Главная | Обратная связь
МегаЛекции

Усиление парникового эффекта




 

Парниковый эффект – это эффект разогрева приземного слоя воздуха, вызванный тем, что атмосфера поглощает длинноволновое (тепловое) излучение земной поверхности, в которое превращается большая часть достигнувшей Земли световой энергии Солнца. Парниковый эффект усиливается повышением концентрации в атмосфере парниковых газов – диоксида углерода, метана, оксидов азота, озона, фреонов, а также некоторых других газов и паров воды, что ведет к потеплению климата. Из-за того, что большая часть этого излучения не пропускается парниковыми газами и облаками, температура на поверхности Земли на 33оС теплее, чем было бы в отсутствие этого процесса.

Вклад в парниковый эффект диоксида углерода составляет 66%, метана – 18, фреонов – 8, оксида азота – 3, остальных газов – 5%. Влияние на парниковый эффект разных газов существенно различается. Так, влияние молекулы метана в 25 раз, а фреонов в 11 тыс. раз сильнее, чем молекулы диоксида углерода.

В настоящее время содержание диоксида углерода в атмосфере составляет 336 частей на 1 млн. Ежегодно оно возрастает на 1-2 части. С усилением парникового эффекта связывают таяние льдов Арктики. Так, ледовый покров Северного ледовитого океана за последние 30 лет стал тоньше на 40%. Несколько десятилетий достичь Северного полюса могли лишь отдельные героические личности. Сегодня его можно посетить на ледоколе средней мощности в комфортабельной каюте. Тают ледники Гренландии, Альп, Кавказа, Килиманджаро. За последнее столетие уровень мирового океана поднялся на 20 см (Brown, 2001).

При повышении концентрации диоксида углерода до 400-500 частей произойдет потепление поверхности всей планеты в среднем на 1-1,5 градуса, а при концентрации 600-700 частей – на 4-5 градусов. Потепление климата вызовет катастрофические изменения в биосфере, участятся засухи, начнется таяние ледников Арктики, Гренландии и в горных массивах (вклад Антарктиды предполагается незначительным, так как при потеплении там будет выпадать больше осадков и ускорится нарастание толщи льда). Поднимется уровень мирового океана. К 2030 г. ожидается повышение уровня океана на 20 см, а к 2100 – на 60 см. В результате могут быть затоплены равнинные приморские страны (в том числе, такие густонаселенные, как Бангладеш).

В северных территориях с многолетней мерзлотой возможно вытаивание ледяных толщ и образование на месте лесов озер.

Некоторые страны с холодным климатом (скандинавские, Канада, Россия) окажутся в выигрышном положении, так как улучшатся климатические условия для их сельского хозяйства. Однако из-за уменьшения количества осадков резко снизится производство зерна в североамериканских прериях, которые являются его главными производителями в глобальном масштабе.

Несмотря на документы конференции в Рио-де-Жанейро, которые обязывали все страны уменьшить выбросы углекислого газа в атмосферу, положительный результат достигнут только в Германии, которая снизила выбросы на 10%. В РФ выбросы углекислого газа уменьшились на 27,4%, но это произошло в результате спада производства. В то же время Индонезия увеличила выбросы углекислого газа почти на 40%, Китай и Индия – на 30%, Бразилия – на 20% (см. 11.3.1).

В США, доля которых в глобальном выбросе углекислого газа составляет 27,9%, выбросы увеличились на 6,2%. Эта страна является печальным рекордсменом в загрязнении окружающей среды. При среднемировом количестве выбросов углекислого газа на одного человека – 0,9 т (в РФ – 2,9, в Индии – 0,3), США выбрасывают в атмосферу ежегодно 5,3 т на каждого американца.

Впрочем, следует учитывать, что гипотеза о неизбежности потепления климата и таяния льдов с последующим повышением уровня океана признается далеко не всеми. Так, есть мнение, что потеплению будут препятствовать океанические течения. В настоящее время мягкость климата в странах Европы во многом определяется теплыми поверхностными течениями (частью их является Гольфстрим), которые мощным потоком (с объемом воды примерно равном ста Амазонкам) поступают из тропических районов Атлантики. Эти воды несколько более соленые и потому более тяжелые, чем воды Северной Атлантики. Близ Исландии они сильно охлаждаются, отдавая свое тепло атмосфере, опускаются на дно и дают начало мощному холодному течению, которое движется на большой глубине уже в обратном направлении – к югу Атлантического океана.

