Определение ПДК метана в воздухе населённых мест методом эколого-токсикологической оценки на живые организмы Текст научной статьи по специальности «Математика»
УДК 57.044
А. В. Сауц
Определение ИДК метана в воздухе населённых мест методом эколого-токсикологической оценки на живые организмы
Санкт-Петербургский университет технологий управления и экономики, г. Санкт-Петербург, Россия
Аннотация. В данной работе определены значения максимальной разовой и среднесуточной предельно допустимой концентрации (ПДК) метана в воздухе населённых мест, отсутствующие в настоящее время в действующих эколого-гигиенических нормативах. В РФ нормируется только ориентировочно безопасный уровень (ОБУВ) без учёта времени негативного действия метана, а в США — средневзвешенная во времени допустимая «вероятностная» концентрация метана (TWA) как для воздуха рабочей зоны, так и для населённых мест. Недостатком вероятностного подхода является трудность его практической реализации, т. к. требуется учесть множество вредных факторов, степень их значимости (весовые коэффициенты) и т. д. На практике на состояние животных и растений может негативно влиять воздух, загрязненный веществами, концентрации которых существенно ниже ПДК, что в свою очередь побуждает необходимость пересмотра действующих гигиенических нормативов с точки зрения экологической безопасности. В основу определения ПДК метана положены результаты биологических исследований токсического действия метана на живые организмы (пороговые концентрации по наиболее чувствительному рефлекторному тесту, полулетальные и абсолютно летальные концентрации в воздухе для белых крыс, белых мышей, полулетальные концентрации в воде для ракообразных, дафний Магна, водорослей, концентрации, вызывающие у человека асфиксию, угнетение центральной нервной системы, изменения биоэлектрической активности коры головного мозга, светочувствительности глаз). Ограниченные по этическим, экономическим и временным причинам биологические методы оценки дополнены токсикометрическими методами. Выполнена математическая обработка результатов с использованием стандартного геометрического отклонения. Произведено сравнение полученных результатов с данными действующего гигиенического норматива. Результаты работы имеют практическую значимость в эколого-гигиеническом нормировании, обеспечении экологической безопасности для населенных мест, попадающих в зону негативного влияния длительно действующих источников метана — полигонов и свалок твёрдых бытовых и промышленных отходов, болот, скотомогильников, кладбищ, сельскохозяйственных биореакторов, систем газоснабжения природным газом, нефтегазовых месторождений и т. д.
Ключевые слова: метан, отравление, ПДК, ОБУВ, воздух населённых мест, летальная концентрация, биологические испытания, асфиксия, токсикометрия, эколого-гигиеническое нормирование.
DOI 10.25587/SVFU.2018.65.14065
САУЦ Артур Валерьевич — к. т. н., доцент кафедры маркетинга и социальных коммуникаций Санкт-Петербургского университета технологий управления и экономики. E-mail: [email protected]
SAUTS Arthur Valerievich — Docent of the Department of Marketing and Social Communications of the St. Petersburg University of Management and Economics Technologies.
A. V. Sauts
Determination of MPC Methane in the Air of Populated Areas
St. Petersburg University of Management and Economics Technologies, St. Petersburg, Russia
Введение
Бесконтрольное антропогенное воздействие на окружающую природу губительно влияет на экосистему и вызывает неблагоприятные последствия у важнейших популяций. Наиболее распространенным видом негативного антропогенного воздействия является загрязнение, причиняющее вред жизни и здоровью самого человека, растительному, животному миру и экосистемам. Для того чтобы поддержать экологическое равновесие, необходимо экологическое нормирование, при котором учитывают возможность элементов биосферы и экологических систем переносить антропогенные нагрузки.
Для регулирования антропогенных нагрузок на окружающую природную среду и обеспечения экологической безопасности в большинстве государств законодательно нормируются значения предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ (ПДК).
В результате антропогенной деятельности в последние столетия в атмосфере Земли существенно увеличилось содержание метана — газа, образование и распад которого является неотъемлемой частью круговорота углерода на планете. Метан представляет
собой ядовитый парниковый газ, не имеющий запаха. Основными источниками загрязнения воздуха метаном являются полигоны и свалки твердых бытовых (ТБО) и промышленных отходов (ПО) глубиной более 5 м и/или вблизи залегания грунтовых вод [1], болота, сельскохозяйственные биореакторы, кладбища, могильники, утечки природного газа и т. д. Данное вещество приобрело статус «загрязняющее», и нормирование загрязнённости им воздуха, особенно в населённых местах, в настоящее время является весьма актуальной задачей.
Подходы к эколого-гигиеническому нормированию загрязнения воздуха метаном
В настоящее время для воздуха населённых мест для метана определен только ориентировочно безопасный уровень (ОБУВ), равный 50 мг/м3 [2], максимальные разовые (ПДКмр) и среднесуточные (ПДКсс) предельно допустимые концентрации на территории РФ не нормируются [3]. Значение ОБУВ получено приближённо, без учёта длительного пребывания людей в загрязнённой метаном воздушной среде. В соответствии с нормативами Агентства по охране окружающей среды США (EPA USA) средневзвешенная во времени допустимая концентрация метана (TWA) составляет 712,6 мг/м3 [4]. Данное значение получено с использованием «вероятностного» подхода, исключающего использование жёстко фиксированных ПДК. В предельном случае оценка вероятности может дать и значения лимитов на концентрации (уровни) вредных факторов, совпадающие с ПДК. Недостатком вероятностного подхода является трудность его практической реализации, т. к. требуется учесть множество вредных факторов, степень их значимости (весовые коэффициенты) и т. д.
Как показывает практика, на состояние животных и растений может негативно влиять воздух, загрязненный веществами, концентрации которых существенно ниже ПДК [5]. Это в свою очередь вызывает необходимость пересмотра действующих нормативов с точки зрения экологической безопасности.
Действие метана на живые организмы
Метан является биологически инертным газом, способным накапливаться в головном мозге, лёгких, сердце, печени, почках, селезёнке, крови живых организмов [6]. Какое-либо негативное воздействие метана на живые организмы вплоть до концентраций 10000 ppm не выявлено. Барботирование метаном суспензии эритроцитов лабораторных кроликов со скоростью 150 мл/мин в течение 18 ч практически не влияло на цвет или морфологию красных клеток, на рН среды, на содержание АТФ в клетках или на электрофоретический рисунок и спектры поглощения ультрафиолета гемоглобином. При вдыхании воздушной смеси, содержащей концентрацию метана 70%, около 33% испытуемых белых мышей умирали в течение 18 мин [7].
Первые признаки асфиксии у людей начинают проявляться при объемной концентрации метана 25% [10]. При концентрации свыше 40% в воздухе метан вызывает у людей удушье и угнетение ЦНС [8], вдыхание смеси, состоящей на 60% из метана, 21% кислорода и 14% углекислого газа приводит к снижению частоты пульса, кровяного давления и светочувствительности глаз человека. Вдыхание смеси из 94% метана (CL100) и 6% кислорода вызывало у белых крыс первоначальное возбуждение, учащение дыхания, затем через 1-2 ч боковое положение, судороги и гибель [8-10]. Для белых мышей CL100 = 90% [10]. Полулетальная концентрация метана для водных организмов (ракообразных, дафний Магна, водорослей) CL50 > 1000000 мг/м3 [4], для белых мышей в течение 2 ч CL50 = 326000 мг/м3 [10].
Эколого-токсикологическая оценка значения ПДК метана
В настоящее время биологические методы испытаний на токсичность, проводимые на земноводных, птицах и млекопитающих, ограниченные по этическим, экономическим и временным причинам, дополняются методами токсикометрии, ряд уравнений которой приведен ниже.
ПДК (ОБУВ) в воздухе населенных мест веществ, оказывающих влияние: — на нервную и дыхательную системы человека (коэффициент корреляции г = 0,67) [12]:
lgOBYB = 0,69lgLim -2,66;
(1)
— на светочувствительность глаз человека [11]:
lgnAKMp = 0,93lgLimac-0,45; (2)
— на биоэлектрическую активность коры головного мозга человека [13]:
lgnflKMp = 0,97lgLim дс-0,23, (3)
где Limac — пороговая концентрация, мг/м3, оказывающая негативное влияние.МНД= 0,45lgCL50 -1,55. (6)
Зависимость между ПДКсс и пороговыми концентрациями ядовитого вещества определяется как [14]:
lgnAKcc = 0,63lgCl-0,33lgc2, (7)
где cl — пороговая концентрация по наиболее чувствительному рефлекторному тесту, мг/м3; c2 — пороговая концентрация токсического действия, мг/м3, приближенно определимая как [13, 15]:
c2 « 0,007 CL100, (8)
где CL100 — абсолютно смертельная концентрация для белых мышей, мг/м3;
c2« 0,076 CL0, (9)
где CL0 — максимально переносимая вещества, мг/м3, попадание которого в организм животного (белой мыши) не приводит к его гибели.
Связь между ПДКмр и ПДКсс [13]:
№ДКМР = 1,16 №ДКСС + 0,54. (10)
Значение CL0 при стандартном двухчасовом времени экспозиции можно получить методом экстраполяции по имеющимся данным о смертельных концентрациях для испытуемых белых мышей, однако их значения получены в условиях разного времени вдыхания метана. Поэтому будем рассматривать % смертности белых мышей как функцию от концентрации метана и времени экспозиции и проведём математическую обработку имеющихся данных в программном пакете «Table Curve 3D». Результат приведён на рис.
Используя подобранную в программе аппроксимацию, получим значение CL0 ~ 10,89%, или 73363,752 мг/м3 при стандартном 2-часовом времени экспозиции.
Результаты расчетов и их анализ
Результаты расчётов по формулам (1)-(10) сведены в табл. 1.
Результаты расчетов по критериям светочувствительности глаз и биоэлектрической активности коры головного мозга «выпадают» на фоне действующего норматива и остальных критериев, в связи с чем в дальнейшем целесообразно их не учитывать при расчете среднелогарифмических (среднелогарифмических) ПДК [13].91912828
Рис. 1. Аппроксимация зависимости % смертности белых мышей от концентрации вдыхаемого метана, %, и времени экспозиции, мин
Для статистической оценки полученных результатов расчёта ПДК вычисляется
стандартное геометрическое отклонение sg:
X
ПДК,
п
vg = I0′
X lg ПДКi (11)
10»= «
Значения среднелогарифмических (среднелогарифмических) ПДК метана в воздухе населенных мест приведены в табл. 2.
