными предприятиями, наносили большой ущерб лесам.

Цель, задачи и объекты исследования

Цель исследования – изучить основные загрязнители и источники их выбросов, негативно влияющих на здоровье лесов. Для достижения этой цели были решены следующие задачи:

Дать характеристику основным загрязняющим веществам, способным навредить лесным ресурсам.

Изучить химический состав выбросов и оценить их влияние на лесные зоны.

В конце 1970-х и начале 1980-х годов, увеличение количества погибших лесов наблюдалось во многих частях Европы; в большинстве случаев это было связано с воздействием загрязнения воздуха на большие расстояния [1]. Мониторинг лесов в Европе показал, что условия в лесах на этих территориях ухудшились не так резко, как предсказывали несколько десятилетий назад. Тем не менее, тридцатилетние исследования повреждения лесов, включая результаты недавнего мониторинга лесов, показал, что более ранние гипотезы, разработанные исследователями леса, остаются актуальными для многих лесных экосистем по всей Европе. Например, критические нагрузки серы и азота были превышены на большинстве участков мониторинга лесов [6]. Эти данные подтверждаются результатами мониторинга и научных исследований в России, Азии и Северной Америке. В то же время, однако, общественные, политические и научные дискуссии акцентируются на изменения климата, в то время как внимание воздействия загрязнения воздуха на леса снижается.

В связи с этим, следует предложить провести следующие мероприятия:

Оценить состояние и качество воздуха в регионах с развитой промышленностью;

Проинформировать население о том, что во многих регионах мира, загрязнение воздуха продолжает сказываться на здоровье лесов;

Описать важные причинно-следственные связи между качеством воздуха и состоянием лесов;

Провести анализ взаимосвязей и взаимодействия между загрязнением воздуха и изменением климата;

Привести примеры сокращения загрязнения воздуха и его последствий;

Сделать выводы относительно пробелов в знаниях и информированности о роли загрязнения воздуха в изменении климата.

Основные загрязняющие вещества и источники их выбросов.

Загрязнители воздуха могут осесть на деревья в виде влажных и сухих осадков. Влажное осадки включают в себя дождь, град, и снег и в значительной степени определяются атмосферными процессами. Сухие осадки состоят из газов, аэрозолей и пыли, а также в значительной степени зависит от физико-химических свойств поверхности рецептора. Леса получают более высокую нагрузки осадков, чем открытые поля, в зависимости от породы дерева и структуры полога леса.

Более высокая шероховатость полога вызывает более сильную продуваемость воздуха и более интенсивное взаимодействие между воздухом и листвой. Перехват загрязняющих веществ листвой, в свою очередь, определяется такими факторами, как структура листовой поверхности, форма листа и шероховатость поверхности листа. Сухие отложения, накопившиеся на листве смываются осадками и уходят в землю. Основные загрязнители воздуха, участвующие в повреждении лесов являются соединения серы, соединения азота, озон, и тяжелые металлы.

Диоксид серы (SO₂) был установлен первым загрязнителем воздуха и причиной повреждения деревьев [3]. Его концентрация в воздухе быстро растет в Центральной Европе, когда он был выпущен в атмосферу за счет сжигания ископаемого топлива в процессе индустриализации, произошедшем в конце XIX века. Повреждая деревья непосредственно через их листву, SO₂ также реагирует с водой в атмосфере с образованием сернистой кислоты (H₂SO₃) и серной кислоты (H₂SO₄), тем самым способствуя образованию кислотных осадков и, следовательно, нанося ущерб деревьям. Резкое уменьшение лесов в конце 1970-х и в начале 1980-х годов в европейских лесных районах, удаленных от предприятий было вызвано дальним переносом загрязняющих веществ, главным образом диоксидом серы.

Угроза загрязнения воздуха и его влияние на экосистемы спровоцировало политику борьбы с загрязнением воздуха с конца 1960-х годов. Европейский союз (ЕС) и законодательные акты во многих странах начали регулировать сокращение выбросов. В результате выбросы серы во многих странах с развитой промышленностью сегодня значительно ниже, чем они были 30 лет назад. Так, например, в России, выбросы SO₂ снизились на 38% по сравнению с 1980 г. В этот же период они снизились на 17% в Европе.

Оксиды азота выбрасываются в атмосферу в ходе различных процессов горения, в которых азот (N) в воздухе окисляется, главным образом, в оксид азота (NO), с небольшой примесью диоксид азота (NO₂). При дневном свете, NO легко преобразуется в NO₂ в результате фотохимических реакций с участием углеводородов, присутствующих в воздухе [5]. Эти выбросы могут быть весьма существенным, когда они приходят из сильно удобренных сельскохозяйственных земель и лесов, подверженных воздействию высоких уровней осаждения азотом [5]. Выбросы от транспорта являются главными источниками выбросов оксидов азота. Большие количества оксида азота также выбрасывается химическими заводами, например, в процессе производства удобрений [5]. Производство удобрений, чрезмерное внесение удобрений с азотом, и животноводство также являются важными источниками азотсодержащих выбросов аммиака (NH₃).