О том, как непредсказуем вклад океана в климат суши, свидетельствует «поведение» Эль-Ниньо-Южное колебание (ЭНЮК) – аномального (выше нормы) потепления поверхностных вод Тихого океана у берегов Эквадора и Перу, которое наблюдается раз в несколько лет. Продолжительность ЭНЮК – от 6-8 месяцев до 3-х лет, в среднем – 1-1,5 г. ЭНЮК чаще всего приходится на рождественские праздники (конец декабря) и потому рыбаки западного побережья Южной Америки связывали его с именем Иисуса в младенчестве. Между ЭНЮК происходит апвеллинг, названный перуанцами «Ла-Нинья» (в переводе – девочка).

Каждое потепление воды не только резко снижает рыбопродуктивность океана, но и оказывает колоссальное влияние на климат планеты, вызывая наводнения. Несмотря на удаление районов формирования ЭНЮК от России, именно с учащением этого явления связывают повышение уровня Каспийского моря.

Благодаря потеплению климата за последние десятилетия частота ЭНЮК возросла. Средний интервал между этими явлениями за 100 лет уменьшился с 7 до 5 лет, однако в 1997-1998 гг. это явление вообще не наблюдалось!

В механизме, приводящем в движение «конвейер» морских течений, очень важную роль играет опускание тяжелых, более соленых вод в Северной Атлантике. Если начнется таяние ледников Гренландии, то воды теплого течения станут более пресными и соответственно менее тяжелыми. Они перестанут «тонуть», и «конвейер» передачи тепла с юга в Северное полушарие остановится. В результате произойдет не потепление, а похолодание во всех странах Северной Европы (В России похолодает не только в Санкт-Петербурге, но и в Москве, а возможно и южнее).

Потепление в низких широтах может компенсироваться похолоданием в высоких широтах. Наконец, блокировать парниковый эффект могут и аэрозоли в атмосфере, которые образуются при повышении концентрации серы в результате сжигания топлива. Охлаждению атмосферы будет способствовать и увеличение облачности (облака отражают солнечные лучи).

Однако при всей дискуссионности прогноза направления дальнейшего изменения климата бесспорным является факт, что вмешательство человека в атмосферу уже вызвало небывалые ранее стихийные бедствия, свидетельствующие о нарушении климатической системы Земли. 1998 г. стал годом самых опустошительных наводнений за всю историю, от которых пострадало 54 государства. В Китае при наводнении на реке Янцзы погибло 2500 человек, а 56 млн. осталось без крова. Бангладеш пережил необычайно затянутый сезон дождей, в результате которого 2/3 территории страны оставалось под водой целый месяц, 21 млн. человек лишились крова, была уничтожена значительная часть урожая риса.

По причине нарушения климатической системы Земли на Центральную Америку обрушился ураган «Митч». Скорость ветра достигла рекордной силы – 270 км/час. Его продвижение на север оказалось заблокированным мощным атмосферным фронтом, и оказавшийся в ловушке ураган низверг на некоторые районы Центральной Америки до 2 м осадков за одну неделю. Сильнее всего пострадали Гондурас и Никарагуа, которые потеряли 70% урожая. Погибло 11 тыс. человек и столько же пропало без вести. Изменение климата учащает штормы и делает их более разрушительными. В 1995 г. была зафиксирована рекордно высокая температура морской поверхности в северной Атлантике, и в тот же год на регионы обрушилось 19 тропических штормов, это в среднем вдвое больше, чем за каждый из предыдущих 49 лет (Макгинн, 2000).

Дестабилизированный климат может приводить и к сильной жаре. В Техасе во время такого жаркого периода от перегрева умерло 100 человек, а в Индии в том же году жертвами небывалой жары стали 3 тыс. человек. Страшная сушь привела к возникновению беспрецедентных пожаров в Юго-Восточной Азии и в районе реки Амазонки: горели тропические леса, которые обычно не горят. В 1998 г. из-за засухи в России был получен самый низкий за последние 40 лет урожай.

Экономические потери от стихийных бедствий в 1998 г. составили 72 млрд. долларов, что превысило прежний рекордный показатель 60 млрд. долларов в 1996 г.

В зависимости от степени и продолжительности потепления климата уровень мирового океана может к 2100 г. подняться на 5-95 см. Если подъем уровня береговой линии достигнет отметки 1 м, последствия будут драматичными и разорительными. Будет затоплена большая часть Нью-Йорка со всей системой подземного транспорта и аэропортами. Трудно представить себе убытки, которые понесут страны, имеющие низменные густонаселенные районы в дельтах рек (Бангладеш, Китай, Египет, Нигерия). По предварительны оценкам Организации экономического сотрудничества и развития, ущерб для мировой экономики может в 2100 г. приблизиться к 970 млрд. долларов.

