Последствия загрязнения атмосферы

 

Парниковый эффект.

Все виды солнечного излучения (от ультрафиолетового до инфракрасного) достигают земной поверхности и нагревают ее. Последняя переизлучает ранее накопившуюся тепловую энергию в виде ИК-излучения в Космос. Переизлученное ИК-излучение интенсивно поглощается некоторыми гадами (СО2, метан, NO, фреонами). Указанные газы, называемыепарниковыми, действуют в атмосфере, как стекло в парнике: они беспрепятственно пропускают к Земле солнечную радиацию, но задерживают тепловое излучение Земли. В результате повышается температура ее поверхности, изменяются погода и климат.

Под парниковым эффектом понимают возможное повышение глобальной температуры планеты в результате изменения теплового баланса, обусловленное постепенным накоплением парниковых газов в атмосфере.

Среднегодовая температура за последнее столетие выросла примерно на полградуса. Не исключено, что это наибольшая ско­рость глобальных изменений за прошедший миллион лет. За 100 лет уровень Мирового океана увеличился на 10...15 мм.

Парниковые газы

Основным парниковым газом является диоксид углерода. Его вклад в парниковый эффект, по разным данным, составляет от 50 до 65%. К другим парниковым газам относятся метан (около 20%), оксиды азота (примерно 5%), озон, фреоны (хлорфторуглероды) и другие газы (около 10—25% парникового эффекта

'Показатели	Единица измерения	Диоксид углерода	Метан	Фреоны	Оксиды азота
Концентрация в доиндустриаль-ный период	частей на млн		0,79	ничтожно мало	0,288
Концентрация в современный период	частей на млн		1,72
Ежегодный рост	%	0,3—0,5	0,5-1,0		0,2—0,3
Время жизни	лет	50—200
Активность действия	на 1 молекулу
Доля в парниковом эффекте	%

 

1. Углекислый газ. Основным антропогенным источником поступления СО₂ в атмосферу является сжигание углеродсодержащего топлива (уголь, нефть, мазут, метан и др.). В настоящее время в атмосферу выбрасывается более 25 млрд т СО_2.

США дает 23% СО_2., Россия- 19%, Зап.Европа – 14%, Вост. Европа – 7?.

2. Метан поступает в атмосферу при добыче газа, нефти и угля, производстве биогаза, из-за гниения органических остатков на залитых водой рисовых полях, роста численности круп­ного рогатого скота (сейчас на Земле 1 млрд голов крупного рога­того скота). Концент­рация в воздухе метана растет ежегодно на 1,2—1,5 %. Сейчас его на 60% больше, чем было в доиндустриальную эру. К середине XXI в. ожидается удвоение концентрации метана в атмосфере.

3. Оксиды Азота. С ростом применения в сельском хозяйстве азотных удобрений и в результате сгорания углеродсодержащих видов топлива при высоких температурах в ТЭС в атмосферу выбрасывается закись азота N₂O. Концентрация N₂O растет на 0,3 % в год.

4. Концентрация фреонов растет со скоростью 4 % в год. В целом к середине XXI в. парниковое влияние СН₄, N₂O и фреонов может быть равным эффекту удвоения концентрации СО₂ в атмосфере.

Прогноз

В настоящее время увеличение концентрации СО₂ происходит примерно со скоростью 0,3—0,5% в год. Увеличивается содержание и других парниковых газов: метана — на 1%, оксидов азота — на 0,2% в год. По разным источникам, удвоение содержания парниковых газов, которое может произойти во второй половине текущего века, вызовет повышение среднегодовой температуры планеты на 1—3,5 °С.

Увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере привело к тому, что по сравнению с доиндустриальным периодом (конец XIX столетия) средняя температура воздуха на Земле повысилась на 0,5-0,6°С. За последние 100 лет на один метр уменьшилась толщина тающих льдов в Арктике, а граница вечной мерзлоты отступает к северу ежегодно на 10 км Учёные предполагают, что к 2025 году температура земли может, повысится еще на 2-2,5°С. Быстрое потепление климата приведёт к таянью ледников, поднятию уровня воды в океане. При подъеме уровня моря на 1 м будет затоплено более 20% прибрежной суши. Многие портовые города окажутся под водой. Европа лишится 1/ 4 части пахотных земель, на которых возделывается треть сельскохозяйственных культур.

