Загрязнение атмосферного воздуха является одним из серьезнейших экологических факторов, влияющих на здоровье каждого человека. Согласно оценкам Всемирной организации здравоохранения, в 2019 году загрязнение атмосферного воздуха как в городах, так и в сельских районах привело к 4,2 миллионам случаев преждевременной смерти от сердечно-сосудистых, респираторных и онкологических заболеваний, вызванных воздействием мелких дисперсных частиц.
Слово аэрозоль образовано из двух слов: «аэро» — воздух и «золь» (золи) — раствор, разложение. Аэрозоли представляют собой систему твердых и жидких веществ, образующих взвесь в газовой среде. В общем случае, образованная не менее чем из двух фаз (тел) система, в которой, по крайней мере, одна из фаз (дисперсная) распределена в виде мелких частиц в другой фазе (дисперсионной среде), называется дисперсной системой.
Аэрозоли различают по источникам происхождения.
К естественным факторам образования частиц аэрозолей относятся процессы конденсации и сублимации водяного пара, когда из капелек воды и кристаллов льда образуются облака и туманы. В то же время в атмосфере постоянно присутствуют частицы пыли, поднимаемые ветром с поверхности Земли. Основными источниками пыли являются пустыни Азии и Африки. Часть частиц образуется при извержениях вулканов, песчаных и пыльных бурях, лесных пожарах, как следствие выветривания горных пород.
Источниками антропогенных аэрозольных частиц являются выбросы промышленных и бытовых предприятий, выхлопные газы автомобилей, пыление отвалов ТЭЦ и карьеров, добыча и использование строительных материалов, погрузочно-разгрузочные работы с сыпучими материалами, сжигание отходов и опавшей листвы, ядерные взрывы и прочее. Наибольший вклад в загрязнение атмосферы вносят теплоэлектростанции, нефтехимические и металлургические предприятия, автотранспорт.
Все перечисленные виды аэрозольных частиц относят к первичным. Частицы этой фракции в основном являются грубодисперсными. Однако вследствие химических и фотохимических реакций в атмосфере происходит образование вторичных аэрозолей.
Так, из поступивших в атмосферу газов естественного или искусственного происхождения (оксиды азота, диоксид серы, терпены, продуты горения, гниения) при взаимодействии их с кислородом, водяным паром и другими атмосферными компонентами образуются вещества, которые переходят в твердые и жидкие состояния (сульфаты, нитраты, капельки серной и азотной кислот и прочее). Частицы этой фракции в основном тонкодисперсные. Теперь уже установлено, что именно аэрозоли второй фракции определяют оптические свойства атмосферы.
Также вторичные аэрозоли представляют большую опасность для окружающей среды и человека. Они являются мелкодисперсными и потому способны проникать в дыхательные пути человека и животных и там накапливаться. В результате многолетних исследований, включающих мониторинг окружающей среды, признано, что частицы антропогенного аэрозоля могут оказывать существенное влияние на локальный и глобальный климат.
Аэрозольные частицы способны отражать приходящее солнечное коротковолновое излучение обратно в космос, что вызывает похолодание на поверхности Земли. Это так называемый прямой эффект.
Из-за малого размера частиц они могут долгое время находиться во взвешенном состоянии в атмосфере, а так как суммарная поверхность частиц чрезвычайно велика, как и свободная энергия, то на границе раздела фаз протекают различные процессы, негативно влияющие на окружающую среду и организм человека.
Многие вещества в виде сплошных тел абсолютно безвредны, но становятся очень опасными, если их перевести в аэрозольное состояние. Вероятно, впервые люди испытали вред от загрязнения воздуха, когда разводили костры в плохо вентилируемых пещерах. Еще в 1273 году король Англии Эдуард I запретил сжигание угля с целью уменьшения загрязнения атмосферы.