Таблица 1
Результаты расчётов ^ПДКмр и ^ПДКсс метана по различным критериям
№ п/п Критерий lg ПДК„ lg ПДКсс
1 Пороговые концентрации по наиболее чувствительному рефлекторному тесту и токсического действия (в зависимости от СЦ00 для белых мышей) 1,94911 1,21475
2 Пороговые концентрации по наиболее чувствительному рефлекторному тесту и токсического действия (в зависимости от СЬ0 для белых мышей) 1,47532 0,806313
3 Удушье и угнетение ЦНС человека 1,08705 0,47160
4 Светочувствительность глаз человека 4,76414 3,64150
5 Биоэлектрическая активность коры головного мозга человека 4,83960 3,70655
6 СЬ для водных организмов 2,47937 1,671875
7 Сио для белых мышей 1,61989 0,930948
— Действующий норматив (1г ОБУВ) 1,69897 1,69897
Таблица 2
Расчетные ПДК метана в воздухе населенных мест
«——- ПДК, мг/м3 s Отклонение от установленного ОБУВ, %
Максимальная разовая 27,23 2,90 45,53
Среднесуточная 7,07 1,92 85,87
Значение < 3, что свидетельствует о некой стабильности, сопоставимости, отсутствии разногласий, разброса между выбранными критериями [13].
Заключение
В данной статье, используя результаты исследований токсического действия метана на живые организмы и методы токсикометрии, нами были получены наиболее вероятные значения максимальных разовых и среднесуточных ПДК метана в воздухе населенных мест. Полученные значения оказались ниже, чем ОБУВ, величина которого установлена действующими гигиеническими нормами.
Результаты работы имеют практическую значимость в эколого-гигиеническом нормировании, обеспечении экологической безопасности населенных мест, вблизи которых расположены длительно действующие источники метана — полигоны и свалки ТБО и ПО, скотомогильники, болота, сельскохозяйственные биореакторы, кладбища, системы газоснабжения природным газом, нефтегазовые месторождения и т. д.
Л и т е р а т у р а
1. Сауц А. В. Обеспечение экологически безопасного воздушного режима зданий, расположенных вблизи полигонов твёрдых бытовых и промышленных отходов: дис. … к-та тех. наук. — СПб., 2014.
— 141 с.
2. ГН 2.1.6.2309-07. Ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест (с изм. от 21.10.2016).
3. ГН 2.1.6.1338-03. Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест (с изм. от 27.01.2009).
4. Научно-обоснованные предложения по разработке и методам внедрения инновационных технологий утилизации выбросов, содержащих метан / ЗАО «Углеметан сервис». Кемерово, 2015. URL:http://www.nature.lenobl.ru/Files/file/otchet_uglemetan_servis_po_zakazu_minprirodu_rf.pdf(дата обращения: 06.12.2017).
5. Красовский Г. Н., Рахманин Ю. А., Егорова Н. А. Экстраполяция токсикологических данных с животных на человека. — М.: Медицина, 2009. — 208 с.
6. Калинина Е. Ю. Токсикологические аспекты судебно-медицинской экспертизы отравлений бытовым газом // Фундаментальные исследования. — 2015. — № 1-9. — С. 1842-1846.
7. Kamens R. M., Stern A. C. Methane in air quality and automobile exhaust emission standards. J. Air Pollution Control Assoc, 1973, no. 23, pp. 592-596.
8. Крайдашенко О. В., Купновицкая И. Г., Клищ И. Н. Фармакотерапия. — Винница: Нова книга, 2013. — 536 с.
9. Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков, инженеров и врачей. Изд. 7-е, пер. и доп. В трех томах. Том I. Органические вещества / под ред. Н. В. Лазарева и Э. Н. Левиной. -Ленинград: Химия, 1976. — 592 с.
10. Вредные химические вещества. Углеводороды, галогенпроизводные углеводородов. Справочник / под ред. В. А. Филова. — Ленинград: Химия, 1990. — 732 с.
11. Балахчина Т. К. Оценка воздействия свалочного газа с полигонов твёрдых бытовых отходов на человека // Физиология. Медицина. Экология человека. — 2012. — Выпуск №2/2012. — С. 41-57.
12. Бидевкина М. В. О прогнозировании гигиенических нормативов химических веществ, оказывающих избирательное действие, в атмосферном воздухе населенных мест // Гигиена и санитария. — 2013. — № 5. — С. 95-97.
13. Сердюк В. С., Стишенко Л. Г. Основы токсикологии. — Ханты-Мансийск: РИЦ ЮГУ, 2006.
— 232 с.
14. Смирнов В. Г. Комплексное эколого-токсикологическое регламентирование химических веществ в объектах окружающей среды.: дис. … д-ра биол. наук. — СПб., 2003. — 227 с.
15. Саноцкий И. В. и др. Методы определения опасности химических веществ (токсикометрия). -М.: Медицина, 1970. — 176 с.
R e f e r e n c e s
1. Sauts A. V. Obespechenie ekologicheski bezopasnogo vozdushnogo rezhima zdanii, raspolozhennykh vblizi poligonov tverdykh bytovykh i promyshlennykh otkhodov: dis. … k-ta tekh. nauk. — SPb., 2014. — 141 s.
2. GN 2.1.6.2309-07. Orientirovochnye bezopasnye urovni vozdeistviia (OBUV) zagriazniaiushchikh veshchestv v atmosfernom vozdukhe naselennykh mest (s izm. ot 21.10.2016).
3. GN 2.1.6.1338-03. Predel’no dopustimye kontsentratsii (PDK) zagriazniaiushchikh veshchestv v atmosfernom vozdukhe naselennykh mest (s izm. ot 27.01.2009).
4. Nauchno-obosnovannye predlozheniia po razrabotke i metodam vnedreniia innovatsionnykh tekhnologii utilizatsii vybrosov, soderzhashchikh metan / ZAO «Uglemetan servis». Kemerovo, 2015. URL:http:// www.nature.lenobl.ru/Files/file/otchet_uglemetan_servis_po_zakazu_minprirodu_rf.pdf(data obrashcheniia: 06.12.2017).
5. Krasovskii G. N., Rakhmanin Iu. A., Egorova N. A. Ekstrapoliatsiia toksikologicheskikh dannykh s zhivotnykh na cheloveka. — M.: Meditsina, 2009. — 208 s.
6. Kalinina E. Iu. Toksikologicheskie aspekty sudebno-meditsinskoi ekspertizy otravlenii bytovym gazom // Fundamental’nye issledovaniia. — 2015. — № 1-9. — S. 1842-1846.
7. Kamens R. M., Stern A. C. Methane in air quality and automobile exhaust emission standards. J. Air Pollution Control Assoc, 1973, no. 23, pp. 592-596.
8. Kraidashenko O. V., Kupnovitskaia I. G., Klishch I. N. Farmakoterapiia. — Vinnitsa: Nova kniga, 2013.
— 536 s.
9. Vrednye veshchestva v promyshlennosti. Spravochnik dlia khimikov, inzhenerov i vrachei. Izd. 7-e, per. i dop. V trekh tomakh. Tom I. Organicheskie veshchestva / pod red. N. V. Lazareva i E. N. Levinoi. -Leningrad: Khimiia, 1976. — 592 s.
10. Vrednye khimicheskie veshchestva. Uglevodorody, galogenproizvodnye uglevodorodov. Spravochnik / pod red. V. A. Filova. — Leningrad: Khimiia, 1990. — 732 s.
11. Balakhchina T. K. Otsenka vozdeistviia svalochnogo gaza s poligonov tverdykh bytovykh otkhodov na cheloveka // Fiziologiia. Meditsina. Ekologiia cheloveka. — 2012. — Vypusk №2/2012. — S. 41-57.
12.îr
Заключение санитарно-эпидемиологической экспертизы
Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека произвела проверку качества воздуха на территории предприятия ФГУП «СКТБ «Технолог». Вопрос, поставленный перед экспертом: соответствует ли атмосферный воздух по содержанию вредных химических веществ требованиям СанПиН 2.1.6.1032-01 «Гигиенические требования к обеспечению качества атмосферного воздуха населенных мест», ГН 2.1.6.3492-17 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе городских и сельских поселений», ГН 2.1.6.2309-17 «Ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест»
В соответствии с вопросом, поставленным перед экспертом, проведена санитарно-эпидемиологическая экспертиза атмосферного воздуха, отобранного на селитебной территории в зоне влияния предприятия ФГУП «СКТБ «Технолог» (г. Санкт-Петербург, Усть-Славянка, Советский пр., д.33а), на соответствие санитарным нормам и гигиеническим нормативам.
Отобранные пробы исследованы на содержание (максимальные разовые концентрации) сероводорода, аммиака, формальдегида, пропан-2-ола, азота диоксида, серы диоксида, гидрохлорида, метана. Представлена схема точек отбора проб воздуха. Отбор произведен при западном ветре.
В исследованных пробах, концентрации сероводорода, аммиака, формальдегида, пропан-2-ола, азота диоксида, серы диоксида, гидрохлорида — не превышают гигиенические нормативы ГН 2.1.6.3492-17 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе городских и сельских поселений»; концентрации метана не превышают гигиенический норматив ГН 2.1.6.2309-07 «Ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест».
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Атмосферный воздух, отобранный на селитебной территории в зоне влияния предприятия ФГУП «СКТБ «Технолог» (г. Санкт-Петербург, Усть-Славянка, Советский пр., д.33а) по адресу: Санкт-Петербург, Усть-Славянка, Советский пр., д.34 корп.2, в объеме выполненных исследований СООТВЕТСТВУЕТ требованиям СанПиН 2.1.6.1032-01 «Гигиенические требования к обеспечению качества атмосферного воздуха населенных мест», ГН 2.1.6.3492-17 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе городских и сельских поселений», ГН 2.1.6.2309-17 «Ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест»
ОБУВ и ПДК | MCL – профессиональные услуги менеджмента, консалтинга и права в области экологии
ОБУВ и ПДК
Одним из основных объектов охраны окружающей среды является атмосферный воздух. Именно поэтому ему, как источнику кислорода, уделяется наибольшее внимание со стороны природоохранных и контролирующих органов. С целью защиты здоровья людей и предотвращения изменений в климате законодательство выдвигает определенные требования к предприятиям, осуществляющим промышленные выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух. Нормирование выбросов загрязняющих веществ осуществляется с помощью законодательных, нормативных актов, сборников предельных показателей и инструкций. В профессиональной компетенции специалистов MCL проведение расчетов выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух для защиты окружающей среды и предотвращение ее загрязнения вне установленных норм.
Для определения возможности осуществлять субъектами хозяйствования выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух во время их хозяйственной деятельности, специалистами проводятся расчеты максимальных выбросов загрязняющих веществ. В случае необходимости, специалисты, также могут проводить лабораторные измерения от источников выбросов для установления фактического объема и состава выбросов газовоздушной смеси от оборудования и ГОУ. С помощью определенных максимального количества грамм выбросов за одну секунду и максимальной концентрации мг загрязняющего вещества в одном кубическом метре газовоздушной смеси, специалисты могут провести расчеты загрязнения атмосферного воздуха от каждого конкретного источника выброса или предприятия в целом.
Если предельно допустимая концентрация (ПДК) каждого вещества на границе санитарно-защитной зоны предприятия, или в случае отсутствия такой, на границе жилой или приравненной к такой застройке не будет превышена влияние предприятия на состояние атмосферного воздуха можно считать незначительным и допустимым. Скачать ПДК Вы можете здесь.