Влияние потепления климата может вызвать широкий спектр косвенных эффектов, т.к. скажется на функционировании экосистем и санитарных и других условиях жизни, что может обернуться социально-экономическими потрясениями. Так, можно прогнозировать, что переносчики опасных болезней (малярийный комар, брюхоногие моллюски, переносящие шистоматоз) захватят новые широты и высоты. В результате заболеваемость малярией может увеличиться с 2 до 50-80 млн. случаев в год. Рост температуры воды будет способствовать более интенсивному цветению водоемов и размножению холерных вибрионов (возможно появление и новых штаммов). Засухи увеличат число случаев недоедания и голода, что особенно скажется на бедных странах.

 

Контрольные вопросы

1. Какие загрязнители атмосферы являются виновниками усиления парникового эффекта?

2. Какими могут быть последствия усиления парникового эффекта?

3. Какие страны увеличили выбросы диоксида углерода в последнее десятилетие ХХ в.?

4. Расскажите об альтернативных гипотезах влияния повышения содержания диоксида углерода в атмосфере на климат.

5. Как связаны процессы повышения содержания диоксида углерода в атмосфере с частотой стихийных бедствий.

6. Каковы возможные косвенные последствия потепления климата?

 

Разрушение озонового слоя

 

Озоновый слой – слой атмосферы (стратосферы) с повышенным содержанием озона (О3), расположенный на высоте 20-45 км. Содержание озона в нем примерно в 10 раз выше, чем в атмосфере у поверхности Земли. Если весь этот озон собрать и сжать до давления, равного давлению атмосферы на уровне моря, то толщина его слоя составит 3мм.

Озон образуется при поглощении ультрафиолетового излучения молекулами кислорода. Атомы кислорода отщепляются от этих молекул и, сталкиваясь с молекулами кислорода, соединяются с ними. Это же излучение разрушает молекулы озона. Образованию озона способствуют электрические разряды и присутствие в атмосфере оксидов азота и углеводородов. В процессе образования и разрушения озона происходит поглощение ультрафиолетового излучения. Таким образом, озоновый слой защищает поверхность планеты от избытка ультрафиолетовых лучей, неблагоприятно влияющих на живые организмы.

В настоящее время отмечено ухудшение состояния озонового слоя и образование «озоновых дыр» (областей с пониженным содержанием озона) над полюсами Земли, что представляет экологическую опасность. Временные «дыры» возникают также над обширными районами вне полюсов (в том числе и над континентальными районами РФ). Причиной этих явлений является попадание в озоновый слой хлора и оксидов азота, которые образуются в почве из минеральных удобрений при их разрушении микроорганизмами, а также содержатся в выхлопных газах автомобилей. Эти вещества разрушают озон с более высокой скоростью, чем он может образовываться из кислорода под влиянием ультрафиолетовых лучей.

Вследствие разрушения озонового слоя повышается вероятность заболевания человека раком кожи. Этим объясняется высокое распространение этой болезни в Австралии: при населении в 17 млн. человек раком кожи ежегодно заболевает 140 тыс. человек, из которых 1 тыс. умирает.

По последним данным, истощение озонового слоя пагубно влияет на экосистемы океанов, т.к. ведет к активизации процесса фотосинтеза и бурному разрастанию фитопланктона и макроводорослей. Ультрафиолетовое излучение нарушает личиночное развитие крабов, креветок и некоторых рыб и потому играет дважды убийственную роль: воздействует на океанические формы жизни в самый чувствительный и уязвимый период их развития и уменьшает количество необходимых им питательных элементов, что может самым губительным образом сказаться на рыболовстве.

Впрочем, мнение о том, что виновником разрушения озонового слоя является только хлор, разделяют не все исследователи этого процесса. Есть мнение, что главным фактором является водород, выбрасываемый при извержениях вулканов. Эти аргументы заслуживают внимания: ведь основная промышленность, загрязняющая атмосферу хлором, сконцентрирована в Северном полушарии, а «озоновая дыра» над Антарктидой много больше «дыры» над Арктикой. В Южном полушарии вулканов гораздо больше, чем в Северном.

 

Контрольные вопросы

1. Что такое озоновый экран биосферы?

2. Назовите основные причины разрушения озонового экрана.

3. К каким последствиям может привести разрушение озонового экрана?