В промышленных центрах аэрозоли могут включать одновременно и жидкие, и дисперсные фазы. Так, в топочном дыме, кроме золы, унесенной с колосников, содержатся капельки серной кислоты, образовавшейся при окислении выбрасываемого сернистого ангидрида. Такие аэрозоли невозможно отнести к какому-нибудь типу существующих классификаций и для них предложено специальное название «смог».
Аэрозольные загрязнения атмосферы приводят к заболеваниям дыхательных путей и токсичным отравлениям, а также могут становиться причиной аллергических заболеваний. Эксперты ВОЗ утверждают, что передача аэрозолей оказалась одним из основных факторов распространения COVID-19, и IUF (Глобальный профсоюз работников пищевой промышленности), указывая на то, что «вирус также может распространяться в плохо проветриваемых и/или переполненных помещениях, где люди обычно проводят больше времени. Это происходит потому, что аэрозоли остаются взвешенными в воздухе или распространяются на расстояние более 1 метра».
В журнале Environmental Health Perspectives были опубликованы результаты научного исследования, выполненного учеными Американского национального института экологии и здоровья человека. Было установлено, что бытовые аэрозоли с запахом ухудшают функцию газообмена в легких человека, так как содержат дихлорбензолы, оказывающие раздражающее действие на дыхательные пути и кожу.
Рак легких — наиболее вероятный результат длительного воздействия аэрозоля оксида кадмия, поступающего в альвеолы с табачным дымом. Кадмий поражает сердечную, мышечную, нервную системы, а также органы дыхания, приводит к тяжелому костному заболеванию «итай-итай».
Аэрозольные загрязнения антропогенного характера разрушают экосистему и мешают естественным природным процессам, например, фотосинтезу.
Различают и радиоактивные аэрозоли, которые отличаются от обычных ионизированными частицами. Их состав и свойства зависят от происхождения, природы веществ, из которых состоят частицы, концентрации и среды. Естественные радиоактивные аэрозоли образуются в природе при попадании продуктов распада изотопов радона, калия, урана, тория и др. с поверхности почвы в воздушные слои. Оседая на микрочастицах облачных элементов (мельчайших каплях воды или кристаллах водяного пара), они создают радиоактивно заряженный аэрозоль. Также попадание радиационных частиц в атмосферу возможно при оседании на ее молекулах ионизированных зарядов космического излучения и космической пыли.
Искусственные аэрозоли появляются вследствие деятельности человека — ядерных испытаний, аварий на радиационных заводах и предприятиях по добыче и обогащению урана или другой руды. Во время преднамеренного или случайного выброса радиоактивных изотопов они оседают на частицах почвы и воды. Те, что оседают на частицах воздуха, образуют так называемый искусственный радиоактивный аэрозоль.
Радиоактивные аэрозоли могут нанести большой вред организму человека. Продукты распада кремнозема, смешанные с воздушными частицами вызывают тяжелое заболевание легких — силикоз, ведущее к узелковому фиброзу и угнетению функций дыхания. Также опасна пыль бериллия, свинца, хрома и проч.
Удобство и точность дозирования аэрозолей позволяет применять их в промышленности при изготовлении фармацевтической, косметической и бытовой химии. Для производства каждого из вышеупомянутых средств в качестве аэрозоля используют диметиловый эфир, также известный как диметилэфир или ДМЭ. Возможно, примерно к 2030 году ДМЭ станет широко используемым биотопливом — его использование рассматривает Европейский Союз.
Кроме того, диметиловый эфир используется при производстве:
монтажной пены,
распыляемых лаков и красок,
пенополистирола.
В связи с этим он является одним из самых популярных пропеллентов и растворителей среди используемых в современной промышленности.
Атмосферные аэрозоли играют огромную роль в жизнедеятельности планеты, влияя на множество процессов и явлений, но увеличение содержания искусственного аэрозоля в атмосфере вызывает тревогу. Его присутствие, как одного из видов искусственного загрязнения, может негативно сказываться на климате планеты, самочувствии людей и повлиять на усиление парникового эффекта.
Москва