Однако, ПДК установлены только для большинства «распространенных» загрязняющих веществ, таких как: парниковые газы (азота диоксид, метан, углерода оксид), спирты, пыль, кислоты; всего их более пяти сотен. Но, например, пыль абразивно-металлическая, хотя и образуется на многих крупных предприятий, имеющих собственные ремонтно-механические мастерские (РММ, РМЦ, РМД), не имеет установленной ПДК. Однако для таких веществ установлены ориентировочно безопасные уровни воздействия (ОБУВ, ОБУД).
ОБУВ (ориентировочно безопасные уровни воздействия), ОБУД (ориентировочно безопасные уровни действия) — гигиенический норматив, устанавливающий единые значения гигиенических нормативов (ОБУВ) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест. Скачать ОБУВ Вы можете здесь.
То есть, фактически, ПДК и ОБУВ это одинаковые показатели, устанавливающие уровень максимальной концентрации мг загрязняющего вещества в одном кубическом метре газовоздушной смеси (мг / м3) у жилой застройки. Отличие ПДК заключается в том, что ПДК также устанавливает класс опасности веществ, ее максимальную разовую и среднесуточную концентрацию. Поэтому, уровень допустимой (безопасной) концентрации установлен для каждого загрязняющего вещества или как ПДК, или как ОБУВ (ОБУД).
Компания MCL предлагает своим клиентам полный комплекс услуг для получения разрешения на выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух. Опираясь на многолетние и плодотворные партнерские связи с ведущими лабораторными центрами Украины и лучшими научными организациями, компания «еМСиеЛ» гарантирует своим клиентам выполнение в срок всех оговоренных услуг по рыночной стоимости.
Земельный участок вблизи полигона ТКО. Часть3 — блоги риэлторов
Продолжение. Начало см. Часть 1 https://istra.cian.ru/blogs-zemelnyj-uchastok-vblizi-poligona-tko-chast-1-304639/, Часть 2 https://istra.cian.ru/blogs-zemelnyj-uchastok-vblizi-poligona-tko-chast2-304827/.
О некоторых исходних данных для расчета концентраций вредных веществ
В Части 1 показано, как рассчитать выбросы свалочных газов и их компонентов для полигона твердых коммунальных отходов( ТКО), в Части 2 — основные риски близости плигона в зависимсти от стадии его жизненного цикла. Сегодня рассмотрим исходные данные, которые необходимы чтобы воспользоваться Гауссовской моделью рассеивания газообразных веществ в атмосфере и моделью по отраслевому нормативному документу (ОНД-86) /1/. Упомянутые модели хотя и являются приближенными, но вот уже четвертое десятилетие применяются, в том числе для расчета загрязнений вблизии полигонов ТКО.
ПДК, группа суммации
Воздух вблизи полигона ТКО загрязнен различными веществами, содержащимися в свалочном газе. Часть этих веществ негативно и совместно воздействуют на организм человека и называются группами суммации. В соответствии с /2/ самой опасной группой суммации для веществ свалочного газа будет: аммиак, формальдегид и сероводород (дигидросульфид). Для данной группы однонаправленного вредного воздействия рассчитывается безразмерная суммарная концентрация Q или приведенная концентрация C одного из n веществ группы суммации.
Безразмерная концентрация Q определяется по формуле
Q= С1/ПДК1+ С2/ПДК2+…+Cn/ПДКn, (1)
где С1,С2,…,Сn (мг/куб м) — расчетные концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе в одной и той же точке местности; ПДК1, ПДК2,…, ПДКn (мг/куб м) — соответствующие разовые предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе /2/. Безопасное значение Q должно быть меньше или равно единице.
По /2/ максимальные разовые/среднесуточные ПДК аммиака, формальдегида и сероводорода соответственно 0,2/0,04; 0,05/0,01 и 0,008/- мг/куб м.
Максимальное разовое значение ПДК устанавливается для предотвращения рефлекторных реакций человека и острых отравлений при кратковременном действии примесей. Среднесуточное значение ПДК устанавливается для предупреждения общетоксического, канцерогенного, мутагенного и сенсибилизирующего действия вещества на организм человека и учитывает возможность накопления в организме и развитие хронической интоксикации. Эта концентрация не должна оказывать прямого или косвенного вредного воздействия на организм человека в условиях неопределённо долгого круглосуточного вдыхания. Формула (1) предписывает считать Q по разовым предельным ПДК. Но три — это куча или не куча? Предположим, что ветер с полигона дует на опасной скорости в направлении земельного участка в течение 3-х суток. Расчетное значение Q — около единицы. Отравление людей при таких данных наступает, предположим, за сутки или меньше. Для такого случая вряд ли можно не учитывать длительное воздействие загрязняющих веществ, поскольку, как видно из приведенных значений ПДК для рассматриваемой группы суммации, среднесуточные ПДК в пять раз меньше, чем разовые предельные. Поэтому в дальнейшем будем учитывать в формуле (1) оба вида ПДК — разовые и среднесуточные.
Приведенная к одному веществу концентрация С рассчитывается по формуле
С= С1+С2хПДК1/ПДК2+….+СnхПДК1/ПДКn, (2)
где С1 — концентрация вещества, к которому производится приведение (не имеет значения, к какому именно в группе суммациии), ПДК1 — его ПДК, С2,…Сn и ПДК2,…ПДКn — концентрации и ПДК других веществ, входящих в рассматриваемую группу суммации.
Весовые процентные соотношения веществ принятой группы суммации в биогазе можно принять по /3/. Соответственно для аммиака, формальдегида и сероводорода, вес.% будут: 0,533; 0,096 и 0,026, что при средней плотности биогаза 1,24755 кг/куб м составит, г/куб м: 6,65; 1,2 и 0,32. Тогда, приведенная, например, к аммиаку концентрация C будет: С=6,65+1,2х0,2/0,05+0,026х0,2/0,08=11,52 г/куб.м или 0,0092 весовых частей биогаза. Сначала производится расчет концентрации биогаза в интересующей точке, затем приведенная концентрация для группы суммации вычисляется умножением значения для всего биогаза на 0,0092. Для метана, составляющего в биогазе по /3/ 52,915 вес.%, аналогичный коэффициент пересчета концентрации будет 0,529.
Объем и масса захороненных отходов
Для расчета количества образующихся на полигоне биогазов необходимо знать массу захороненны отходов в определенный период времени (см. Часть 1). Но часто объем накопленных на полигоне отходов указывается в кубометрах. Для пересчета из кубометров в тонны будем для всех полигонов использовать среднюю удельную плотность складированных отходов, принятую по данным для полигонов Московской области «Кулаковский», «Дубна Левобережная» и «Долгопрудный» и равную 0,79 т/куб м /4/ .
Параметры, расположение и число точечных источников биогазов
Биогазы выходят в атмосферу по всей поверхности тела полигона ТКО. Исключение — полигон с активной системой сбора биогаза, но на таком полигоне загрязнения от биогаза не рассматриваются (см. Часть 2). Однако упомянутые выше модели расчета распространения вредных веществ предполагают их выход из одного или нескольких точечных источников. Причем площадной источник по /1/ в своей основе — это множество однотипных точечных источников, например, печных труб или, как в нашем случае, газосборых скважин и подобное. Чем выше место расположения выхода газов, тем квадратично меньше концентрация вредних веществ в расчетном месте. С запасом в сторону занижения загрязнения будем считать, что весь биогаз на полигоне выходит через его верхнюю плоскость. Если высота тела полигона не известна, вычисляем ее по объему накоплений и приведенной площади тела полигона (по середине откосов). Для захоронений в карьерах такой метод расчета высоты тела полигона не подходит.
Чем меньше диаметр условного или реального устья газосборной скважины (расчетного места выхода биогаза), тем ниже концентрация загрязнений в рассматриваемой точке, поскольку газовый факел за счет большей скорости потока в узком устье выбрасывает биогаз вверх. Примем диаметр условного или фактического (для случая пассивной системы дегазации) устья точечого источника выхода биогаза таким, чтобы скорость исходящего потока биогаза точечтного источника была похожа на фактическую у группы скважин (при пассивной системе дегазации) или по всему телу полигона (при отсутствии системы дегазации). По опубликованным данным, фактический диаметр устья скважин сбора биогазов может колебаться от 160 мм до 1 м. Скорее всего, оголовок скважины будет выполнен в виде гусака, горизонтальной пластины или подобно. То есть, скорость вертикального потока биогазов при выходе из скважины не будет высокой. Предварительные расчеты и приведенные соображения позволяют рекомендовать принять диаметр устья скважины точечного источника около 0,5-1 м. Тогда скорость выхода биогаза из устья точечного источника, заменяющего площадной, не превысит 1 м/c. Возвышением устья над телом полигона пренебрегаем.
Известно, что представление площадного источника загрязнений точечным дает завышенный результат концентрации вредных веществ в рассматриваемом месте.2, (3)
где Sn — площадь рассматриваемого площадного источника (полигона), кв. м, Ln- расстояние от центра площадного источника до расчетной точки, м, u — расчетная скорость ветра, м/с. Нетрудно заметить, что для средней (расчетной) скорости ветра и интересующих расчетных точках за пределами санитарно-защитной зоны плигона ТКО площадью 5-7 Га достаточно представить в виде 3-4 точечных источников. Естественно, что расчеты производятся при неизменном направлении ветра для всех точечных источников, в отношении тех «карт» полигона, на которых срок захоронения отходов не превышает периода их полного разложения, с распределением образующегося суммарного количества биогаза между всеми точечными источниками.
Перепад температур биогазов и окружающего воздуха
В упомянутые модели расчета распространения загрязнений входит разность температуры газа источника и наружного воздуха. Чем выше эта разность, тем меньше загрязнение в рассматриваемой точке. В соответствии с /5/ температура биогазов в теле полигона может достигать 40-50 градусов. При выходе биогазов не через газосборные скважины можно ожидать, что на поверхности тела полигона температура биогазов будет близка к температуре окружающей среды. Тем не менее, с запасом в сторону снижения расчетной концентрации загрязнений, а также для случаев пассивной дегазации полигонов после их рекультивации, будем считать температуру выходящих биогазов равной 40 градусам.
ПДК метана
В настоящее время для метана существует лишь ориентировочный безопасный уровень воздействия (ОБУВ), то есть временный (введенный на время, 2-3 года) ориентировочный гигиенический норматив содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны, атмосферном воздухе населенных мест, в водоемах, продуктах питания и других объектах и равняется 50 мг/куб м. В работе /6/ методами научного анализа по результатам опытов над живыми организмами, дополненными токсикометрическими методами, получены значения ПДК метана: среднесуточные — 7,07 мг/куб м, максимальные разовые — 27,23 мг/куб м. С учетом высокой доли метана в свалочном газе и его реальных ПДК, не станет ли этот компонент основным при назначении безопасных удалений от полигонов ТКО? И не с этим ли связано то, что уже десятилетия как ПДК метана официально не установлен?
Продолжение следует.
Источники
1. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий, ОНД-86, Госкомгидромет, 1987.(Прим.: в настоящее время данный документ заменен на » Методы расчетов рассеивания выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферном воздухе», утв. Приказом Минприроды от 06.06.2017 № 273, но в нужной нам части они не отличаются друг от друга).
2. ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ КОНЦЕНТРАЦИИ (ПДК) ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ ГОРОДСКИХ И СЕЛЬСКИХ ПОСЕЛЕНИЙ. Гигиенические нормативы ГН 2.1.6.3492-17.
3. Методика расчета количественных характеристик выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от полигонов твердых бытовых и промышленных отходов. М., 2004.
4.Рекультивация полигонов ТКО//Правительство Московской области http://www.vniiecology.ru/images/documents/othody/%D1%81lean_country/Presentation/8%20Moskovskaya%20oblast.pdf.
5. Нетрадиционые и возобновляемые источники энергии для получения теплоты в системах теплоснабжения (свалочный биогаз). Методическая разработка для студентов очной и заочной форм обучения специальностей 140104.65 «Промышленная энергетика» и 270109.65 «Теплоснабжение и вентиляция», Нижний Новгород, ННГАСУ, 2012.
6. Сауц А.В. Определении ПДК метана в воздухе населенных мест методом эколого-токсикологической оценки на живые организмы// Вестник СВФУ, №3(65), 2018, с.17-23.
LUKOIL — Press Release
СООБЩЕНИЕ ПРЕСС-СЛУЖБЫ
26 декабря 2011 г.
{ 12/26/2011 12:00:00 AM }Сегодня в Буденновске Первый вице-президент ОАО «ЛУКОЙЛ» Владимир Некрасов проинформировал заместителя председателя Правительства РФ Игоря Сечина о ходе ремонтно-восстановительных работ на нефтехимическом предприятии «Ставролен» в связи с произошедшем 15 декабря 2011 года возгоранием, в результате которого вышла из строя установка по производству этилена.
В результате инцидента было повреждено насосное и теплообменное оборудование установки. По предварительным оценкам размер ущерба составляет 25 млн. долларов. Все оборудование предприятия застраховано на полную восстановительную стоимость.
В соответствии со сроками изготовления и поставки необходимого оборудования планируется, что установка по производству этилена сможет возобновить производство не позднее 1 апреля 2012 года.
По словам Владимира Некрасова, ремонтно-восстановительные работы не окажут негативного влияния на сроки реализации проекта строительства газохимического комплекса на производственной площадке предприятия.
На предприятии продолжает работать комиссия по установлению причин инцидента. Ожидается, что комиссия завершит работу 13 января 2012 года.
В результате инцидента легкие ожоги первой и второй степени открытых участков тела получили 9 человек. Трое из них были госпитализированы. В настоящее время они выписаны из стационара.
Во время возгорания превышений предельно допустимых концентраций вредных веществ не зафиксировано. Это подтверждается данными стационарного поста контроля за состоянием атмосферного воздуха, расположенного в 400-х метрах от границы санитарно-защитной зоны предприятия в непосредственной близости от жилых кварталов города. Контроль проводится по 13-ти показателям. Кроме этого специалисты предприятия проводят постоянный мониторинг с помощью ультрафиолетового трассового газоанализатора, который одновременно определяет концентрацию 38-ми основных примесей в атмосферном воздухе на уровне миллиардных долей. Замеры воздуха производятся на промышленной площадке, границе санитарно-защитной зоны и в жилой зоне г. Буденновска и пос. Чкаловского. Был также проведен выездной мониторинг. По данным стационарного поста, расположенного в центре Буденновска, в городе также не зафиксировано превышения предельно допустимых концентраций вредных примесей.
ЛУКОЙЛ также получил экспертное заключение директора научно-производственной фирмы «Биосфера», кандидата географических наук Владимира Гороховского. В заключении, в частности, говорится, что в результате инцидента происходило горение углеводородов С2-С3 при высоких температурах с образованием продуктов горения: оксида углерода, метана, сернистого ангидрида и сероводорода. Расчет полей рассеивания показал, что концентрации загрязняющих веществ в период горения были ниже предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест, что подтвердилось лабораторными анализами с учетом метеорологических условий на промышленной площадке предприятия, на границе санитарно-защитной зоны, в жилой зоне города Будённовска и поселка Чкаловского.
Экологический мониторинг состояния атмосферного воздуха проводился ведомственными лабораториями «Центра гигиены и эпидемиологии в Ставропольском крае в Будённовском районе» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, «Центра лабораторного анализа и технических измерений по южному федеральному округу» Федеральной службы по надзору в сфере природопользования, ФГБУ «Ставропольский краевой центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды». Концентраций загрязняющих веществ, превышающих предельно-допустимые и влияющих на здоровье населения, не выявлено.
На период ремонтно-восстановительных работ около 500 человек из 2000 сотрудников предприятия будут направлены в оплачиваемый отпуск и в отпуск с сохранением выплат в размере 2/3 от обычной заработной платы.
Снижение негативного воздействия на местное население
В своей производственной деятельности Компания уделяет пристальное внимание вопросам охраны окружающей среды. В соответствии с экологическим законодательством РК, КПО реализует ряд программ по охране окружающей среды, которые включают в себя все аспекты производственной деятельности. Одной из ключевых программ является Программа производственного экологического контроля (ПЭК), разработанная в соответствии с требованиями Экологического кодекса РК для выполнения следующих задач:
- получение достоверных данных об эмиссиях предприятия и воздействии производственной деятельности на окружающую среду;
- сведение к минимуму воздействия на ОС и здоровье человека;
- оперативное упреждающее реагирование на внештатные ситуации;
- информирование заинтересованных сторон (местное население, государственные контролирующие органы, компании-партнёры) об экологической деятельности предприятия и рисках для здоровья населения.
В рамках ПЭК проводятся наблюдения как за эмиссиями в окружающую среду — выбросы, сбросы сточных вод, переработка и размещение отходов, так и за качеством компонентов окружающей среды — атмосферный воздух, поверхностные и подземные воды, почва.
Наблюдения в рамках ПЭК за качеством состояния почв, поверхностных вод, подземных вод показали, что концентрации определяемых показателей в 2020 г. находились на уровне наблюдений предыдущих лет. Отрицательного воздействия деятельности КНГКМ на компоненты окружающей среды не выявлено.
В 2020 г. в процессе ПЭК лабораторией было отобрано более 100 тыс. проб, проведено 117 тыс. лабораторных анализов и 28 тыс. замеров.
Особое внимание Компания уделяет охране атмосферного воздуха на территории промысла, границе СЗЗ и в населенных пунктах вблизи Карачаганакского месторождения.
Мониторинг качества воздуха осуществляется путем отбора и анализа проб аккредитованной лабораторией, а также с помощью 18 стационарных автоматических (СЭМ).
Для оценки качества атмосферного воздуха используются санитарно-гигиенические нормативы — предельно допустимые концентрации (ПДК). Для определения уровня загрязнения атмосферного воздуха, зарегистрированные концентрации контролируемых компонентов сравнивают с ПДК и выражают в долях.
ПДК загрязняющего вещества в атмосферном воздухе — это концентрация, не оказывающая в течение всей жизни прямого или косвенного неблагоприятного воздействия на настоящее или будущие поколения, не снижающая работоспособности человека, его самочувствия и санитарно-бытовых условий жизни.
ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны: индекс загрязнения
От качества воздуха напрямую зависит самочувствие и здоровье человека. Это качество определяется множеством показателей. Один из них это ПДК – предельно допустимые концентрации, показатель, который позволяет эффективно нормировать качество воздуха. За соблюдением норм следят санитарные ведомства. Со временем экологическое законодательство становится все строже, это относится и к санитарным показателям рабочего пространства. ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны позволяет предотвратить трудовые заболевания и снизить вред от работы на промышленных предприятиях.
Главное требование к ПДК рабочей зоны – концентрация веществ не должна каким-либо образом вызывать у сотрудников какие-либо негативные эффекты. Считается и то влияние на здоровье, которое проявляется только при длительном контакте с токсином.
Основные нормативы по контролю вещества в атмосферном воздухе были приняты еще в СССР — сначала ПДК загрязняющих веществ в атмосферном воздухе. Для каждого опасного соединения были проведены исследования, определены основные физиологические эффекты.
Законодательное регулирование в этой сфере призвано снизить частоту производственных заболеваний. Нормативы введены для защиты рабочих опасных производств, также как нормативы загрязнения атмосферного воздуха – для защиты населения.
Зачем нужен контроль?
Современные производства, особенно в высокотехнологичной отрасли, работают с большим количеством опасных веществ. В результате длительной эксплуатации оборудования, из-за необходимости выбросов и сбросов отходов, в атмосферу попадают самые разные вещества, часть из которых признана вредной для человека, а часть — опасной для природы.
- Так, углеводороды нарушают тепловой баланс, что в перспективе может привести к нарушению озонового слоя.
- Соединения бензапирена и фенола, попадающие в воздух, негативно влияют на сельхозпродукцию. А если они остаются в готовых продуктах производства, то могут повлиять на здоровье пользователей этой продукции.
- Пары оксида серы, диоксида азота, а также аммиака нарушают экологический баланс атмосферного воздуха.
Общая методика определения содержания
В основу отчетности по загрязнителям ложится отчет о расчетной концентрации соединения. Этот параметр определяется несколькими разными способами: на основе некоторого количества замеров (обязательно в нескольких повторностях), на основе эмпирических расчетных формул или на основе методик, позволяющих предсказать количество вещества вовсе без замеров (например, на основе данных о работе технологического оборудования).
ПДК загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест обычно измеряют с определенной частотой, а зачем высчитывают отдельные показатели. Для рабочей зоны действуют иные гигиенические нормы, чем для населенных мест. Еще одно важное правило — чем чаще случается превышение ПДК загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, тем чаще нужно проводить замеры.
Требования к замерам:
- Измерения проводят не менее 3 раз за смену, при соблюдении норм допустимо проводить измерения только в начале, середине и конце каждого сезона.
- Норме должны соответствовать все показатели.
- Температуру, влажность и скорость движения измеряют на расстоянии метра от пола, если большинство сотрудников работает сидя, и на расстоянии 1,5 метров от пола, если сотрудники стоят.
- Участки замеров равномерно распределяют по всему помещению.
- Количество участков измерения зависит от общей площади помещения.
- Замеры производят при стандартных производственных условиях (включенное оборудование).
- При наличии большого количества опасных соединений, допустимо проводить замеры по некоторым, установленным местным санитарным ведомством.
- В каждой точке берут не мене 3 проб.
- Чем ниже класс опасности, тем реже можно проводить проверки.
Тем, кто часто работает с загрязняющими веществами, стоит следить за списками загрязнителей — туда часто включают новые вещества и различные их комбинации. При расчете концентрации важно учитывать степень опасности. Если вещество находится в классе опасных или особо опасных веществ, то требования к расчетам и замерам гораздо более строгие.
Понятие нормы свое для каждого нового соединения или их комбинации. Все соединения поделены на классы.
Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ установлены отдельно для каждого соединения. Но обычно они содержатся все вместе. Этот случай регламентирует такая норма: сумма концентраций этих веществ, деленная на их же норму, не должна превышать единицу.