 

Глобальное потепление климата и обусловленное им повышение уровня Мирового океана многими учеными рассматривается как величайшая катастрофа не только для отдельных экосистем, но и биосферы в целом:

1. В случае повышения уровня океана на 1,5—2 м под затопление попадает около 5 млн км² земель, причем наиболее плодородных и густонаселенных. На них проживает около 1 млрд человек и собирается почти треть урожая многих сельскохозяйственных культур. Вынужденные переселения народов в глубь материков чреваты военными конфликтами и социальными потрясениями.

2. Помимо подъема уровня океана потепление климата будет сопровождаться увеличением степени неустойчивости погоды, смещением границ природных зон, ростом числа штормов и ураганов, ускорением темпов вымирания животных и растений. Следствием этого, очевидно, явится резкое обострение продовольственной проблемы.

3. Уменьшение различий температуры на полюсах и экваторе (в основном за счет более сильного потепления полюсов) вызовет, в свою очередь, подтаивание вечномерзлых почв (таковых в России около 2 млн км²) и высвобождение из них огромных количеств метана, что усилит парниковый эффект. -

4. Изменение климата может оказать негативное влияние на здоровье людей как вследствие усиления теплового стресса в южных районах, так и из-за распространения многих видов заболеваний.

5. При повышении уровня океана на несколько метров будут затоплены такие города, как Нью-Йорк, Лондон, Санкт-Петербург, Амстердам, Шанхай, Токио и густонаселенные прибрежные территории, на которых проживает от 30 до 50 % населения земного шара, т. е. миллиарды человек.

6. С ростом температуры возрастет и количество осадков. Ливни затопят тропики. Засушливые зоны сдвинутся на север. Площадь пустынь увеличится. Урожаи сократятся. Серьезные изменения кли­мата произойдут в Скандинавии, Сибири и на севере Канады.

7. При глобальном потеплении на 2°С зона сплошной многолет­ней мерзлоты в нашей стране перестанет существовать, а зона лесотундры достигнет побережья Северного Ледовитого океана.

8. Для территории России такое потепление скажется на смеще­нии зон, оптимальных для земледелия, на север и увеличении стока рек, текущих с севера на юг. Наряду с этим на севере и вос­токе России начнет оттаивать вечная мерзлота, что усложнит со­хранение возведенных здесь строительных сооружений.

 

9. Ученые НАСА утверждают, что "парниковый эффект", вызывающий повышение температуры атмосферы у поверхности Земли, одновременно ведет к значительному охлаждению стратосферы, где сосредоточен озон, что и обусловливает истончение его слоя.

 

Суммарные промышленные выбросы углерода в России в 1990 г. Оценивались в пределах 650-700 млн. т. К наиболее загрязняющим

ной двухтопливной системой снизило уровень выделения ими уг­лекислого газа на 40—50%.)

Решение проблемы.

1. МБРР предлагает ввести международную программу выплаты владельцам транспортных средств, обеспечившим снижение со­держания углекислоты в выхлопах, по 10 долларов за каждую «сэ­кономленную» тонну двуокиси углерода. По расчетам экспертов, в России дотация на каждое транспортное средство может составить до 3000 долларов. Москва, другие российские города, таким обра­зом, получат возможность снизить выбросы углекислого газа и других токсичных веществ без собственных финансовых вливаний.

2. Рядом экологов была выдвинута разумная идея «налога на вы­деленную углекислоту»: страна, независимо от уровня индустри­ального развития, получит определенную квоту на безналоговое производство СО2. Богатые государства смогут покупать квоты на выбросы углекислоты у более бедных стран. Такие рыночные взаи­моотношения помогут, например, Бразилии получить средства на борьбу с уничтожением тропического леса.

Налог на выделенную углекислоту может вводиться также и внутри стран для отдельных предприятий и отраслей индустрии. Целесообразно ввести и налог на предприятия, производящие сер­ные и азотные ангидриды, разрушающие природные ресурсы и собственность в других регионах этой страны и в других странах.

Первой налог на производство углекислоты ввела Швеция в 1990 г. Министерство по защите среды поставило задачу: к 2000 г. снизить в стране эмиссию СО₂ на 2,5%. Введен налог на сжигание угля, нефти и природного газа.

3. В России открыт способ утилизации углекислого газа с использованием новейших технологий. Диоксид углерода извлекают из дымовых газов. Очищенный диоксид углерода закачивают в хранилища (газгольдеры), откуда он посту­пает на дальнейшую переработку.

