Тепловое загрязнение относится к явлениям, при которых происходит выделение тепла в водоемы или в атмосферный воздух. При этом повышается температура намного выше средней нормы. Тепловое загрязнение природы связано с деятельностью человека и выбросами парниковых газов, которые являются основной причиной глобального потепления.
Источники теплового загрязнения атмосферы
Выделяются две группы источников:
- естественные – это лесные пожары, вулканы, пыльные бури, суховеи, процессы разложения живых и растительных организмов;
- антропогенные – это нефтегазопереработка, промышленная деятельность, теплоэнергетика, атомная энергетика, транспорт.
Ежегодно в атмосферу Земли в результате деятельности человека поступает около 25 млрд. тонн оксида углерода, 190 млн. тонн оксида серы, 60 млн. тонн оксида азота. Половина всех этих отходов добавляется в результате деятельности энергетической отрасли, промышленности и металлургии.
За последние годы увеличилось количество выхлопных газов от автомобилей.
Последствия
В городах-мегаполисах с крупными промышленными предприятиями атмосферный воздух испытывает сильнейшее тепловое загрязнение. В него поступают вещества, которые имеют более высокую температуру, чем воздушный слой окружающей поверхности. Температура промышленных выбросов всегда выше средней приземного слоя воздуха. Например, при лесных пожарах, из выхлопных труб автомобилей, из труб промышленных предприятий, при отоплении домов выделяются потоки теплого воздуха с различными примесями. Температура такого потока примерно 50-60 ºС. Этот пласт повышает среднегодовую температуру в городе на шесть-семь градусов. В городах и над ними формируются «острова теплоты», что приводит к увеличению облачности, при этом повышается количество осадков и увеличивается влажность воздуха. При присоединении к влажному воздуху продуктов сгорания образуется влажный смог (тип лондонского). Экологи утверждают, что за последние 20 лет средняя температура тропосферы повысилась на 0,7º С.
Источники теплового загрязнения почв
Источниками теплового загрязнения почв на территории крупных городов и промышленных центров являются:
- газовые трубы металлургических предприятий, температура достигает 140-150ºС;
- теплотрассы, температура около 60-160ºС;
- коммуникационные отводы, температура 40-50º С.
Последствия теплового влияния на почвенный покров
Газовые трубы, теплотрассы и коммуникационные отводы повышают температуру почвы на несколько градусов, что негативно сказывается на почвогрунте. Зимой это ведет к таянию снега и, как следствие, вымораживанию поверхностных слоев почвы, а летом обратный процесс, происходит нагревание верхнего слоя почвы и его высыхание. Почвенный покров тесно связан с растительностью и живыми микроорганизмами, которые обитают в нем. Изменение в его составе негативно сказывается на их жизнедеятельности.
Источники теплового загрязнения гидрологических объектов
Тепловое загрязнение водоемов и прибрежных морских территорий происходит в результате сброса в водоемы сточных вод атомными и тепловыми электростанциями, промышленными предприятиями.
Последствия сбросов сточных вод
Сброс сточных вод приводит к повышению температуры воды в водоемах на 6-7 ºС, площадь таких теплых пятен может достигать до 30-40 км2.
Теплые пласты воды образуют своеобразную пленку на поверхности водной массы, что препятствует естественному водообмену (поверхностные воды не перемешиваются с донными), уменьшается количество кислорода, а потребность организмов в нем возрастает, при этом увеличивается видовое количество водорослей.
Наибольшая степень теплового загрязнения вод осуществляется электростанциями. Вода используется для охлаждения турбин АЭС и газового конденсата в ТЭС. Вода, используемая электростанциями, нагревается примерно на 7-8 ºС, после этого она сбрасывается в близлежащие водоемы.
Увеличение температуры воды в водоемах негативно сказывается на живых организмах. Для каждого из них есть температурный оптимум, при котором популяция чувствует себя превосходно. В естественной среде при медленном повышении или понижении температуры живые организмы постепенно приспосабливаются к изменениям, но если температура повышается резко (например, при большом объеме стоковых сбросов промышленными предприятиями), то времени для акклиматизации у организмов нет. Они получают тепловой шок, в результате которого могут погибнуть. Это является одним из самых негативных последствие теплового загрязнения для водных организмов.
Но могут быть и иные, более пагубные последствия. Например, влияние теплового загрязнения воды на обмен веществ. С увеличением температуры у организмов увеличивается скорость обмена веществ, растет потребность в кислороде. Но с повышением температуры воды содержание кислорода в ней падает. Его нехватка приводит к гибели многих видов водных живых организмов. Почти стопроцентное уничтожение рыб и беспозвоночных вызывает повышение температуры воды на несколько градусов в летнее время. При изменении температурного режима меняется и поведение рыб, нарушается естественная миграция, происходит несвоевременный нерест.