Особенности расчета
Такой параметр как ПДК загрязняющих веществ в атмосферном воздухе рассчитывается для здорового человека, который укладывается в среднюю медицинскую статистику. Но гигиенистам стоит учитывать, что некоторые сотрудники могут быть ослаблены после болезни, вследствие хронических заболеваний или из-за вредных привычек. Так, для курильщика воздействие вредных соединений в атмосферном воздухе будет ощутимее.
Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ разные в разных частях света. Так, ПДК метана в России ниже, чем в некоторых европейских странах – это легко объясняется развитием горно- и угольно-добывающей отрасли, и, соответственно, более высокими рисками. Есть различия в ПДК формальдегида, азота, бензапирена. Наиболее низкая допустимая норма для формальдегида в атмосферном воздухе в США, строже всего нормированы взвешенные вещества в России (даже есть норма на керосин – содержание его частиц в воздухе).
Контроль в рабочей зоне
Под рабочей зоной понимают пространство, на котором сотрудники проводят большую часть трудового времени.
При установлении нормативов учитывают ядовитость соединения и имеющиеся медико-биологические данные о его воздействии на организм. Производства, на которых регулярно превышается разовая или среднесуточная концентрация рабочей зоны признаются вредными, а их работники получают некоторые привилегии.
В большинстве случаев предприятию достаточно отчитываться по разовой концентрации, определенной непосредственно в рабочей зоне и отдельно на территории предприятия. Допустимо превышение не более чем на 30%, но только непосредственно на производственной площадке.
Для замеров могут быть вызваны сторонние организации, либо нанят штатный сотрудник. Измерения могут проводить специалисты как экологического, так и санитарно-эпидемиологического профиля. Все полученные результаты заносят в специальный журнал учета. По требованию контролирующих органов этот журнал может быть изъят на проверку.
Нормативные документы
Основные гигиенические нормативы (ГН), которые регулируют качество воздуха в рабочей зоне – это ГН 1338 03 и ГН 695 98. Они были приняты 1999 и 2000 году и устанавливают нормальные значения для населенных зон, на их основе разработаны нормы для рабочего пространства. В них содержатся требования к измерениям, которые проводятся в пределах рабочей зоны. А сами нормальные значения содержатся в ГН 1313 03 и ГН 686 98.
Соблюдение всех требований позволяет получить реальную картину.
Другие нормативы
Если внимательно приглядеться к расчетам, то окажется, что ПДК для загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, а также индекс загрязнения атмосферы (ИЗА) неразрывно связаны с искомой величиной — содержанием загрязнителей в рабочих условиях. Как атмосферный воздух населенных мест может повлиять на результаты расчетов?
Разберемся со всем по порядку. Индекс загрязнения атмосферы отражает общее загрязнение. Его высчитывают на территориях, где расположены производства. Как индекс загрязнения атмосферы соотносится с ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны? Все дело в том, что превышение ПДК загрязняющих веществ в воздухе населенных мест или в почве рядом с производством сказывается на санитарном состоянии рабочего места. Может потребоваться дополнительная очистка с помощью систем кондиционирования. Поэтому атмосферный воздух населенных мест нужно учитывать при расчетах искомого значения ПДК.
Законодательное регулирование
Судебных прецедентов по нарушению санитарных норм недостаточно. Это связано с тем, как сложно доказать факт нарушения. Тем не менее, нарушение норм экологического законодательства может быть квалифицировано сразу по нескольким статьям уголовного и административного кодекса. Наказание – от штрафа до условного срока.
Многие предприятия пользуются тем, что доказать факт нарушения (особенно превышения разовой концентрации) сложно, поэтому контроль на предприятии недостаточный.
Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в России разрабатываются в санитарно-эпидемиологической службе. Исполнительная власть занимается контролем над соблюдением норм экологического законодательства. На данный момент, согласно официальным данным, предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в рабочей зоне одинаковы во всех регионах.
Соблюдать требования по содержанию вредных веществ в атмосферном воздухе полностью достаточно дорого и энергозатратно. Ведь необходимо установить соответствие физическим, химическим и микробиологическим требованиям для ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Если в офисном пространстве для соблюдения требований достаточно простейшей системы кондиционирования, то в заводских цехах это практически невозможно.
Несмотря на сложности с соблюдением всех норм, большинство предприятий не допускают явного превышения ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны.
индикаторов изменения климата: атмосферные концентрации парниковых газов
Техническая документация
Список литературы
1. USGCRP (Программа исследования глобальных изменений США). 2017. Специальный доклад по науке о климате: Четвертая национальная оценка климата, том I. Wuebbles, D.J., D.W. Фэи, К. Хиббард, Д.Дж. Доккен, Британская Колумбия Стюарт, Т. Мэйкок, ред. https://science2017.globalchange.gov. DOI: 10.7930 / J0J964J6.
2. IPCC (Межправительственная группа экспертов по изменению климата). 2013. Изменение климата 2013: основы физических наук. Вклад Рабочей группы I в Пятый оценочный доклад МГЭИК. Кембридж, Соединенное Королевство: Издательство Кембриджского университета. www.ipcc.ch/report/ar5/wg1.
3. USGCRP (Программа исследования глобальных изменений США). 2017. Специальный доклад по науке о климате: Четвертая национальная оценка климата, том I. Wuebbles, D.J., D.W. Фэи, К. Хиббард, Д.Дж. Доккен, Британская Колумбия Стюарт, Т.К. Мэйкок, ред. https://science2017.globalchange.gov. DOI: 10.7930 / J0J964J6.
4. USGCRP (Программа исследования глобальных изменений США). 2017. Специальный доклад по науке о климате: Четвертая национальная оценка климата, том I. Wuebbles, D.J., D.W. Фэи, К. Хиббард, Д.Дж. Доккен, Британская Колумбия Стюарт, Т. Мэйкок, ред. https://science2017.globalchange.gov. DOI: 10.7930 / J0J964J6.
5. [см. Полный список ниже]
6. [см. Полный список ниже]
7. [см. Полный список ниже]
8. AGAGE (Расширенный глобальный эксперимент по атмосферным газам). 2019. База данных ALE / GAGE / AGAGE. Обновлено 8 января 2019 г. Проверено в декабре 2020 г. http://agage.eas.gatech.edu/data_archive/global_mean.
9. NOAA (Национальное управление океанических и атмосферных исследований). 2019. Группа галоуглеродов и других микропримесей атмосферы (HATS).Обновлено в октябре 2019 г. По состоянию на январь 2021 г. ftp://ftp.cmdl.noaa.gov/hats/Total_Cl_Br.
10. Rigby, M. Обновление данных, первоначально опубликованных в: Arnold, T., C.M., 2017 г. Harth, J. Mühle, A.J. Мэннинг, П. Саламе, Дж. Ким, Д.Дж. Айви, Л.П. Стил, В.В. Петренко, Ю.П. Северингхаус, Д. Баггенстос, Р.Ф. Вайс. 2013. Глобальные выбросы трифторида азота, оцененные на основе обновленных атмосферных измерений. P. Natl. Акад. Sci. США 110 (6): 2029–2034. Данные обновлены за декабрь 2017 г.
11. НАСА (Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства). 2013. Данные — информационные продукты TOMS / SBUV TOR. По состоянию на ноябрь 2013 г. https://science-data.larc.nasa.gov/TOR/data.html.
12. НАСА (Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства). 2019. Объединенный набор данных по озону SBUV (MOD). Версия 8.6. Обновлено 20 ноября 2019 г. Проверено в декабре 2020 г. https://acd-ext.gsfc.nasa.gov/Data_services/merged/index.html
13. НАСА (Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства). 2020. Данные по тропосферному озону от AURA OMI / MLS. По состоянию на декабрь 2020 г. http://acdb-ext.gsfc.nasa.gov/Data_services/cloud_slice/new_data.html.
14. МГЭИК (Межправительственная группа экспертов по изменению климата). 2013. Изменение климата 2013: основы физических наук. Вклад Рабочей группы I в Пятый оценочный доклад МГЭИК. Кембридж, Соединенное Королевство: Издательство Кембриджского университета. www.ipcc.ch/report/ar5/wg1.
Концентрации парниковых газов в атмосфере: цитаты для рисунков 1, 2 и 3
Рисунок 1
Антарктические ледяные керны: приблизительно 803719 г. до н.э. по 2001 г. н.э.
Берейтер, Б., С. Эгглстон, Дж. Шмитт, К. Нербасс-Алес, Т.Ф. Stocker, H. Fischer, S. Kipfstuhl и J. Chappellaz. 2015. Пересмотр рекорда CO2 EPICA Dome C с 800 до 600 тыс. Лет до настоящего времени. Geophys. Res. Позволять. 42 (2): 542–549. www.ncdc.noaa.gov/paleo-search/study/17975.
Мауна-Лоа, Гавайи: с 1959 г. по CE 2019 г.
NOAA (Национальное управление океанических и атмосферных исследований). 2020. Среднегодовые концентрации углекислого газа для Мауна-Лоа, Гавайи. Обновлено 23 сентября 2020 г. По состоянию на 29 декабря 2020 г. ftp://ftp.cmdl.noaa.gov/products/trends/co2/co2_annmean_mlo.txt.
Барроу, Аляска: 1974 г. — CE 2019 г.
Мыс Мататула, Американское Самоа: 1976 г. — 2019 г. н.э.
Южный полюс, Антарктида: 1976 г. — CE 2019 г.2020. Среднемесячные концентрации углекислого газа для Барроу, Аляска; Мыс Мататула, Американское Самоа; и Южный полюс. Обновлено 26 августа 2020 г. По состоянию на 29 декабря 2020 г. ftp://ftp.cmdl.noaa.gov/data/trace_gases/co2/in-situ/surface.
Кейп-Грим, Австралия: с 1977 г. по CE 2019 г.
CSIRO (Организация научных и промышленных исследований Содружества). 2020. Среднемесячные базовые (фоновые) концентрации углекислого газа, измеренные на базовой станции загрязнения воздуха на мысе Грим, Тасмания, Австралия.Обновлено в декабре 2020 г. По состоянию на 29 декабря 2020 г. http://capegrim.csiro.au/GreenhouseGas/data/CapeGrim_CO2_data_download.csv.
Шетландские острова, Шотландия: с 1993 г. по н.э. в 2002 г.
Steele, L.P., P.B. Круммель и Р.Л.Лангенфельдс. 2007. Концентрации CO2 в атмосфере (ppmv) получены из проб воздуха в колбах, собранных на мысе Грим, Австралия, и Шетландских островах, Шотландия. Организация Содружества научных и промышленных исследований. По состоянию на 20 января 2009 г.http://cdiac.esd.ornl.gov/ftp/trends/co2/csiro.
Остров Лампедуза, Италия: с 1993 г. по 2000 г. н.э.
Шамар, П., Л. Чиаталья, А. ди Сарра и Ф. Монтелеоне. 2001. Запись содержания углекислого газа в атмосфере по измерениям в колбах на острове Лампедуза. В: Тенденции: сборник данных о глобальных изменениях. Ок-Ридж, Теннесси: Министерство энергетики США. По состоянию на 14 сентября 2005 г. http://cdiac.ess-dive.lbl.gov/trends/co2/lampis.html
Рисунок 2
EPICA Dome C, Антарктида: приблизительно с 797 446 до н.э. по 1937 г. н.э.
Лоулерг, Л., A. Schilt, R. Spahni, V. Masson-Delmotte, T. Blunier, B. Lemieux, J.-M. Барнола, Д. Рейно, Т.Ф. Stocker, J. Chappellaz. 2008. Орбитальные характеристики и особенности атмосферного CH 4 в масштабе тысячелетия за последние 800 000 лет. Природа 453: 383–386. www.ncdc.noaa.gov/paleo-search/study/6093.
Лоу Доум, Антарктида: примерно с 1008 г. по 1980 г. н.э.
Этеридж, Д.М., Л.П. Стил, Р.Дж. Фрэнси и Р.Л.Лангенфельдс. 2002. Исторические записи CH 4 из кернов льда Антарктики и Гренландии, данные антарктического фирна и архивные пробы воздуха с мыса Грим, Тасмания.В: Тенденции: сборник данных о глобальных изменениях. Ок-Ридж, Теннесси: Министерство энергетики США. По состоянию на 13 сентября 2005 г. http://cdiac.ess-dive.lbl.gov/trends/atm_meth/lawdome_meth.html.
Кейп-Грим, Австралия: 1985 г. — CE 2019 г.
CSIRO (Организация научных и промышленных исследований Содружества). 2020. Среднемесячные базовые (фоновые) концентрации метана, измеренные на базовой станции загрязнения воздуха на мысе Грим, Тасмания, Австралия. Обновлено в декабре 2020 г.По состоянию на 29 декабря 2020 г. http://capegrim.csiro.au/GreenhouseGas/data/CapeGrim_Ch5_data_download.csv.
Мауна-Лоа, Гавайи: с 1984 г. по CE 2019 г.
NOAA (Национальное управление океанических и атмосферных исследований). 2020. Среднемесячные концентрации Ch5 для Мауна-Лоа, Гавайи. Обновлено 24 июля 2020 г. По состоянию на 29 декабря 2020 г. ftp://ftp.cmdl.noaa.gov/data/trace_gases/ch5/flask/surface/ch5_mlo_surface-flask_1_ccgg_month.txt.
Шетландские острова, Шотландия: с 1993 г. по н.э. в 2001 г.
Steele, L.П., П. Б. Круммель и Р.Л.Лангенфельдс. 2002. Запись метана в атмосфере с Шетландских островов, Шотландия (версия от октября 2002 г.). В: Тенденции: сборник данных о глобальных изменениях. Ок-Ридж, Теннесси: Министерство энергетики США. По состоянию на 13 сентября 2005 г. http://cdiac.ess-dive.lbl.gov/trends/atm_meth/csiro/csiro-shetlandch5.html.
Рисунок 3
EPICA Dome C, Антарктида: приблизительно 796475 г. до н.э. — 1937 г. н.э.
Шилт, А., М. Баумгартнер, Т. Блунье, Дж.Швандер, Р. Спани, Х. Фишер и Т.Ф. Stocker. 2010. Изменения концентрации закиси азота в атмосфере в ледниково-межледниковом и тысячелетнем масштабе за последние 800 000 лет. Quaternary Sci. Откровение 29: 182–192. www.ncdc.noaa.gov/paleo-search/study/8615.
Антарктида: приблизительно с 1903 г. по 1976 г. н.э.
Батл, М., М. Бендер, Т. Сауэрс, П. Танс, Дж. Батлер, Дж. Элкинс, Дж. Эллис, Т. Конвей, Н. Чжан, П. Ланг и А. Кларк. 1996. Концентрации атмосферных газов за последнее столетие, измеренные в воздухе фирном на Южном полюсе.Nature 383: 231–235. Данные доступны по адресу: https://daac.ornl.gov/cgi-bin/dsviewer.pl?ds_id=797.
Кейп-Грим, Австралия: с 1979 г. по CE 2019 г.
CSIRO (Организация научных и промышленных исследований Содружества). 2020c. Среднемесячные базовые (фоновые) концентрации закиси азота, измеренные на базовой станции загрязнения воздуха на мысе Грим, Тасмания, Австралия. Обновлено в декабре 2020 г. По состоянию на 29 декабря 2020 г. http://capegrim.csiro.au/GreenhouseGas/data/CapeGrim_N2O_data_download.csv.
Южный полюс, Антарктида: с 1998 г. по н.э. по 2019 г. н.э.
Барроу, Аляска: с 1999 г. по н.э.
Мауна-Лоа, Гавайи: с 2000 г. по н.э. по 2019 г. н.э.
NOAA (Национальное управление океанических и атмосферных исследований). 2020. Среднемесячные концентрации N2O для Барроу, Аляска; Мауна-Лоа, Гавайи; и Южный полюс. По состоянию на 29 декабря 2020 г. www.esrl.noaa.gov/gmd/hats/insitu/cats/cats_conc.html.
Важность метана | Агентство по охране окружающей среды США
Метан (CH 4 ) представляет собой углеводород, который является основным компонентом природного газа.Метан также является парниковым газом (ПГ), поэтому его присутствие в атмосфере влияет на температуру Земли и климатическую систему. Метан выделяется из различных антропогенных (антропогенных) и природных источников. Источники антропогенных выбросов включают свалки, системы добычи нефти и природного газа, сельскохозяйственную деятельность, добычу угля, стационарное и мобильное сжигание, очистку сточных вод и некоторые промышленные процессы.
Метан является вторым по распространенности антропогенным парниковым газом после двуокиси углерода (CO 2 ), на который приходится около 20 процентов глобальных выбросов.Метан более чем в 25 раз сильнее углекислого газа улавливает тепло в атмосфере. За последние два столетия концентрация метана в атмосфере увеличилась более чем вдвое, в основном из-за деятельности человека. Поскольку метан является одновременно мощным парниковым газом и недолговечным по сравнению с углекислым газом, достижение значительных сокращений окажет быстрое и значительное влияние на потенциал атмосферного потепления.
Другая информация о выбросах метана
Кто больше всего выбрасывает метан?
По оценкам, на Китай, США, Россию, Индию, Бразилию, Индонезию, Нигерию и Мексику приходится почти половина всех антропогенных выбросов метана.Основные источники выбросов метана в этих странах сильно различаются. Например, основным источником выбросов метана в Китае является добыча угля, тогда как Россия выбрасывает большую часть метана из систем природного газа и нефти. Крупнейшими источниками выбросов метана в результате деятельности человека в США являются нефтегазовые системы, кишечная ферментация домашнего скота и свалки.
Почему меры по улавливанию и рентабельному использованию выбросов метана не получили широкого распространения?
Несмотря на многочисленные преимущества, добыча метана не получила широкого распространения по нескольким причинам.
- Метан обычно является вторичным побочным продуктом промышленных процессов, из которых он выделяется. Например, угольные шахты стремятся выбрасывать метан из горных выработок, потому что он может вызвать взрывы. Исторически сложилось так, что горнодобывающие компании не рассматривали связанный метан как самостоятельный энергетический ресурс.
- Лица, ответственные за выбросы, могут быть не знакомы с технологиями, доступными для извлечения метана, или потенциальными прибыльными проектами по извлечению метана.Это особенно верно в отношении развивающихся стран, где улучшенный доступ к информации и техническому обучению будет полезен для обеспечения поддержки проектов по рекуперации метана.
- Плохо функционирующие энергетические рынки и финансово неплатежеспособные коммунальные предприятия и муниципалитеты во многих странах не могут обеспечить частному сектору климат, который будет привлекать их инвестиции в проекты по улавливанию и использованию метана.
Исследования с воздуха показывают, что города Восточного побережья выбрасывают в два раза больше метана, чем предполагалось
.Атмосферный метан — мощный парниковый газ, который также вносит свой вклад в загрязнение приземным слоем озона.В последнее десятилетие большое внимание уделялось научным исследованиям в повышении точности оценок выбросов метана в Соединенных Штатах, при этом большая часть усилий была направлена на бассейны с добычей нефти и природного газа.
Теперь новое исследование NOAA и Мичиганского университета с использованием самолета с измерительными приборами обнаружило неожиданно большие выбросы над пятью крупными городами на Восточном побережье — вдвое больше общего количества метана и почти в 10 раз больше, чем предполагалось от природного газа. Работа опубликована в журнале Geophysical Research Letters.
Анализ основан на измерениях с воздуха, сделанных с самолета NOAA Twin Otter вдоль восточного побережья США в ходе 20 исследовательских полетов с 8 апреля 2018 года по 12 мая 2018 года, общей продолжительностью 120 часов полета. Полеты охватывали Вашингтон, Балтимор, Филадельфию, Нью-Йорк, Провиденс и Бостон с приборами для измерения уровней метана, углекислого газа, окиси углерода и этана с наветренной и подветренной стороны городских районов. Метан — это основной компонент природного газа.
«Количество природного газа, поступающего в эти старые города, очень велико», — сказала ведущий автор Женевьева Плант из Мичиганского университета. «Это означает, что утечки из старых чугунных труб и потери« конечного потребления »из-за неэффективных устройств потенциально могут быть значительными. Мы обнаружили, что выбросы метана в пяти крупнейших городах, отобранных нами, являются значительными — примерно вдвое больше, чем оценивает EPA для общих выбросов ».
Воздействие на климат и качество воздуха
Количественная оценка выбросов метана важна для оценки его нынешнего и будущего воздействия на климат и качество воздуха.Как правило, существует два основных источника выбросов метана из городов: метан, образующийся при разложении органических материалов на свалках, и метан в выбросах природного газа из старых или негерметичных труб, неполное сгорание из старых бытовых приборов и т. Д.
Этан является компонентом природного газа, но не вырабатывается на свалках, и коммунальные предприятия имеют точные данные о том, сколько этана содержится в поставляемом ими газе. Таким образом, он полезен в качестве индикатора для отделения выбросов от ископаемого топлива от выбросов со свалок.
Завод Женевьев из Мичиганского университета и Колм Суини из NOAA проводят обзор измерений метана и других газов в ходе исследовательского проекта с воздуха в 2018 году. Фото: Эрик Корт, Мичиганский университет
Одно недавнее обобщающее исследование, в котором оценивались выбросы от производственных месторождений вплоть до окраин городов, показало, что выбросы метана на 60 процентов выше, чем предполагалось Агентством по охране окружающей среды, сказал ученый NOAA Колм Суини. Но это исследование, как и большинство других, не было сосредоточено на изучении потерь во время распределения и конечного использования в домах и на предприятиях.
Исследование NOAA & UM, напротив, непосредственно измеряло потоки выбросов из этих пяти городов с подветренной стороны, в том числе утечки из труб и бытовых приборов. Используемые методы позволили ученым количественно оценить общее количество метана, поступающего из города. Ученые проанализировали соотношение этана и метана, чтобы вычислить, сколько метана образовалось из-за утечки природного газа.