На следующей стадии углекислый газ смешивают с парами воды и подвергают электрохимическому разложению в процессе электро­лиза. В результате реакции при высокой (1100-1150°С) температуре на аноде выделяется сверхчистый кислород, а на катоде — смесь окиси углерода и водорода, т.е. синтез-газ, служащий основным сырьем для производства углеводородных соединений, всего спектра современных искусственных материалов — от синтетического бензина и дизельного топлива до изделий из полимеров (пластмасс, лаков, красок, растворителей и т.д.). Синтез-газ может использо­ваться и в металлургии для бескоксового производства чугуна.

Кислотные дожди.

В последние 15—20 лет возникла сложная и трудноразрешимая экологическая проблема кислотных дождей (рН < 5,0). При сжигании различных видов топлив, а также с выбросами различных предприятий в атмосферу поступает значительное количество оксидов серы и азота. При взаимодействии их с атмосферной влагой образуются азотная и серная кислоты. К ним примешиваются органические кислоты и некоторые соединения, что в сумме дает раствор с кислой реакцией.

Согласно расчетам, доля диоксида серы в образовании кислых осадков составляет около 70%.

Кислоты выпадают на поверхность суши или водоемов в виде кислотных дождей или иных атмосферных осадков. Отмечены случаи выпадения осадков с рН 2,2—2,3; что соответствует кислотности уксуса.

Общее количество выбросов SO₂ и NO₂ в мире ежегодно составляет более 250 млн т.

В России очаги образования приходятся на Кольский полуостров, Норильск, Челябинск, Красноярск и другие районы.

Отрицательное влияние кислых осадков разнообразно: почвы, водные экосистемы, растения, памятники архитектуры, строения и другие объекты в той или иной степени страдают от них.

Действие кислых осадков на почвы наиболее ощутимо проявляется в северных и тропических районах. Для первых это связано с тем, что подкисляются и без того кислые (подзолистые и их разновидности почвы. Они, как правило, не содержат природных соединений, нейтрализующих кислотность (карбонат кальция, доломит и др.). Почвы в тропиках хотя и имеют нейтральную и щелочную реакцию, но также не содержат веществ — нейтрализаторов кислотности (из-за интенсивного и постоянного промывания дождями).

Поступая в почву, кислые осадки увеличивают подвижность и вымывание катионов, снижают активность редуцентов, азотофиксаторов и других организмов почвенной среды. При рН, равном 5 и ниже, в почвах резко возрастает растворимость минералов, из них высвобождается алюминий, который в свободной форме ядовит. Кислые осадки также повышают подвижность тяжелых металлов (кадмия, свинца, ртути).

Действие кислых осадков на водные экосистемы весьма многообразен но. Кислые осадки, попадая в водные источники, повышают кислотность и жесткость воды. При рН ниже 6 сильно подавляется деятельность ферментов, гормонов и других биологически активных веществ, от которых зависит рост и развитие организмов. Особенно отрицательное действие, проявляется в основном на яйцеклетках и молоди.

Сейчас на Земле насчитываются многие тысячи озер, практически лишившихся своих обитателей. Почти 20% рек и озер Швеции, Норвегии и Канады потеряли более половины обитающих в них организмов. Так, в Швеции в 14 тысячах озер уничтожены наиболее чувствительные виды, а 2200 озер фактически безжизненны. Около 1000 озер в США заметно подкислены, а более 3 тысяч имеют кислотность, неблагоприятную для многих обитателей.

Действие кислых осадков и атмосферных загрязнений на леса способствует выщелачиванию из растений биогенов (особенно кальция, магния и калия), Сахаров, белков, аминокислот. Кислые осадки повреждают защитные ткани, увеличивают вероятность проникновения через них патогенных бактерий и грибов, способствуют появлению вспышек численности насекомых. Такие воздействия имеют конечным результатом снижение продуктивности фитоценозов, а нередко и их массовую гибель. Накоплено много данных об отрицательном влиянии кислых осадков на растения через почву, прежде всего в результате увеличения подвижности алюминия и тяжелых металлов. Свободный алюминий повреждает молодые корни, создает очаги для проникновения в них инфекции, а также вызывает преждевременное старение деревьев (болезнь Альцгеймера).

 

Главным «экспортером» кислотных дождей в Европе в 1980-х годах стала Великобритания. В нашу страну поступает в 8 раз боль­ше сернистого газа и в 7,3 раза больше оксидов азота, чем выно­сится с ее территории в другие государства.