Несмотря на это, выбросы и концентрации оксида азота во многих странах с развитой промышленностью за последнее время значительно снизилась. Например, в Европейском союзе (ЕС), выбросы NO₂ сократились на 32,6% в период между 1980 и 2000 годами [4]. За этот же период выбросы аммиака уменьшились на 27,3%. Наиболее высокие концентрации диоксида азота в мире было зарегистрировано в Пекине и на северо-востоке Китая [4].

Большинство из указанных выше веществ являются газообразными и действуют на деревья в качестве сухих осадков непосредственно через листву. Некоторые из них ведут к подкислению — с помощью химических реакций с водой в атмосфере они становятся причиной кислотных осадков. Дождь с кислотностью 5.6, даже при отсутствии подкисляющих загрязнителей воздуха, из-за присутствия углекислого газа (СО₂) в воздухе, с водой образует угольную кислоту (Н₂СО₃).

Тяжелые металлы образуются в результате большинства процессов горения и от многих промышленных производственных процессов. Они выбрасываются в атмосферу в виде пыли, а также в виде газов. Основные тяжелые металлы, которые считаются вредными для здоровья леса являются кадмий (Cd), свинец (Pb), ртуть (Hg), кобальт (Co), хром (Cr), медь (Cu), никель (Ni) и цинк ( Zn). Тем не менее, в значительной степени из-за их воздействия на здоровье человека, выбросы тяжелых металлов были значительно сокращены в течение последних трех десятилетий во многих странах с развитой промышленностью. Например, выбросы свинца в Европе сократилось примерно на 85% в период с 1980 по 2000 год [4].

Большая группа загрязнителей воздуха состоит из летучих органических соединений (ЛОС). ЛОС включают углеводороды и органические атмосферные отличающиеся от СО₂ и оксида углерода (СО). ЛОС образуются из антропогенных и природных источников. Растения излучает биогенные летучие органические соединения, которые включают изопрен, спирты, сложные эфиры, простые эфиры и кислоты. Изопрен является наиболее распространенным углеводородом, который излучается наземной растительностью.

Углекислый газ, метан (CH₄) и закиси азота (N₂O) влияют на здоровье лесов путем воздействия на них в качестве парниковых газов. Все они производятся в результате как природной, так и антропогенной деятельности. Хотя эти газы сами по себе не являются загрязнителями, их избыточное производство в результате человеческой деятельности приводит к загрязнению окружающей среды.

В России, заводы цветной металлургии, электростанции, нефте- и газоперерабатывающие заводы, а также предприятия целлюлозно-бумажной промышленности рассматриваются в качестве основных источников вредных веществ, таких как диоксид серы (SO₂), сульфаты (SO₄), оксиды азота (NO), и аммоний (NH4). Выбросы аммиака и NO получают также из сельского хозяйства и движения автотранспорта. Существуют три основных антропогенных источника выбросов тяжелых металлов в атмосферу: сжигание ископаемого топлива, производство цветных металлов, а также сжигания отходов.

Основными техногенным источниками выбросов SO₂ и выбросов тяжелых металлов являются плавильные комплексов цветных металлов, расположенных в Красноярской области (Норильск), Мурманской области (Мончегорск, Никель, Заполярный), а также на Урале. Резкое увеличение числа транспортных средств привело к явному увеличению концентрации оксида азота (NO) в российских городах с 1990 г. Источники окисляющих газов находятся в Республике Карелия и Архангельской области (целлюлозно-бумажная промышленность).

Около 80% нефти и 99% газа, добываемого в Арктике, в настоящее время поступает из России (Ненецкий автономный округ и Республика Коми). Добыча нефти и газа включает в себя выбросы в атмосферу, в том числе выхлопных газов, содержащих CO₂, NO, SO (оксиды серы), CH₄ и неметановых летучих органических соединений (ЛОС). Загрязнение окружающей среды, происходящих в результате разведки и добычи нефти и газа, как ожидается, значительно возрастет в евразийской Арктике.

Пожары являются основным источником SO₂, аэрозоли серы, черного углерода, тяжелых металлов и органических загрязнителей.

Было спрогнозировано, что потепление климата приведет к значительному увеличению площади ежегодно сжигаемых северных лесов в результате пожаров. В России ежегодно сгорают от 0,5 до 5,5 млн. га. лесов и около 80% из этих областей расположены в Сибири и на Дальнем Востоке России.

Вывод

Растущее осознание воздействия загрязнения воздуха на леса, с начала 1980-х годов привело к интенсивным исследованиям и мониторингу ущерба, наносимого лесам. Результаты исследований и мониторинга повреждения лесов способствовали борьбе с загрязнением воздуха, особенно в Европе и Северной Америке, а также в меньшей степени и в других частях мира. В этих районах, в результате борьбы с загрязнением воздуха, уже удалось улучшить качество воздуха и уменьшить атмосферного осадков. В течение последних трех десятилетий количество выбросов было снижено на 80%, а выбросы азота на 30%. На нескольких участках есть первые признаки восстановления лесных почв и условий для роста деревьев, что может означать улучшение качества воздуха.