Отсутствие данных
«Данных о выбросах в городах, включая потери от конечного потребления, действительно не хватает», — сказал Суини.«В нашем исследовании мы обнаружили, что утечки и потери от конечного использования всего в пяти городах были больше, чем оценивает EPA для утечек по всей стране. Это было потрясающе. Проблема в том, что мы до сих пор не совсем понимаем, откуда это. Это трубы? Это техника? Что мы действительно знаем, так это то, что это дает огромные возможности для сокращения выбросов, если мы сможем определить источник этих утечек ».
Несмотря на то, что было проведено несколько других исследований городских территорий, разбросанных по стране, в этом исследовании была сделана выборка в одном из крупнейших мегаполисов мегаполисов, где проживает около 12 процентов населения США.
«Неясно, насколько представительные города, на которые мы смотрели, по сравнению с другими городами США», — сказал Плант. «Ясно, что необходимо сделать больше».
Plant сказал, что исследовательские полеты — обычно на высоте от 1000 до 1500 футов над землей — создавали необычайно живописную исследовательскую среду. «Это был прекрасный вид», — сказала она. «Мы несколько раз летали по Гудзону. Полет у берега тоже, мягко говоря, довольно живописно ».
15472
Факты и информация о метане
Каждый раз, когда корова отрыгивает или выделяет газ, в атмосферу доносится небольшая струйка метана.
Каждая из этих затяжек, исходящих из коровьего водопровода, вместе взятые, может иметь большое влияние на климат, потому что метан является мощным парниковым газом — примерно в 28 раз сильнее углекислого газа при нагревании Земли в 100-летнем масштабе. и более чем в 80 раз мощнее за 20 лет. Эффект не является чисто гипотетическим: со времени промышленной революции концентрация метана в атмосфере увеличилась более чем вдвое, и около 20 процентов потепления, которое испытала планета, можно отнести на счет газа.
В атмосфере не так много метана — около 1800 частей на миллиард, примерно столько же, сколько два стакана воды в бассейне. Он примерно в 200 раз менее концентрирован в атмосфере, чем углекислый газ, самый распространенный и опасный из парниковых газов. Но химическая форма метана замечательно эффективна в улавливании тепла, а это означает, что добавление немного большего количества метана в атмосферу может иметь большое влияние на то, насколько и как быстро планета нагревается.
Метан — это простой газ, состоящий из одного атома углерода с четырьмя плечами атомов водорода.Его время в атмосфере относительно скоротечно по сравнению с другими парниковыми газами, такими как CO 2 — любая молекула метана после того, как она выброшена в атмосферу, длится около десяти лет, прежде чем она уйдет из цикла. Это небольшая отметка по сравнению с веками, в течение которых молекула CO 2 могла продолжать плавать над поверхностью планеты. Но есть много источников метана, поэтому атмосферная нагрузка постоянно восстанавливается — или увеличивается.
Источники метанаСегодня около 60 процентов метана в атмосфере поступает из источников, которые, по мнению ученых, вызваны деятельностью человека, а остальная часть поступает из источников, которые существовали до того, как люди начали оказывать существенное влияние на углеродный цикл.
Большая часть естественных выбросов метана происходит из сырого источника: водно-болотных угодий, в том числе болот. Многие микробы похожи на млекопитающих в том, что они поедают органические вещества и выделяют углекислый газ, но многие из них, живущие в неподвижных, лишенных кислорода местах, таких как заболоченные заболоченные почвы, вместо этого производят метан, который затем просачивается в атмосферу. В целом, около трети всего метана, плавающего в современной атмосфере, поступает из водно-болотных угодий.
Что вызывает изменение климата (также известное как глобальное потепление)? И каковы последствия изменения климата? Узнайте о человеческом воздействии и последствиях изменения климата для окружающей среды и нашей жизни.
Есть множество других природных источников метана. Он естественным образом просачивается из-под земли возле некоторых месторождений нефти и газа и из устьев некоторых вулканов. Он просачивается из-за тающей вечной мерзлоты в Арктике и накапливается в отложениях на мелководных, спокойных морях; он уносится прочь от пылающих ландшафтов, попадая в атмосферу как CO 2 ; и его производят термиты, поедающие груды древесного детрита. Но все эти другие природные источники, за исключением водно-болотных угодий, составляют лишь около десяти процентов от общего объема выбросов ежегодно.
Человеческие источники метанаСегодня антропогенные источники составляют основную часть метана в атмосфере.
Коровы и другие пасущиеся животные привлекают много внимания из-за их отрыжки и выброса метана. В желудках таких травоядных обитают микробы, которые наполняют кишечник автостопщиками, которые помогают им расщеплять и поглощать питательные вещества из жестких трав. Эти микробы производят метан в качестве отходов, который выходит из обоих концов коров. Навоз, производимый крупным рогатым скотом и другими пастбищами, также является местом, где микробы могут заниматься своим делом, производя еще больше метана.В мире насчитывается 1,4 миллиарда голов крупного рогатого скота, и это число растет по мере увеличения спроса на говядину и молочные продукты; вместе с другими пастбищными животными они вносят около 40 процентов годового бюджета метана.
Другие сельскохозяйственные предприятия также перекачивают метан в атмосферу. Рисовые поля очень похожи на водно-болотные угодья: когда они затоплены, они наполняются спокойной водой с низким содержанием кислорода, которая является естественным домом для бактерий, производящих метан. И некоторые ученые думают, что они могут увидеть момент, когда производство риса в Азии началось около 5000 лет назад, потому что концентрация метана, зафиксированная в крошечных пузырьках древнего воздуха, заключенных в ледяные керны в Антарктиде, быстро выросла.
Маленькая колба вмещает столько же метана, сколько большая, скорее в виде порошка, чем газа.
Фотография Марка Тиссена, Nat Geo Image CollectionПожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.
Метан также попадает в атмосферу на газовых и нефтяных буровых площадках. Во многих штатах и странах действуют строгие правила в отношении допустимой утечки, но оказалось, что эти правила трудно обеспечить. Недавние исследования показывают, что скважины в U.Только S. производят метана примерно на 60 процентов больше, чем ранее оценивало Агентство по охране окружающей среды. Во всем мире энергетический сектор вносит около четверти годового бюджета метана.
Другой важный источник? Трата. Микробы на свалках и в центрах очистки сточных вод проглатывают детрит, который оставляют после себя люди, и в процессе выкачивают тонны метана каждый год — около 14 процентов годового следа США.
Влияние метана на климат, прошлое и будущееМетан также мог быть причиной быстрого потепления глубоко в истории Земли, миллионы лет назад.Под высоким давлением, как на дне океана, метан затвердевает в похожий на слякоть материал, называемый гидратом метана. Огромные количества метана «заморожены» на дне моря в этом химическом состоянии, хотя его точное количество и местонахождение все еще изучаются. Гидраты стабильны, если что-то не мешает им, например, струя теплой воды.
Массовое потепление, которое произошло около 55 миллионов лет назад, могло быть вызвано дестабилизированными гидратами, считают некоторые ученые.Метан просочился с морского дна в атмосферу, заполнив ее улавливающим тепло газом и заставив планету резко и быстро нагреться.
В современной атмосфере концентрация метана выросла более чем на 150 процентов с 1750 года. Неясно, будет ли этот рост продолжаться или с какой скоростью, но МГЭИК предупреждает, что необходимо контролировать выбросы метана для сохранения планета от дальнейшего потепления.
После плато эпохи 2000 года глобальные уровни метана достигли нового максимума
Когда дело доходит до глобального потепления, углекислый газ — это 800-фунтовая горилла: это самый распространенный из долгоживущих парниковых газов, производимых деятельностью человека.Но унция за унцию, метан (CH 4 ) задерживает больше тепла, и на него приходится около 20% парниковых газов, производимых в результате деятельности человека. Как ни странно, с 1999 по 2006 год глобальные уровни метана «выровнялись».
Однако плато длилось недолго, и в последние годы глобальные уровни метана достигли новых максимумов. Выяснение того, что происходит с метаном, является приоритетной задачей для экспертов по углеродному циклу в NOAA и других учреждениях по всему миру. Возможно, самая важная подсказка: образцы воздуха, собранные на разных широтах по всему миру, показывают, что количество метана, несущего углерод-13 — редкий тяжелый изотоп углерода, — значительно снизилось с 2007 года.
Это падение ставит под сомнение одно из первых объяснений, которое эксперты рассмотрели для роста после 2007 года: увеличение выбросов метана из ископаемого топлива, включая «неорганизованный» метан, выделяющийся во время бурения нефтяных и газовых скважин. Вместо этого химические отпечатки указывают на выбросы сельскохозяйственных и водно-болотных угодий из тропиков.
Метановая бомба… или нет
Ученые давно признали возможность — небольшую, но не нулевую — того, что глобальное потепление может зажечь «метановую бомбу» в Арктике: быстрое высвобождение огромных количеств метана из тающей вечной мерзлоты и подводных гидратов метана.Такой выброс может вызвать потепление на уровне вымирания.
Даже без катастрофического выброса в Арктику метан имеет значение. У него более короткий срок службы, чем у углекислого газа, но больший потенциал глобального потепления, а это означает, что контроль над метаном может помочь уменьшить потепление в течение следующих 20-30 лет. В этом контексте плато 1999–2006 годов было шагом в правильном направлении. Возрождение 2007 года, шаг назад.
«Арктика наиболее чувствительна к увеличению выбросов метана в результате изменения климата», — говорит Эд Длугокенки, химик-исследователь из Центра исследования земных систем NOAA.Глубокие слои торфа, замерзшего зимой и заболоченного коротким летом, полны анаэробных микробов, которые «выдыхают» метан, а не углекислый газ. По мере таяния вечной мерзлоты активность микробов увеличивается.
Но, хотя концентрация метана в Арктике в 2007 году резко возросла, Длугокенки говорит: «У нас пока нет доказательств того, что темпы выбросов метана в Арктике в долгосрочной перспективе будут расти». Фактически, недавние исследования NOAA и других показывают, что по мере таяния арктической тундры она выделяет все большее количество углекислого газа, а не метана.(С арктическими озерами может быть другая история.)
Другие подозреваемые
NOAA измеряет концентрации метана в атмосфере в пробах воздуха из разных мест по всему миру с начала 1980-х, поэтому у ученых есть довольно четкая картина темпов роста метана на разных широтах за последние десятилетия. Сезонные и географические закономерности помогают ученым понять, что происходит.
Снижениев конце 1990-х — середине 2000-х годов сосредоточено в Северном полушарии.Основная гипотеза состоит в том, что промышленно развитые страны, включая США, лучше контролируют «неорганизованные» выбросы метана, которые улетучиваются во время бурения и перекачки нефти и природного газа.
Поиск объяснения осложняется тем фактом, что эксперты не уверены даже на 100% в том, что время жизни метана в атмосфере постоянно. Время жизни молекулы метана, выпущенной в воздух, в основном контролируется реакциями с основным окислителем атмосферы: гидроксильным радикалом (ОН).