Для уменьшения выбросов сернистого газа предлагаются сле­дующие меры.

1. Промывка угля после измельчения. Это приводит и удалению 50 — 90% соединений серы —пирита и к увеличению стоимости электроэнергии примерно на 10%.

2. Химическое удаление серы — десульфурация. В этом случае затраты на производство электроэнергии возрастут на 15 — 25%.
В США в 1991 г. около 50 % угля, используемого на ТЭС, подверга­лось очистке. Во Франции и Великобритании очищается весь уголь.

3. Замена угля на низкосернистые виды топлива: нефть и газ.

4.Сжигание угля в псевдосжиженном слое в смеси с песком и известью, которая постоянно как бы кипит под действием вдуваемого снизу воздуха. В результате сера соединяется с известью и удаляется с золой.

5. Использование скрубберов — жидких фильтров, содержащих водный раствор извести, для га­зообразных продуктов сгорания.

 

Истощение озонового слоя.

Озоновый слой находится на высоте 20-25 км над уровнем моря. Если его сжать то его толщина 3 мм. Стратосферный озоновый слой защищает людей и живую природу от жесткого ультрафиолетового и мягкого рентгеновско­го излучения в ультрафиолетовой части солнечного спектра. Каж­дый потерянный процент озона в масштабах планеты вызывает до 150 тыс. дополнительных случаев слепоты из-за катаракты, на 10 тыс. увеличивает число раковых заболеваний кожи. Установлено, что жесткий ультрафиолет подавляет иммунную систему организма.

Озон — трехатомные молекулы кислорода — рассеян над Зем­лей на высоте от 15 ло 50 км; озоновая защитная оболочка очень невелика: всего 3 млрд. т газа, наибольшая концентрация — на высоте от 20 до 25 км. Если гипотетически сжать эту оболочку при нормальном атмосферном давлении, получится слой всего в 2 мм, однако без него жизнь на планете невозможна.

Запуск мощных ракет, ежедневные полеты реактивных самолетов в высоких слоях атмосферы, испытания ядерного и термоядерного оружия, ежегодное уничтожение природного озонатора — миллионов гектаров леса — пожарами и хищнической рубкой, массовое применение фреона в технике, парфюмерной и хими­ческой продукции в быту — главные факторы, разрушающие озо­новый экран Земли,

В последние годы над Северным и Южным полюсами возник­ли «озоновые дыры» площадью свыше 10 млн. км² каждая, появи­лись громадные «озоновые дыры» над многими странами Европы, над Россией. Разрушение озонового экрана Земли сопровождается рядом опасных явных и скрытых негативных воздействий на чело­века и живую природу.

Впервые озоновую дыру над Антарктидой обнаружили со спут­ников в 1979 г.

Площадь озоновой дыры растет, и в 1999 г. площадь дыры возросла до 27,3 млн км², что в 1,5 раза больше площади России.

В марте 1997 г. озоновые дыры появились над Ленинградской, Псковской и Новгородской областями, а также над Восточной Сибирью, Якутией и центром Красноярского края.

Ученые США уже прогнозируют, что если тенденции разру­шения озона сохранятся, то к 2070 г. число больных раком кожи в США может достигнуть 40 млн человек.

 

В 1996 г. Нобелевской премией по химической экологии удос­тоены ученые-химики Шервуд Роуланд, Марио Малина из Кали­форнийского университета в Беркли (США) и Поль Крутцен из Германии за научную гипотезу, выдвинутую ими еще в 1974 г. Их догадка состоит в том, что разрушителями озона являлись синте­зированные человеком химические вещества, получившие назва­ние хлорфторуглероды (ХФУ).

Пик мирового производства ОРВ пришелся на 1987—1988 гг. и составил около 1,2—1,4 млн. т в год. Около 35% производимого объема приходилось на США, 40% — на страны ЕЭС, 10—12% производила Япония, 7-10% — наша страна.

Механизм действия фреонов таков: попадая в верхние слои атмосферы, эти вещества, инертные у земной поверхности, пре­ображаются. Под воздействием ультрафиолетового излучения хи­мические связи в молекулах ХФУ нарушаются. В результате выде­ляется хлор, который при столкновении с молекулой озона вы­шибает из нее один атом. Озон перестает быть озоном, превращается в обычный кислород. Хлор же, соединившись временно с кисло­родом, вскоре опять оказывается свободным и «пускается в пого­ню» за следующей «жертвой». Его активности хватает, чтобы раз­рушить десятки тысяч молекул озона.