Таким образом, увеличение температуры воды может изменить видовую структуру водоемов. Многие виды рыб или уходят с этих территорий, или погибают. Характерные для этих мест водоросли сменяются на теплолюбивые виды.
Если вместе с теплой водой в водоемы попадают органические и минеральные вещества (бытовые стоки, смытые с полей минеральные удобрения), происходит резкое размножение водорослей, они начинают образовывать плотную массу, закрывая друг друга. В результате этого происходит их гибель и гниение, что приводит к мору всех живых организмов водоема.
Представляет опасность тепловое загрязнение водоемов тепловыми электростанциями. Они генерируют энергию при помощи турбин, отработанный газ необходимо время от времени охлаждать. Используемую воду сбрасывают в водоемы. На крупных ТЭС это количество доходит до 90 м3. Это означает, что в водоем поступает непрерывный теплый поток.
Ущерб от загрязнения водных экосистем
Все последствия теплового загрязнения водоемов наносят катастрофический вред живым организмам и изменяют среду обитания самого человека. В результате загрязнения наносится ущерб:
- эстетический (нарушается внешний вид ландшафтов);
- экономический (ликвидация последствий загрязнения, исчезновение многих видов рыб);
- экологический (уничтожаются виды водной растительности и живых организмов).
Объемы теплых вод, сбрасываемых электростанциями, постоянно растут, следовательно, будет расти и температура водоемов. Во многих реках, по мнению экологов, она увеличится на 3-4 °С. Этот процесс уже идет. Например, в некоторых реках Америки перегрев воды составляет около 10-15 °С, Англии – 7-10°С, Франции - 5°С.
Тепловое загрязнение окружающей среды
Тепловое загрязнение (тепловое физическое загрязнение) – это форма, которая возникает в результате повышения температуры окружающей среды. Его причинами являются промышленные и военные выбросы нагретого воздуха, крупные пожары.
Тепловое загрязнение окружающей среды связано с работой предприятий химической, целлюлозно-бумажной, металлургической, деревообрабатывающей промышленности, ТЭС и АЭС, которые требуют большие объемы воды для охлаждения оборудования.
Мощным загрязнителем среды является транспорт. Около 80 % всех ежегодных выбросов приходится на автомобили. Многие вредные вещества рассеиваются на значительные расстояния от источника загрязнения.
При сжигании газа на ТЭС помимо химического воздействия на атмосферу, происходит и тепловое загрязнение. Кроме того, примерно в радиусе 4 км от факела многие растения находятся в угнетенном состоянии, а в радиусе 100 метров – гибнет растительный покров.
Ежегодно на территории России образуется около 80 млн. тонн разнообразных промышленных и бытовых отходов, которые являются источником загрязнения почвенного покрова, растительности, подземных и поверхностных вод, атмосферного воздуха. Кроме того, они являются источником радиационного и теплового загрязнения природных объектов.
Воды суши загрязнены разнообразными химическими отходами, которые попадают туда при смыве минеральных удобрений, пестицидов с почв, с канализационными и промышленными стоками. В водоемах происходит тепловое и бактериальное загрязнение, погибают многие виды растений и животных.
Любой сброс тепла в природную среду приводит к изменению температуры ее компонентов, особо сильное влияние испытывают нижние слои атмосферы, почва и объекты гидросферы.
По оценкам экологов, тепловые выбросы в окружающую среду не способны пока повлиять на баланс планеты, но на конкретную территорию они оказывают существенное влияние. Например, температура воздуха в крупных городах обычно несколько выше, чем вне города, изменяется тепловой режим рек или озер при сбросе в них сточных вод тепловых электростанций. Меняется видовой состав обитателей этих пространств. Для каждых видов существует свой температурный интервал, при котором вид способен приспособится. Например, форель способна выжить в теплой воде, но не способна размножаться.
Таким образом, тепловые сбросы оказывают влияние и на биосферу, хотя это и не в масштабе планеты, но тоже ощутимо для человека.
Температурное загрязнение почвенного покрова чревато тем, что происходит тесное взаимодействие с животными, растительностью и микробными организмами. При повышении температуры почвогрунта, происходит изменение растительного покрова на более теплолюбивые виды, многие микроорганизмы погибают, не имея возможности приспособится к новым условиям.
Тепловое загрязнение подземных вод происходит вследствие попадания стоков в водоносные горизонты. Это негативно сказывается на качестве воды, ее химическом составе, тепловом режиме.
