Таким образом, опасность загрязнения воздуха на Севере, особенно в течение длительной зимы, очень велика. Но она существует не только зимой, но и при безветренной погоде, т. е. в любое время года. Все это свидетельствует о том, что экологическая емкость ПТК на Севере значительно меньше, чем в южных зонах. И она особенно мала в районах с антициклональным климатом.
Способность природных территориальных комплексов (ПТК) к обновлению и самоочищению воздуха в зависимости от скорости ветра и обилия осадков можно изобразить графически (рис. 5).
Рис. 5. График способности природных территориальных комплексов к самоочищению атмосферы в зависимости от скорости ветра и осадков
0 — почти нулевая способность к самоочищению; 1 — средняя способность к самоочищению; 2 — хорошая способность к самоочищению при скоростях ветра выше 5 м/сек и осадках более 450 мм/год
А — скорость ветра в м/с: 1, 2, 3.. 7; Б — осадки в мм: 100, 200.. 500
Нулевая способность к обновлению и самоочищению. При среднегодовой скорости ветра менее 3 м/с, повторяемости штилей 75–50 % и сумме осадков менее 300 мм самоочищение, в том числе и разбавление воздуха, практически отсутствует. Осадки редки и выпадают чаще всего в виде моросящих дождей. Загрязняющие вещества, долго оставаясь в воздухе, в конце концов почти полностью оседают над очагом загрязнения и в его окрестностях, подкисляя воду в реках и озерах, отравляя почвы, растения, животных, т. е. разрушая природную экосистему и создавая нездоровую для человека среду.
В таких условиях возможно строительство предприятий только с безотходной технологией. В противном случае необходимо отдалить промышленный объект от населенного пункта. Расстояние между ними должно быть установлено в зависимости от местных особенностей: силы и направления ветров, характера рельефа и т. д.
В условиях антициклонального климата даже при отсутствии крупных промышленных объектов создается загрязнение воздушной среды. Особенно сильно оно проявляется зимой, когда работают котельные, а воздух в течение многих недель и даже месяцев остается неподвижным. В таких условиях необходим переход с твердого топлива на газ, дающий наименьшее загрязнение.
Рис: 6. Господствующие ветры относят дым заводских труб за пределы населенного пункта
Средняя способность к обновлению и самоочищению. При среднегодовых скоростях ветра 5–3 м/с, повторяемости штилей 50–30 % и осадках 450–300 мм тоже нередко складывается опасная ситуация, особенно при антициклональной погоде. Известно, что в Лондоне, где среднегодовая скорость ветра около 4 м/с, а годовая сумма осадков более 600 мм, неоднократно возникали удушливые смоги, вызывающие массовые заболевания людей и даже их гибель.
Ветер со скоростью 3–5 м/с способен за несколько часов в зависимости от степени загрязнения воздуха очистить атмосферу (рис. 6). Ливневый дождь, во время которого выпадает не менее 50 мм осадков, тоже хорошо освежает воздух, но в данном случае загрязняющие вещества не выносятся за город, а оседают в его пределах и окрестностях.
Хорошая способность к обновлению и самоочищению. При скоростях ветра более 5 м/с, повторяемости штилей до 30 % и годовой сумме осадков выше 450 мм существует хорошая возможность к обновлению воздушных масс; однако не исключены периоды с длительным инверсионным выхолаживанием воздуха, его застоем и загрязнением.
Только в тундре и некоторой части лесотундры господствуют ветры, превышающие 4–5 м/с. Таежные и значительная часть лесотундровых экосистем, особенно в Восточной и Центральной Сибири, обладают очень плохой способностью к самоочищению атмосферы.
Самым эффективным способом борьбы с загрязнением воздуха на Крайнем Севере является введение безотходной технологии с замкнутым циклом воздухоснабжения, повышающим экологическую емкость ПТК. Безотходное производство введено в некоторых северных промышленных центрах нашей страны. Выигрыш от этого огромный. Пыль, собранная воздухоочистительными установками, представляет собой высококачественное сырье (в результате сберегаются ежегодно миллионы рублей). Вышедшая из установки воздушная река содержит механических примесей в 5 раз меньше, чем в деревенском воздухе. Этот поток снова направляется в производственный корпус. Окупаются такие установки в течение нескольких лет. И самое главное — атмосфера остается чистой.
Поверхностные воды
Известно, что летом большинство незагрязненных рек и озер в лесах и степях обладает богатой кислородом, нормально минерализованной чистой водой. На Севере вода в реках и озерах обычно слабо минерализована, в ней меньше кислорода, не всегда приятна на вкус, часто обладает болотным запахом и буроватым цветом. Это обусловлено тем, что вода поступает из заболоченных пространств, покрытых торфяно-глеевыми почвами и торфяниками, и содержит в себе большое количество окрашенных органических веществ. Слабая минерализация объясняется низкой температурой воды и почвы, почти полным отсутствием грунтового питания. Воды Севера — это снеговые и дождевые воды.
При образовании льда на реках и озерах увеличивается концентрация органического вещества гуминового характера. Чем дольше длится ледостав, тем хуже качество воды. В летние солнечные дни содержание кислорода в воде больше, чем в пасмурные. Зоны Крайнего Севера по количеству пасмурных дней и дней без солнца занимают первое место среди других зон.
Вода природных водоемов обладает очень ценным свойством — способностью самоочищаться. Это происходит потому, что микроорганизмы в процессе жизнедеятельности используют органические вещества, окисляющиеся с помощью кислорода. Если количество кислорода в воде уменьшается, микроорганизмы снижают свою жизнедеятельность и, возможно, переходят в состояние анабиоза. Самоочищение водоема прекращается.
Содержание в воде кислорода служит важным признаком санитарного состояния водоема. Но растворимость кислорода в воде мала. При температуре около 0 °C в 1 л воды может раствориться всего 14 мг кислорода, в летнее время в чистой речной воде содержится 7–8 мг кислорода на 1 л. Воздух содержит 250 мг/л кислорода. Как только количество кислорода в воде понижается до 4 мг/л и ниже, условия жизни организмов в водоеме резко ухудшаются. Для того чтобы вода обогащалась кислородом, необходимо ее соприкосновение с воздухом, но водоемы Севера бывают подо льдом 7–8 месяцев.
Известно также, что самоочистительная способность речных вод выше, чем озерных и вообще застойных водоемов, так как текучие воды насыщаются кислородом лучше и быстрее, чем стоячие. Водная масса в неглубоких озерах полностью перемешивается только весной и осенью. Летом глубинные воды не контактируют с атмосферой и практически не обогащаются кислородом. Объясняется это четко выраженной устойчивостью температурной стратификации. Верхний слой воды толщиной 1–
2 м прогревается от 8 до 15 °C и выше. Придонные слои воды имеют более низкую температуру, а значит, они являются и более тяжелыми, поэтому подъем вод к поверхности исключается. Именно поэтому особенно опасная ситуация складывается тогда, когда температура придонной воды достигает 4 °C, в этом случае плотность воды наибольшая.
В безледный период благоприятным фактором бывают ветры, перемешивающие водную массу.
Находясь длительное время подо льдом, качество вод само по себе снижается за счет расходования кислорода; воды рек и озер приообретают кислую реакцию, pH становится ниже 6,0. Это ведет к гибели рыбы. Если же в реку сливаются промышленные и бытовые отходы, нефтепродукты, то положение становится катастрофическим, особенно в зимнее время. В средней полосе вода реки может самоочиститься на участке в 200–300 км; в условиях Севера с длительным ледоставом для самоочищения недостаточно и 1500–2000 км [14].