Экологический вред, наносимый пожарами

Экологическая опасность пожаров прямо обусловлена изменением химического состава, температуры воздуха, воды и почвы, а косвенно — и других параметров ОС.

Любой пожар изменяет границы экологической ниши, условия существования живых организмов. Диапазон влияния отдельных пожаров на параметры ОС очень широк. Пожары в жилых домах, административных и производственных зданиях не оказывают влияния на крупномасштабные и глобальные биосферные процессы. Опасность таких пожаров ограничивается главным образом токсическим загрязнением воздуха внутри и вблизи помещения и носит локальный характер. Пожары на складах удобрений, в местах добычи нефти, торфа и т. д. значительно загрязняют среду обитания на местном и региональном уровне.

Стихийные пожары оказывают разрушительное воздействие на лесные экосистемы, уничтожая напочвенный покров и фауну, повреждая и нередко губя древостои, вызывая повреждение почвы и ее эрозию. Эмиссии углерода от лесных пожаров повышают концентрацию парниковых газов в атмосфере
и тем самым способствуют глобальному изменению климата. На долю лесных пожаров в нашей стране ежегодно приходится более половины всех погибающих насаждений, а площадь гарей в лесном фонде в 4,8 раза превышает площадь вырубок.

Дым от крупных пожаров вызывает изменение освещенности, температуры воздуха, влияет на количество атмосферных осадков. Кроме того, дымовой аэрозоль и газообразные продукты, взаимодействуя с атмосферной влагой, могут вызывать кислотные осадки — дожди, туманы. Попадание дыма, росы или дождя на листья вызывает болезнь и гибель растений. Выделение большого количества дыма при крупных пожарах уменьшает количество солнечной радиации, поступающей с земной поверхности и, как следствие, приводит к климатическим изменениям продолжительностью несколько дней, недель, месяцев. Эти факторы влияют на рост растений, особенно если совпадают с вегетационным периодом.

Массовые пожары, при которых выделяется большое количество дыма, способны вызывать похолодание на местном и региональном уровне, но этот процесс не существен для растительности средних широт земного шара, устойчивой к низким температурам (в районах умеренного климатического пояса максимально низкие переносимые температуры для древесных пород лежат в интервале –15…–20 C).

Во время пожаров 2010 г. ученые использовали спутниковые снимки, чтобы проанализировать объем и сферу действия дымовых шлейфов вокруг Москвы и масштабы воздействия дыма в западной части России. Экологи зафиксировали интересный, но опасный феномен: дым от пожаров образовал так
называемые пиро-дождевые кучевые облака. Эти облака воды, вызванные ростом горячего воздуха непосредственно из огня, могут удерживать загрязнения в воздухе и переносить такие вредные вещества на тысячи километров.

Использование космических снимков ясно показало огромные масштабвоздействия дыма от многочисленных пожаров в западной и центральной частях России. Загрязняющие воздух вещества, содержащиеся в этих дымовых завесах, серьезно влияют на качество воздуха и атмосферной химии,
а также уровни выбросов парниковых газов (прежде всего, угарного) в атмосферу, причем не только в России, но и во всем мире. Ранее исследователи изучали действие облаков вулканического льда, охвативших Европу после извержения вулкана в Исландии.

В условиях пожара горение, как правило, протекает в диффузионном режиме. Вещества и материалы при этом сгорают не полностью и наряду с частичками сажи попадают в ОС в виде газообразных и жидких продуктов горения.

Тепловые потоки, регулирующие газообмен и развитие пожара, обеспечивают перенос загрязнителей в пространстве. Течение пожара характеризуется определенными параметрами: массовой скоростью выгорания VM, кг/(м² · с), площадью пожара Sп, м², плотностью теплового потока Q, Вт/м², продолжительностью Фп, с, скоростью газообмена и дымовыделения, температурой Тг и т. д. Эти параметры определяют обстановку и достигаемые в конкретных условиях значения опасных факторов пожара (ОФП), которые приводят к нарушению условий жизнедеятельности, заболеваниям, травмам, гибели людей. К числу ОФП относят токсичность продуктов горения, плотность дыма, температуру пожара и др. Их можно назвать также экологически опасными факторами пожара (ЭОФП), так как они негативно воздействуют на экосистемы суши и водных объектов.