 

Кислотные дожди

 

Кислотные дожди – это осадки, в которых содержатся серная и азотная кислоты. При выпадении кислотных дождей происходит самоочищение атмосферы от загрязнения. Кислотные дожди образуются в результате выброса в атмосферу оксидов серы и азота предприятиями топливно-энергетического комплекса, металлургическими и химическими заводами, а также транспортом. Образование кислот из оксидов и воды происходит при участии фотохимических реакций, рН кислотных дождей – 2,6-3,6.

Кислотные дожди вызывают подкисление почв, снижение прироста леса и урожайности сельскохозяйственных культур. Германия ежегодно теряет от этого 4,7 млрд. долларов, Польша – 2,7, Швеция – 1,5 (Данилов-Данильян и др., 2001). При высоких нагрузках кислотных дождей может происходить усыхание лесов, гибель рыб и многих других организмов в озерах. Кроме того, кислотные дожди переводят в растворимое состояние соединения тяжелых металлов, которые усваиваются растениями, а затем с пищей попадают в организм животных и человека, что вызывает у них болезни.

Кислотные дожди разрушают памятники архитектуры, список которых достаточно велик. Это – мраморные античные храмы Афин, построенный из известняка Собор Святого Павла в Риме, королевский дворец в Амстердаме, Вестминстерское аббатство и Тауэр в Лондоне, величественный архитектурный комплекс Тадж-Махал в Индии и др. Белые потеки на стенах зданий и бронзовых статуях – почти обязательное дополнение к архитектурному облику многих городов Западной Европы.

Вследствие атмосферного переноса загрязнения ввиду преобладания ветров западного направления, европейская часть РФ получает значительно больше (примерно в 10 раз) кислотных дождей от наших западных соседей (ФРГ, Чехия, Словакия, Польша), чем переносится в страны Центральной Европы с территории РФ (Данилов-Данильян и др., 2001). Главным «экспортером» сернокислых осадков оказалась Великобритания, которая «поставляет» в другие страны в 11 раз больше оксидов серы, чем получает сама, за ней следуют Германия, Польша, Чехия и Словакия.

В настоящее время от кислотных дождей в Европе пострадало почти 50 млн. га леса, что составляет 35% от общей площади лесных массивов континента. В некоторых странах (Чехия, Словакия, Греция, Англия, Германия, Норвегия, Польша) доля пораженных лесов составляет более половины общей площади массивов.

Однако в ряде случаев кислотные дожди могут быть полезными. Если кислотные дожди выпадают в районах распространения карбонатных, а особенно щелочных почв, то они снижают щелочность, увеличивая подвижность элементов питания, их доступность для растений.

В заключение отметим, что одни и те же вещества, загрязняющие атмосферу, могут быть участниками разных биосферных процессов (табл. 7).

Таблица 7

Источники и влияние на атмосферные процессы основных газов-загрязнителей (по Грейделу и Крутцену, 1989)

 

Газ Характеристика   Влияние на атмосферные процессы
  Антропогенные источники   Время пребывания в атмосфере Парниковый эффект Разрушение озона Кислотные осадки Смог
СО Сжигание ископаемого топлива и биомассы Месяцы
СО2 То же и сведение лесов 100 лет + +/–
СН4 Рисовые поля, скот, свалки 10 лет + +/–
NO, NO2 Сжигание ископаемого топлива и биомассы Сутки +/– + +
N2O Азотные удобрения, сведение лесов, сжигание биомассы 170 лет + +/–
SO2 Сжигание ископаемого топлива, плавильное производство От суток до недель +
Хлорфторуглероды Аэрозоли, хладагенты, пены 60–100 лет + +
О3 + +

Примечание: знаком +/– показано неоднозначное влияние газа, который в одних условиях может усиливать, а в других – ослаблять атмосферный процесс.

 

Контрольные вопросы

1. Почему образуются кислотные дожди?

2. Какие негативные последствия вызываются кислотными дождями?

3. Могут ли кислотные дожди быть полезными?

Влияние на гидросферу

 

Хозяйственная деятельность человека влияет на все составляющие гидросферы – мировой океан, континентальные надземные и подземные воды, ледники. Мировой океан загрязняется, континентальные воды загрязняются и истощаются. Ледники испытывают меньшее влияние, однако они загрязняются атмосферным переносом веществ, выброшенных в воздух городами. Кроме того, ускоряется таяние ледников под влиянием потепления климата и загрязнения. К примеру, соль, поднимающаяся в атмосферу в районе Аральского моря, достигает ледников Памира, Тянь-Шаня и Алтая и ускоряет их таяние. Более подробно рассмотрим загрязнение океана и нарушение человеком естественного состояния континентальных вод.

 





©2015- 2017 megalektsii.ru Права всех материалов защищены законодательством РФ.