«Если предположить, что время жизни метана постоянное, никаких изменений в выбросах [для объяснения] плато не требуется; это просто естественная регулировка системы, пытающейся достичь равновесия», — говорит Длугокенки. Другими словами, раковины, удаляющие метан, догоняют источники.
Проблема в том, что эксперты не полностью исключили возможность того, что время жизни метана не является постоянным. Гидроксильный радикал нельзя измерить напрямую в глобальном масштабе.Таким образом, остается вероятность того, что количество гидроксильных радикалов достаточно изменяется во времени и в разных местах, чтобы играть какую-то роль в траектории остановки и выхода уровней метана в последние десятилетия.
«Отсутствие точной информации о сроке службы увеличивает неопределенность в отношении глобальных выбросов», — говорит Длугокенки.
Разрешить дела
Рост мировых уровней метана после 2007 г. примерно совпадает с быстрым развертыванием «гидроразрыва» природного газа в Соединенных Штатах, что делает неорганизованные выбросы логичным подозрением.Но попытки проверить связь дали противоречивые результаты, по словам Стефана Швицке, эксперта по метану из Совместного института исследований в области наук об окружающей среде (партнерства NOAA и Университета Колорадо в Боулдере).
Исследование Schwietzke предполагает, что выбросы метана от ископаемого топлива на выше, чем предполагают собственные кадастры стран, и, возможно, они даже увеличиваются. И все же, как он объяснил в электронном письме, метан, полученный из ископаемого топлива, обогащен углеродом-13 — редким, тяжелым изотопом углерода — и образцы воздуха показывают, что количество метана со вкусом углерода-13 снижается во всем мире.
Падение, похоже, исключает выбросы ископаемого топлива, лесные пожары или кухонные плиты на биомассе как причину всплеска метана после 2007 года. Все эти источники метана в большей или меньшей степени обогащены углеродом-13, а не истощены.
Это парадоксальный вывод: метана из ископаемого топлива выше, чем мы думали, но, похоже, он составляет меньшую долю от общих глобальных выбросов. В своем электронном письме Швицке написал: «Уменьшение содержания изотопа 13-C в метане в атмосфере указывает на то, что на микробные источники должна приходиться все большая доля общих выбросов метана во всем мире.”
Воспитание против природы
Доводы в пользу биологического, микробного источника убедительны, но менее ясно, какой именно источник или источники это. На основании спутниковых данных, говорит Длугокенки, «кажется, что выбросы метана больше всего растут в тропиках и средних широтах Северного полушария, и у нас есть некоторые идеи, почему, но нет однозначных ответов».
Анализ изотопов углерода, проведенный для NOAA Лабораторией стабильных изотопов Института арктических и альпийских исследований Университета Колорадо в Боулдере, свидетельствует об увеличении микробных выбросов как из естественных водно-болотных угодий, так и из сельскохозяйственных источников.
Сельскохозяйственные источники метана включают выращивание риса и отрыжку от жвачных животных. Выращивание риса зависит от периодического затопления посевных площадей. Затопленные почвы и желудки животных способствуют развитию видов микробов, которые могут выжить без кислорода. Эти микробы вдыхают метан (CH 4) вместо углекислого газа (CO 2 ).
Что касается географии, оба источника правдоподобны. Самая большая в мире популяция жвачных животных находится в Индии (тропики Северного полушария), а также в других тропических странах Африки и Южной Америки.В основном рис выращивают в северных тропиках, в Индии, Китае и Юго-Восточной Азии. В тропиках обоих полушарий находятся крупнейшие в мире водно-болотные угодья.
Юан Нисбет, эксперт по метану из Королевского Холлоуэя, Лондонский университет, считает, что львиная доля прироста с 2007 года приходится на естественные водно-болотные угодья. значительное соответствующее увеличение либо популяции жвачных животных, либо площадей посевов риса в 2007 году.
Напротив, хорошо задокументировано, что выбросы метана из естественных водно-болотных угодий быстро увеличиваются в ответ на дождь и тепло, и что выбросы во влажные годы экспоненциально выше, чем в засушливые.
Разница между влажными и засушливыми годами в тропиках в основном определяется естественным климатом тропического Тихого океана, который колеблется между теплой и сухой фазой (Эль-Ниньо) и прохладной влажной фазой (Ла-Нинья). Когда в начале 2000-х годов глобальные концентрации метана стабилизировались, в тропиках произошло три эпизода Эль-Ниньо.С 2007 года Ла-Нинья стала более обычным явлением, и выбросы метана снова растут.
По электронной почте Длугокенки из NOAA согласился. «Хотя переход от Эль-Ниньо к Ла-Нинья в 2007 году, вероятно, привел к возобновлению роста, — писал он, — я сомневаюсь, что он сможет выдержать его, особенно в результате последующего сильного Эль-Ниньо [в 2015–16 годах]».
Кроме того, добавляет он, есть объяснение тенденции к снижению содержания углерода-13 в атмосфере. Метан, образующийся в результате микробной деятельности в естественных водно-болотных угодьях, может быть обеднен углеродом-13 по сравнению с окружающей глобальной атмосферой, но он не так обеднен, как некоторые сельскохозяйственные источники.«Чтобы обеспечить соответствие измерениям изотопного состава атмосферы CH 4 , вероятно, есть также вклад из сельскохозяйственных источников», — заключил он.
Стратегии преодоления
Такое внимание к деталям бюджета метана — не просто вопрос научного любопытства. «Метан — второй по важности долгоживущий парниковый газ, на который влияют люди», — говорит Длугокенки. «При относительно небольшом сокращении выбросов мы могли бы стабилизировать атмосферный метан или даже вызвать его уменьшение.«
Обоих вероятных претендентов на недавнее увеличение выбросов может быть сложно смягчить. В развивающихся странах с быстрорастущим населением контроль над метаном может противопоставить потребность в расширении производства продуктов питания. Если естественные водно-болотные угодья являются основным источником увеличения, контроль может оказаться невозможным.
Тупиковая ситуация на обоих фронтах может усилить потребность в контроле выбросов из других источников, включая ископаемое топливо. Если контроль выбросов метана останется частью U.S. Политика в области климата и качества воздуха, исследования NOAA помогут политикам понять, с чего начать.
«В ходе наших кампаний по полевым измерениям в США за последнее десятилетие мы получили лучшее понимание механистических основ выбросов метана из ископаемого топлива», — говорит Швицке.
Это полевое исследование объединило авиационные, спутниковые и наземные измерения качества воздуха для определения горячих точек метана в разных местах по всей стране, от региона Четырех углов до Северной Дакоты и Техаса, до заброшенных нефтяных и газовых скважин в Восток.
«Вместе с нашим глобальным мониторингом всех источников метана, — говорит Швицке, — мы делаем эти знания доступными для использования при разработке стратегий смягчения последствий».
Ссылки
Мониторинг метана в Лаборатории исследования системы Земля NOAA
Лаборатория стабильных изотопов Института арктических и альпийских исследований
Группа химических исследований в CIRES
Список литературы
Длугокенки Э. Дж., Нисбет Э. Г., Фишер Р. и Лоури Д.(2011). Глобальный атмосферный метан: бюджет, изменения и опасности. Философские труды Лондонского королевского общества A: Математические, физические и инженерные науки, 369 (1943), 2058–2072. https://doi.org/10.1098/rsta.2010.0341
Длугокенки, Э. Дж., Масари, К. А., Ланг, П. М., и Танс, П. П. (1998). Продолжается снижение темпов роста содержания метана в атмосфере. Nature , 393 (6684), 447–450. https://doi.org/10.1038/30934
Гао, X., Шлоссер, К. А., Соколов, А., Энтони, К. В., Чжуан, К., и Киклайтер, Д. (2013). Деградация вечной мерзлоты и метан: низкий риск биогеохимической обратной связи по потеплению климата. Письма об экологических исследованиях , 8 (3), 35014. https://doi.org/10.1088/1748-9326/8/3/035014
Киршке, С., Буске, П., Сиа, П., Саунуа, М., Канадель, Дж. Г., Длугокенки, Э. Дж.,… Зенг, Г. (2013). Три десятилетия глобальных источников и стоков метана. Nature Geoscience , 6 (10), 813–823.https://doi.org/10.1038/ngeo1955
Нисбет, Э. Г., Длугокенки, Э. Дж., Мэннинг, М. Р., Лоури, Д., Фишер, Р. Э., Франция, Дж. Л.,… Ганезан, А. Л. (2016). Рост атмосферного метана: рост и изотопный сдвиг 2007–2014 гг. Глобальные биогеохимические циклы , 30 (9), 2016GB005406. https://doi.org/10.1002/2016GB005406
О’Коннор, Ф. М., Баучер, О., Гедни, Н., Джонс, К. Д., Фолберт, Г. А., Коппелл, Р.,… Джонсон, К. Э. (2010). Возможная роль водно-болотных угодий, вечной мерзлоты и гидратов метана в цикле метана в условиях будущего изменения климата: обзор. Обзоры Geophysics , 48 (4), RG4005. https://doi.org/10.1029/2010RG000326
Шефер, Х., Флетчер, С. Е. М., Вейдт, К., Лесси, К. Р., Брейлсфорд, Г. У., Бромли, Т. М.,… Уайт, Дж. В. К. (2016). Переход 21-го века от ископаемого топлива к биогенным выбросам метана обозначен 13Ч5. Наука , 352 (6281), 80–84. https://doi.org/10.1126/science.aad2705
Schwietzke, S., Sherwood, O.A., Bruhwiler, L.M.P., Miller, J.B., Etiope, G., Dlugokencky, E.Дж.,… Танс, П. П. (2016). Пересмотр глобальных выбросов метана из ископаемого топлива в сторону повышения на основе базы данных изотопов. Nature , 538 (7623), 88–91. https://doi.org/10.1038/nature19797
Метан: важная возможность в борьбе с изменением климата
Как мы можем решить проблему с метаном?
До недавнего времени было мало что известно о том, где происходили утечки, и о том, как лучше всего их исправить. В 2012 году мы начали серию исследований, чтобы лучше выявлять утечки и находить решения.Это крупнейшее рецензируемое исследование по данному вопросу.
Обобщение результатов исследования показало, что нефтегазовая промышленность США выбрасывает не менее 13 миллионов метрических тонн метана в год — примерно на 60% больше, чем оценивало Агентство по охране окружающей среды в то время. Объем представляет собой достаточно природного газа, чтобы заправить 10 миллионов домов.
Сегодня у нас есть гораздо более точные данные о том, откуда исходит метан и как его предотвратить. Инструменты наземных измерений вместе с растущим числом спутников, включая один, запускаемый нашей дочерней компанией MethaneSAT, делают поиск, измерение и сокращение выбросов быстрее и дешевле, чем когда-либо.
Фактически, по оценкам Международного энергетического агентства, во всем мире нефтегазовая промышленность может достичь 75% -ного сокращения выбросов, используя доступные сегодня технологии — две трети из них без себестоимости.
Видя лидерство из Белого дома
Являясь крупнейшим производителем нефти и газа в мире, Соединенные Штаты имеют как возможность, так и ответственность лидировать в сокращении выбросов метана.