Серьезное влияние на ОС оказывают пожары в техносфере (в промышленности, на транспорте и др.): в продуктах горения могут присутствовать самые разнообразные по химическому строению и токсичности соединения, среди наиболее распространенных — оксиды углерода, серы, азота, хлористый водород, углеводороды различных классов, спирты, альдегиды, бензол и его гомологи, полиароматические углеводороды (ПАУ) и др., а среди самых опасных — соли и оксиды тяжелых металлов, бенз(а)пирен, диоксины. Большинство перечисленных химических веществ оказывают вредное воздействие на живые организмы. Так, диоксины и ПАУ способны вызывать онкологические заболевания у людей, а оксиды серы — гибель растительности.

Наиболее опасные ситуации, связанные с воздействием на ОС, возникают во время пожаров при разлитии легковоспламеняющихся и горючих жидкостей на нефтебазах (в резервуарах, обваловании и за его пределами), транспортных средствах (при морских перевозках), химических предприятиях, радиационных объектах, складах удобрений, пестицидов и аварийно химически опасных веществ (АХОВ).

Наряду с токсичными и вредными продуктами горения загрязнение ОС может быть вызвано и огнетушащими веществами, используемыми в пожаротушении. Так, например, известно о разрушающем действии фреонов на озоновый слой. Некоторые галогеноуглероды (например, фреон 13В1, 114В2) особенно опасны, потому как способны долгое время находиться в атмосфере и эффективнее других взаимодействовать с озоновым слоем на больших высотах.

ПАВ, применяемые в пожарной охране в качестве смачивателей и пенообразователей, также причиняют вред ОС. Попадая в водоем, они препятствуют поступлению в него кислорода. Многие ПАВ (ПО-1, ПО-10, ПО-6К, форэтол) биологически трудно разлагаются, в результате чего гибнет фитопланктон и рыбы.

Кроме того, при пожарах негативное влияние на людей, флору и фауну оказывает тепловой фактор (для человека критической во время пожара принята температура 70 С). В зоне горения температура может возрастать до 800…1500 С, а иногда (при огненном шторме, горении металлов) и выше. Размер зоны теплового воздействия зависит от интенсивности массо- и теплообмена, вида горючего и т. д. Вблизи и в зоне горения причинение вреда природной среде и технообъектам неизбежно. Действие высоких температур во время пожара приводит к гибели растительности или заставляет представителей флоры и фауны искать новые места обитания, подчас менее благоприятные, так как отдельные виды способны существовать только в определенном температурном режиме. При лесных пожарах тепловой фактор изменяет минеральный состав почвы, кислотность (рН) почвенного покрова, является причиной смены видов растительности.

При пожарах, характеризующихся высокими температурами, возможно загрязнение непосредственно всех трех природных сред — воздуха, воды и почвы: в результате естественных процессов загрязняющие вещества могут переходить из одной среды в другую, мигрировать во внутренние водоемы, подземные воды и т. д.

Основной перенос загрязнителей при пожарах происходит по воздуху. Этому способствуют два обстоятельства. Во-первых, большинство токсичных соединений с продуктами горения поступает в воздух в виде направленных конвективных потоков. Во-вторых, переносу загрязнителей способствует ветер.

Выбросы от пожаров можно характеризовать как кратковременные и высокотемпературные.

Дальность распространения загрязнений от пожаров зависит от двух главных факторов — высоты факела и параметров ветра. Максимальное расстояние, на которое могут переноситься продукты горения, определяется скоростью вертикальной диффузии, предельной высотой, на которую поднимается аэрозоль, а также скоростью его оседания. Чем больше отношение высоты подъема к скорости оседания аэрозоля, тем дальше он уносится. Расчетные и экспериментальные данные показывают, что максимальная концентрация загрязнителей от источников выбросов, включая пожары, достигается по направлению ветра на расстоянии, равном десяти-, двадцатикратной высоте источника.

При перемещении и рассеивании продукты горения могут взаимодействовать друг с другом и компонентами воздуха, что определяет их концентрацию и продолжительность нахождения в атмосфере (время жизни). Газообразные продукты горения (хлористый водород, аммиак), переносимые конвективными потоками и ветром, при взаимодействии с парами воды образуют жидкие аэрозоли или адсорбируются на частицах сажи и оседают на поверхность суши и растений.

На частицах дыма также происходят химические реакции с образованием новых соединений, иногда более токсичных, чем те, которые образуются непосредственно при горении.

На поверхности частиц сажи обнаруживаются пирен, антрацен, другие ПАУ, сульфосоединения и др. Частицы дыма радиусом 3 мкм могут находиться в воздухе несколько дней, а более мелкие —
радиусом 0,1…0,3 мкм — остаются там на протяжении недель и даже месяцев. Аэрозоли оседают под воздействием силы тяжести, вымываются осадками из воздуха. В результате происходит не только самоочищение атмосферы от продуктов горения, но и загрязнение других сред, а токсичные вещества  продолжают оказывать негативное действие на человека, растительность и животных, а также объекты техносферы (например, хлористый и фтористый водород вызывают коррозию металлов).

Устойчивость к загрязнению или степень самоочищения атмосферы вследствие химических и физических процессов зависит от погодно-климатических условий, рельефа местности, наличия растительности и т. д.,
т. е. связана с географическими координатами  источника выброса. Все области суши на территории России, примыкающие к морям и океанам (исключая Каспий), способны очень интенсивно самоочищаться. Кавказский регион, южная часть Сибири, примыкающая к странам Средней Азии и Казахстана, тоже очищаются весьма энергично. Западная Сибирь и внутренние регионы европейской части страны обладают средней способностью к самоочищению, а некоторые районы Восточной Сибири и район Красноярского края очищаются очень слабо.

Для более точных прогнозов и оценок опасности загрязнения необходимо иметь сведения о метеоусловиях во время и на месте пожара. Это связано с тем, что на химические и физические процессы в атмосфере с участием загрязняющих веществ оказывают влияние облачность, осадки, скорость и направление воздушных течений, которые формируются под действием температуры и давления воздуха, рельефа местности и других факторов.

В прямой зависимости от видов и масштабов пожара находится загрязнение почвы и водоемов огнетушащими пенами, пролитой на тушении водой, самими горючими веществами, например нефтью при разливе горючих жидкостей. Вода, используемая при тушении, может содержать антипирены и продукты пиролиза горючих материалов, также в нее могут попадать другие добавки, вводимые в горючие материалы, которые во время тушения поступают в водоемы или через канализационную систему из грунтовых вод, или при осаждении из воздуха, куда они выносятся конвективными потока-
ми с остальными продуктами горения. Многие токсичные вещества, например тяжелые металлы и диоксины, попавшие в воду или на почву, обладают способностью накапливаться в организмах рыб, птиц и в дальнейшем по пищевой цепи попадают в организм человека, т. е. загрязнение ОС в результате пожаров может происходить опосредованно и проявляться спустя годы.

Таким образом, пожар — такой же источник загрязнения ОС, как объекты промышленности, сельского хозяйства и другие отрасли деятельности человека, отличие заключается только в масштабе воздействия. Поэтому крайне важно представлять меру опасности, которая вызвана пожарами. Реальная оценка вида и масштаба загрязнения ОС может уменьшить риск последствий и повысить уровень обеспечения экологической безопасности.