Тепловое загрязнение окружающей среды ухудшает условия жизни и деятельности человека. В городах при повышенной температуре в сочетании с высокой влажностью у людей возникают частые головные боли, общее недомогание, скачки артериального давления. Повышенная влажность приводит к коррозии металлов, повреждению канализационных отводов, теплопроводов, газовых труб и так многого другого.
Последствия загрязнения природной среды
Можно конкретизировать все последствия теплового загрязнения окружающей среды и выделить основные проблемы, которые требуют решения:
1.Образуются тепловые острова в крупных городах.
2. Образуется смог, увеличивается влажность воздуха и формируется постоянная облачность в мегаполисах.
3. Возникают проблемы в реках, озерах и прибрежных акваториях морей и океанов. Из-за повышения температурного режима нарушается экологический баланс, гибнут многие виды рыб, водных растений.
4. Изменяются химические и физические свойства воды. Она становится непригодной к употреблению даже после очистки.
5. Гибнут или находятся в угнетенном состоянии живые организмы водоемов.
6. Увеличивается температуры подземных вод.
7. Нарушается структура почвы и ее состав, происходит угнетение или уничтожение растительности и микроорганизмов, обитающих в ней.
Тепловое загрязнение. Профилактика и меры его предотвращения
Основной мерой предотвращения теплового загрязнения окружающей среды является постепенный отказ от использования топлива, полный переход на альтернативную возобновляемую энергию: солнечная, ветровая и энергия гидроресурсов.
Для защиты акваторий от теплового загрязнения в системе охлаждения турбин, необходимо сооружать водоемы – охладители, из которых вода после остывания снова может быть использована в системе охлаждения.
В последние десятилетия инженеры стремятся исключить паровую турбину в ТЭС, используя магнитогидродинамический способ превращения тепловой энергии в электрическую. Это значительно уменьшает тепловое загрязнение прилегающей территории и водоемов.
Биологи стремятся выявить пределы устойчивости биосферы в целом и отдельных видов живых организмов, а также пределы равновесия биологических систем.
Экологи в свою очередь изучают степень влияния хозяйственной деятельности людей на естественные процессы в окружающей среде и стремятся найти способы предотвратить негативное влияние.
Защита окружающей среды от теплового загрязнения
Принято разделять тепловое загрязнение на планетарное и локальное. В планетарном масштабе загрязнение не очень большое и составляет лишь 0,018 % от поступающей на планету солнечной радиации, то есть в пределах одного процента. Но, сильное влияние тепловое загрязнение оказывает на природу на локальном уровне. Для регулирования этого влияния в большинстве промышленно-развитых стран введены пределы (лимиты) теплового загрязнения.
Как правило, лимит установлен для режима водоёмов, так как именно моря, озёра и реки страдают в значительной степени от теплового загрязнения и принимают его основную часть.
В странах Европы водоёмы не должны прогреваться больше, чем на 3 °С от естественной их температуры.
В США в реках нагрев воды не должен быть белее чем на 3 °С, в озёрах – 1,6 °С, в акваториях морей и океанов – 0,8 °С.
В России температура воды в водоёмах не должна повышаться более чем на 3 °С по сравнению со средней температурой самого жаркого месяца. В водоёмах, в которых обитают лососевые и другие холодолюбивые виды рыб, температура не может быть повышена более чем на 5 °С, летом не выше 20 °С , зимой – 5 °С.
Масштабы теплового загрязнения возле крупных промышленных центров достаточно значительные. Так, например, от промышленного центра с количеством населения в 2 млн. человек, с АЭС и нефтеперерабатывающим заводом тепловое загрязнение распространяется вдаль на 120 км и на 1 км в высоту.
Экологи предлагают использовать тепловые отходы в хозяйственных нуждах, например:
- на орошение сельхоз земель;
- в тепличном хозяйстве;
- на поддержание северных акваторий в свободном ото льда состоянии;
- на перегонку тяжелых продуктов нефтяной промышленности и мазута;
- для разведения теплолюбивых видов рыб;
- для устройства искусственных прудов, подогреваемых зимой, для диких водоплавающих птиц.
В планетарном масштабе тепловое загрязнение природной среды косвенно влияет на глобальное потепление климата. Выбросы парниковых газов промышленными предприятиями не влияют на повышение температуры напрямую, но приводят к ее увеличению в результате парникового эффекта.
Для решения экологических проблем и предотвращения их в будущем, человечество должно решить ряд глобальных задач и направить все усилия на уменьшение загрязнения воздуха, теплового загрязнения планеты.