Фреоны способны находиться в атмосфере, не разрушаясь 70— 100 лет, поэтому они всегда достигают озонового слоя и разрушают его. При этом каждый атом хлора как катализатор способен разрушить до 100 тыс. атомов озона. До недавнего времени в мире производилось около 1,3 млн т озоноразрушающих веществ. Около 35% производимого объема приходилось на США, 40% — на страны ЕС,

10—12% - Японию, 7-10% — Россию.

Из других техногенных причин разрушения озонового слоя называют уничтожение лесов, как основных поставщиков кислорода в атмосферу. Зарегистрировано также разрушение озона при ядерных взрывах в атмосфере, крупных пожарах и других явлениях, сопровождающихся поступлением в верхние слои атмосферы оксидов азота и некоторых углеводородов. Установлено также, что уничтожают озон полеты сверхзвуковых самолетов в стратосфере, запуски космических ракет. Только один запуск авиакосмической системы «Шаттл» приводит к потерям 10 млн т озона. 300 таких запусков в год — и практически весь озон будет уничтожен.

В последние время ученые высказывают предположение о существенном вкладе природных явлений в процессы разрушения озона и возникновении «озоновых дыр». К таковым относятся, например, 11-летние циклы солнечной активности, выход озоноразрушающих газов (водород, метан) из разломов земной коры, наличие своеобразных восходящих вихрей над Антарктидой, способствующих рассеиванию озона.

Крайне опасные для человека и многих животных последствия истощения озонового экрана — увеличение числа заболеваний раком кожи и катарактой глаз. Из-за уменьшения концентрации озона только на 1 % происходит увеличение интенсивности УФ-излучения у поверхности Земли на 15%. В свою очередь, это, согласно официальным данным ООН, приводит к появлению в мире 100 тыс. новых случаев катаракты и 10 тыс. случаев рака кожи, а также вызывает снижение иммунитета как у человека, так и у животных.

 

Решение проблемы

В 1987 г. правительства 56 стран, в том числе и СССР, подписа­ли Монреальский протокол, по которому обязались в ближайшее десятилетие вдвое сократить производство фторуглеродов и других веществ, разрушающих озоновый слой. Позднейшие соглашения (в 1990 г. в Лондоне, в 1992 г. в Копенгагене) содержат призыв постепенно прекратить производство таких веществ.

К 1996 г. промышленно развитые страны полностью прекрати­ли производство фреонов, а также разрушающих озон галлонов и тетрахлорида углерода. Развивающиеся страны сделают это только к 2010 г. Россия — один из крупнейших производителей и потре­бителей ОРВ (в 1990 г. она выпустила 205 тыс. т этих веществ, что составило около 20% мирового объема) — из-за тяжелого финан­сово-экономического положения попросила отсрочки на три-че­тыре года.

2. Новая холодильная установка, обходящаяся без фреона или ка­кого-либоиного хладона, испытана в 1996 г. во Всероссийском ин­ституте легких сплавов (ВИЛС). Экологически чистого производства холода удалось добиться благодаря использованию эффекта Пельте. Этот французский ученый установил, что при пропускании элект­рического тока через полупроводниковую систему на одной обклад­ке кристалла возникает тепло, а на другой — холод. При этом чем интенсивнее сбрасывается тепло, тем быстрее растет холод. Впервые этот эффект был применен в военной технике (в системах наведе­ния боевых ракет) и в космонавтике (охлаждение устройств наведе­ния лазера), но позже был использован в больших холодильниках.

3. Российские физики (Институт общей физики РАН) пред­ложили уничтожать сам источник разрушения озона, организовывать глобальную очистку атмосферы от фреонов, воздействуя на нее микроволновым разрядом. Образовавшаяся плазма избирательно чистит атмосферу от ХФУ.

 

В 1992 г. был опубликован доклад Программы ООН по окружа­ющей среде. В нем, в частности, говорилось, что к 2000 г. толщина озонового слоя может уменьшиться на 5 — 10%. Это приведет к увеличению вирусных заболеваний, в том числе СПИДом, раку кожи (дополнительно 300 тыс. случаев ежегодно) и ката­ракте, расстройству иммунной системы и росту числа инфекцион­ных заболеваний, а также снижению урожаев в сельском хозяйстве.

Лекция 3

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: