Глобальные проблемы атмосферы

Как сделать человеку хорошо? Сделать плохо, а потом так же, как было.

1. Парниковый эффект

2. Озоновые дыры

3. Кислотные дожди

Парниковый эффект

Доктор, я умру? - робко спрашивает пациент.
- А как же! - радостно восклицает доктор.

Атмосфера земли выполняет функцию своего рода стекла в теплице: воздух пропускает солнечное тепло, не давая ему при этом испариться обратно в космос. Этот эффект достигается благодаря некоторым атмосферным газам второстепенного значения, каковыми являются, например, водяные испарения и углекислый газ. Они пропускают видимый и «ближний» инфракрасный свет, излучаемый солнцем, но поглощают «далекое» инфракрасное излучение, имеющее более низкую частоту и образующееся при нагревании земной поверхности солнечными лучами. Если бы этого не происходило, Земля была бы примерно на 30 градусов холоднее, чем сейчас, и жизнь бы на ней практически замерла. «Естественный» парниковый (тепличный, оранжерейный) эффект - это устоявшийся, сбалансированный процесс. Увеличение концентрации «парниковых» газов в атмосфере должно привести к усилению парникового эффекта, который в свою очередь приведет к глобальному потеплению климата.

Водяной пар (Н₂О) – главный парниковый газ. Его присутствие в атмосфере непосредственно не связано с человеческой деятельностью, хотя даже при небольшом глобальном потеплении произойдет повышение концентрации водяных паров в атмосфере, что еще больше усилит парниковый эффект.

Углекислый газ (СО₂) на 60% ответственен за усиление парникового эффекта. За последние 200 лет его содержание в атмосфере увеличилось почти на 30%. Несмотря на то, что половина выбросов двуокиси углерода, обусловленных деятельностью человека (главным образом, при сжигании угля, нефти и природного газа), поглощается океанами и земной растительностью, уровень ее концентрации в атмосфере продолжает подниматься более, чем на 10% каждые 20 лет.

На долю метана (СН₄) приходится 15-20% нынешнего усиления парникового эффекта. Основным источником "нового" метана является сельское хозяйство, главным образом, заливные рисовые поля и возрастающие стада крупнорогатого скота. Свой "вклад" вносят и выбросы со свалок мусора, утечки при добыче угля и природного газа.

Благодаря парниковому эффекту средняя температура у земной поверхности в ХХ веке поднялась в среднем на 1,3 ^о С, к 2020 году поднимется ещё на столько же, а к концу века - ещё на 3 – 5 ^о С. Если же температура поднимется на 4 ^о С, то на Земле начнутся необратимые процессы, которые приведут к гибели большинства живых форм планеты (см. «Последствия парникового эффекта»).

Уже сегодня мы отмечаем резкие и широкомасштабные изменения климата. Из современной истории:

1988 год – около 150 дней стали самыми жаркими за всю историю Земли. Небывалая жара и засуха в США – гибель десятков людей, жесточайший пожар в Йеллоустоунском природном парке, водность многих рек снизилась на 30 – 40 %.

1995 год – жара и засуха поглощают США, Великобританию, часть территории материковой Европы. Во многих районах Великобритании 1 – 1,5 месяца летом ни капли осадков и, как следствие высохшие газоны и лужайки для гольфа, сотни инфарктов, десятки смертей, кондиционеры подскочили в цене в 3 раза и стали дефицитом.

1997 год – становится аномально жарким для всей Северной Америки и Евразии. Ещё более усугубляется ситуация в 2001 году.

В КР последние 20 лет климат изменился глобально. Зимой стали очень часты и сильны оттепели, – снежный покров в Чуйской долине держится в сумме всего несколько дней. Весной – часты возвраты холодов, что ведет к гибели урожая фруктово-ягодных и др. с/х культур. Лето – дождливое, ветреное, с повышенной облачностью. Площадь ледников сократилась за последние 30 – 40 лет на 40 %. Количество осадков увеличилось в 1,5 – 2, а местами и в 3 раза. Всё это привело к резкому увеличению таких стихийных бедствий, как сели, оползни, лавины.

Возможные последствия глобального потепления климата

На Земле эпохи потепления и похолодания сменяются с определенной цикличностью, причем наиболее кардинальные из них приводили к гибели значительной части живого. Антропогенная деятельность совпала с эпохой глобального потепления и катализировала и усилила её. Чем же это грозит?

Засухи в одних районах Земли, наводнения – в других; таяние ледников, повышение уровня Мирового океана (если растают все покровные ледники, уровень Мирового океана поднимется на 70 метров), затопление огромных территорий, увеличение и усиление ураганов, тайфунов, сокращение запасов пресной воды, гибель многих видов растений, вследствие изменения условий в районах их произрастания, наступление пустынь. Увеличение испарения приведёт к усилению парникового эффекта водяным паром, а сокращение площади ледников – к снижению альбедо Земли. Это усугубит ситуацию и может привести её к разряду необратимых.

Однако ситуацию можно рассматривать и в ином (более оптимистичном) контексте.

1. Увлечение СО₂ приведет к усилению вегетации растений, что, в свою очередь, снизит содержание СО₂в атмосфере.

2. Углеводородное сырьё (сжигание которого является основным источником увеличения СО₂) на планете заканчивается Þ скоро уменьшится поступление СО₂в атмосферу.

3. Увеличение температуры ведет к увеличению испарения и образованию облаков и осадков. Облака увеличивают альбедо Земли. Осадки понижают температуру Земли и растворяют СО₂.

4. В декабре 1997 года на встрече в Киото (Япония), посвященной глобальному изменению климата, делегатами из более чем ста шестидесяти стран была принята конвенция, обязывающая развитые страны сократить выбросы СО₂. Киотский протокол обязывает тридцать восемь индустриально развитых стран сократить к 2008-2012 годам выбросы СО₂на 5% от уровня 1990 года:

- Европейский союз должен сократить выбросы СО₂и других тепличных газов на 8%.

- США - на 7%

- Япония - на 6%

Однако Киотский протокол – не панацея, многие страны не спешат его подписывать, а подписавшие – не торопятся выполнять.

 

Озоновые дыры

Озон (О₃) образуется в атмосфере из кислорода при электрических разрядах во время грозы и под действием ультрафиолетового излуче­ния Солнца в стратосфере. Озоновый слой (озоновый экран, озоносфера) распола­гается в атмосфере на высоте 10-50 км с максимумом концентрации озона на вы­соте 20-25 км (над полюсами он тоньше, как и вся атмосфера, а над экватором – толще). Если всё количество озона собрать при нормальных условиях (давлении 760 мм рт. ст. и температуре 20 ^о С), то толщина этого слоя составит всего 2,5 – 3 мм.

Значение озонового слоя

Озоновый экран задержи­вает проникновение к земной поверхно­сти наиболее жесткого УФ-излучения Солнца смертоносного «диапазона Б», поражающего всё живое. Сокращение озонового слоя ведет к резкому увеличению онкологических заболеваний (уменьшение слоя на 1 % означает усиление ультрафиолетового излучения на 2 % и ведет к росту заболеваний раком кожи на 5 – 6 %), поражению роговицы глаз и слепоте, развитию мутации, уменьшению продуктивности некоторых видов растений, а при сильном сокращении – к уничтожению всего живого.

Избыток УФ-излучения нарушает иммунную защиту организма, способствуя появлению таких заболева­ний у человека, как волчанка (туберкулез кожи), рожа, оспа, лейшманиоз, вирусный герпес и др.

Установлено, что снижение со­держания озона в атмосфере может спо­собствовать усилению парникового эф­фекта более существенно, чем увеличение концентрации диоксида углерода.

Чрезмерный поток УФ-излучения губителен для фито- и зоопланктона, личинок многих рыб.

 

 

Немного истории

Озоновые дыры чаще всего появляются над полюсами, где мощность атмосферы меньше, и наибольших величин они достигают над Антарктидой (где холоднее). Это явление начали отмечать ещё в 70-х годах ХХ века, но максимума они достигли в середине 80-х.

Так, в октябре 1985 г, появились сообщения о том, что концен­трация озона в стратосфере над английской станцией Халли-Бей (Антарктида) уменьшилась на 40% от ее минимальных значений, а над японской — почти в 2 раза.. Это явление и получило название «озоновой дыры». Значительных размеров озоновые дыры над Антарктидой возникали, как правило, весной 1987,1992,1997 гг., когда фиксировалось снижение общего содержания стратосферного озона (ОСО) на 40-60%. Весной 1998 г. озоновая дыра над Антарктидой достигла рекордной площади — 26 млн. кв. км (в 3 раза больше территории Австралии). А на высоте 14-25 км в атмосфере произошло почти полное разрушение озона.

Аналогичные явления отмечались и в Арктике (особенно с весны 1986г.), но размеры озоновой дыры здесь были почти в 2 раза меньше, чем над Антарктикой. В марте 1995 г. озоновый слой Арктики был истощен примерно на 50%, при чем сформировались «мини-дыры» над северными районами Канады и Скандинавским полуостровом, Шотландскими островами (Великобритания).

Озоновые дыры отмечаются не только над полюсами. Известны случаи, когда распространившиеся до Южной Америки дыры вели к ослеплению домашнего скота, главным образом КРС. В КР озоновая дыра отмечалась в мае 1995 года над высокогорными районами. Размеры и продолжительность (около 4-5 суток) её существования были незначительны, и к каким-то последствиям она не привела.

Причины образования озоновых дыр

Многочисленные международные экс­педиции по изучению озоновых дыр в Антарктиде к Арктике установили, что, помимо различных природных факторов, все же основным является наличие в ат­мосфере значительного количества ХФУ (фреонов).

Фреоны (хлорфторуглероды) — высо­колетучие, химически инертные у земной поверхности вещества (синтезированы в 1930-х гг.), с 1960-х гг. стали широко при­меняться в качестве хладагентов (холо­дильники, кондиционеры, рефрижерато­ры), пенообразователей аэрозолей и др. Фреоны, поднимаясь в верхние слоя ат­мосферы, подвергаются фотохимическо­му разложению, образуя окись хлора, ин­тенсивно разрушающую озон (каждый атом хлора способен уничтожить 100 000 молекул озона). Продолжи­тельность пребывания фреонов в атмо­сфере составляет в среднем 50-200 лет.

Мероприятия по охране озонового слоя

В 1985 г. была принята Венская конвенция о защите озонового слоя.

В 1987 г. в Монреале представители 36 стран подписали Протокол, по которо­му они взяли на себя обязательства умень­шить использование, а затем прекратить применение в промышленности и в быту озоноразрушающих веществ (ОРВ). Через 10 лет число стран, подписавших данный Протокол, увеличилось до 163.

В ряде стран с целью охраны озоново­го слоя были получены альтернативные озонобезопасные заменители фреонов, в частности фирмы Германии, Италии, Швейцарии, Великобритании стали ис­пользовать хладагент — изобутан, имею­щий нулевой озоноразрушающий потен­циал. Во многих странах при производ­стве аэрозолей стали использовать эколо­гически чистый фреон — углеводород­ный пропеллент (80% всех производи­мых аэрозолей в мире).

В США и России уже начаты исследования по активным методам, осно­ванным на сложных физико-химических процессах, способствующих либо умень­шению скорости разрушения озона в стратосфере, либо ускорению его образо­вания. Так, для затягивания озоновых дыр над Антарктидой возможно применение метода инжекции (внесения) в стратосфе­ру этана (С₂Н_б) или пропана (С₃Н₈), кото­рые будут связывать атомарный хлор, раз­рушающий озон, в пассивный к нему хло­ристый водород. Существуют также физи­ко-химические методы, ускоряющие об­разование озона в стратосфере, в частно­сти методы электромагнитного излучения, с помощью электрических разрядов (принцип озонатора) и лазерного излуче­ния.

Кроме того, чтобы предотвратить поступление ХФУ из множества имеющихся охлаждающих устройств, разработаны способы их утилизации.

Кислотные дожди

Термином "кислотные дожди" называют все виды атмосферных осадков, рН которых меньше, чем среднее значение рН дождевой воды (средний рН для дождевой воды в чистом воздухе равняется 5,6). Иногда ориентируются на рН человеческого тела – 5,5.

Понятие кислотности

Кислотность водного раствора определяется присутствием в нем положительных водородных ионов Н⁺ и характеризуется концентрацией этих ионов в одном литре раствора.

Шкала кислотности идет от рН = 0 (крайне высокая кислотность) через рН = 7 (нейтральная среда) до рН = 14 (крайне высокая щелочность).

В кислых растворах рН < 7, и чем меньше, тем кислее раствор. В щелочных растворах рН > 7, и чем больше, тем выше щелочность раствора.

Изменение рН на единицу соответствует изменению концентрации кислоты в 10 раз. Так, концентрация водородных ионов в среде с рН = 2 в 10, 100 и 1000 раз выше, чем в среде с рН = 3, 4 и 5 соответственно.

Кислотность дождей

Чистая природная, в частности дождевая, вода в отсутствие загрязнителей, тем не менее, имеет слабокислую реакцию (рН = 5,6), поскольку в ней легко растворяется углекислый газ с образованием слабой угольной кислоты. Осадки растворяют (очищая атмосферу) не только СО₂, но и другие газы, и фактически дождь является слабым (а порой не очень) раствором ряда кислот.

Наиболее высока рН дождей в промышленных районах, крупных городах, в районах развития теплоэнергетики, металлургии, химической промышленности, вообщем там, где больше выбросов в атмосферу. Кислотность большинства дождей в Европе – 4 и меньше, на северо-востоке США 3 – 4. Последние годы наблюдается неизменное повышение кислотности дождей (минимальные значения рН = 3,1–3,4) на Урале и в Предуралье, на северо-западе и юге европейской территории России.

А мировой рекорд по части кислотного дождя пока принадлежит шотландскому городку Питлохри, где 10 апреля 1974 года выпал дождь с рН = 2,4 – это уже не вода, а что-то вроде столового уксуса.

Последствия кислотных дождей

1. Вред здоровью человека – сердечно-сосудистые, легочные и др. заболевания, а при непосредственном попадании в такой дождь – ожоги, выпадение волос и пр.

2. Изменение растительности – повреждение листовой поверхности и хвойных игл, нарушение транспирации (Т – испарение воды растением, в-основном листьями, необходимого для тока воды и растворенных в ней веществ от корней к листьям), нарушение фотосинтеза, снижение сопротивляемости патогенным организмам, ослабление и нарушение роста, деградация, усыхание, гибель.

3. Изменение водоёмов – повышение кислотности воды, которое ведёт к ожогу жабр и размягчению скелета рыб и гибели беспозвоночных; интоксикация воды; утрата рыбных ресурсов; сокращение животных и птиц, живущих около воды. Сотни озер в Скандинавии, на северо-востоке США и на юго-востоке Канады, в Шотландии превратились в кислотные водоемы. Кислотные дожди привели к резкому снижению продуктивности 2500 озер Швеции. В Норвегии примерно половина поверхностных вод имеет повышенную кислотность, из 5000 озер в 1750 исчезла рыба. В провинции Онтарио (Канада) пострадало 20% озер, а в провинции Квебек – до 60% озер. Особенно страдают бессточные водоёмы.

4. Дефицит чистой пресной воды.

5. Изменения в почве – закисление почвы, разрушение корневой системы, нарушение процессов всасывания воды и питательных веществ, вымывание биогенов и питательных веществ, высвобождение ионов токсичных металлов, угнетение и гибель почвенной биоты (в частности азотфиксирующих бактерий), химическое выветривание.

6. Заболевание животных.

7. Усиливаются процессы выветривания горных пород, содержащих карбонат кальция (известняк, мрамор, мел, туф)

8. Разрушение памятников истории и архитектуры – многие скульптуры и здания в Риме, Венеции и других городах, памятники зодчества, такие, как Акрополь в Афинах, Кёльнский собор и другие, за несколько последних десятилетий получили значительно большие повреждения, чем за все предыдущее время. Кислотные дожди разрушают древние оконные стекла церквей, соборов и дворцов. Старинное стекло из-за повышенного содержания оксидов щелочных и щелочно-земельных металлов более подвержено действию кислот, чем современное.

9. Разрушение стекла, бетона и др. строительных материалов.

10. Коррозия металла (автомобили, строительные конструкции)

Меры по предотвращению последствий и недопущению кислотных дождей

1. Основными на сегодняшний день методами снижения загрязнения атмосферы, в том числе кислотообразующими выбросами, являются разработка и внедрение различных очистных сооружений и правовая защита атмосферы.

2. Восстановление нормальной кислотности водоемов возможно за счет известкования, при этом не только уменьшается кислотность воды, но и повышается ее буферная способность, т. е. сопротивляемость по отношению к будущим кислотным осадкам (в ряде стран для этого применяется яичная скорлупа).

3. Для защиты памятников культуры и ценных архитектурных сооружений используют покрытия из высокомолекулярных соединений – силиконов или производных эфиров кремниевой кислоты; для защиты металлических изделий – покрытие их лаком, масляной краской или легирование сталей, образующих устойчивую к кислотам оксидную пленку.

4. Энергосбережение, внедрение новых неэнергоемких технологий и безотходных и малоотходных технологий производственных процессов, применение альтернативных источников энергии, все меры экологического контроля.

5. Использование фильтров на автотранспорте, создание технологий по более полному сгоранию топлива, создание более экономичных двигателей, развитие транспорта, не использующего топлива.

6. Равномерное рассредоточение промышленных предприятий (с целью шире использовать самоочищение атмосферы).

 

ЛИТОСФЕРА

Литосфера (от греч. «литос» – камень, и «сфера» – оболочка) – твёрдая или каменная оболочка Земли.

Наиболее широко человек использует два компонента литосферы – земельные ресурсы и недра.

 

Земельные ресурсы

Труд – отец богатства, а земля – мать его

Земельные или почвенные ресурсы определяются мировым земельным фондом.

Структура земельного фонда

1. Обрабатываемые земли (пашни) – 10,8 % - дают 88 % продуктов питания

2. Луга и пастбища – 23,2 % - дают 10 % продуктов питания

3. Леса и кустарники – 29,9 %

4. Населенные пункты, пром. предприятия, транспортные пути – 3,3 %

5. Малопродуктивные земли (ледники, пустыни, болота,…) – 32,8 %

Почвы

Педосфера – почвенный покров Земли.

Почва – самый верхний слой земной коры, обладающий плодородием.

Состав и плодородие почв

В состав почвы входят органические и неорганические вещества.

Неорганические (песок, глина,…) – составляют основу почвы (> 80 %), но не являются плодородными.

Органические (остатки живых организмов) – являются основой плодородия, но составляют лишь < 20 %, а зачастую 5 – 10 % и меньше.

Плодородие почвы определяется количеством и качеством содержащегося в ней гумуса.

Гумус – органические вещества, содержащиеся в почве. Различают грубый и мягкий гумус.

Грубый гумус – непереработанные организмами почвы (бактерии, черви, жуки,…) органические остатки (листья, ветки, кора, шерсть, экскременты и трупы животных,…), неусваиваемые растениями.

Мягкий гумус – переработанные органические остатки (перегной), легко усваиваемые растениями и определяющие плодородие почвы. МГ черного цвета, что позволяет легко определить визуально плодородие почвы – чем темнее, тем плодороднее.

Таким образом, плодородие почвы зависит не только и не столько от количества гумуса, сколько от его качества.

Самые плодородные почвы (чернозёмы) содержат гумуса часто не более 10 % (самые плодородные – до 20 %, но это крайне редко). Практически весь он – мягкий. В то же время самые малоплодородные тундрово-глеевые почвы также содержат до 10 – 20 % гумуса, но природно-климатические условия этой природной зоны не позволяют ему переработаться, поэтому мягкий гумус в этих почвах зачастую составляет 1 % и <. Очень мало гумуса содержат серозёмы пустынь и полупустынь (1 – 2 %), но зато грубого гумуса в них совсем немного. В лесах органические остатки даже не успевают проникать в почву, образуя слой лесной подстилки, достигающий 30 см и более. В результате подзолистые почвы тайги содержат гумуса лишь 2–4 %. Значительно больше содержат гумуса желтозёмы (2–7 %) и краснозёмы (6–9 %) влажных субтропических лесов. Наиболее плодородными являются бурые лесные почвы широколиственных и смешанных лесов (до 10% гумуса), где природно-климатические условия (?) благоприятствуют почвообразованию.

В целом же 75 % всех земель малопродуктивны.

Основные проблемы у почв вызывают эрозия и выветривание.

Эрозия (от лат. «erosio» – разъедание) – разрушение почв и горных пород текучими водами. Сейчас это понятие рассматривается шире.

В широком понимании эрозия – совокупность всех процессов, приводящих к разрушению земной поверхности.

Т.е. сейчас фактически эрозия = выветривание.

Выветривание – процесс механического разрушения и химического изменения почв, горных пород и минералов.

 

Последствия эрозии и выветривания

L Сокращение площади земельных угодий (за свою историю человек уже уничтожил 2/3 почв)

L Снижение почвенного плодородия

L Повреждение и угнетение посевов и пр. растительности

L Пылевые бури

L Почвенная засуха и заболевания почвы

L Усиление продовольственной проблемы

Эрозия почвы

Эрозия почвы – разрушение почвы поверхностными водами (собственно эрозия) и ветром (дефляция).

Следовательно, 2 основных вида эрозии – водная и ветровая.

 

Водная эрозия

Главный фактор возникновения водной эрозии – отсутствие дернового горизонта. Резкому усилению эрозии способствует уклон местности. Для того, чтобы вода текла в заданном направлении достаточно уклона в 1 ^о. Но уже при уклоне в 3 ^о вода начинает прихватывать частички почвы, и начинается эрозия.

Развитию водной эрозии способствует следующая деятельность человека:

v Бессистемная вырубка лесов

v Неумеренный выпас скота

v Неправильная распашка склонов или проведение ирригационной системы

Отсюда и напрашиваются методы борьбы с водной эрозией.

ü Разумный и систематизированный подход к лесозаготовке

ü Регламентирование выпаса скота и снижение нагрузки на пастбища особенно на ранней стадии вегетации растений

ü Распашка поперёк склона, чтобы уклон борозды нее превышал 3 ^о

ü Прокладка арыков и каналов с падением в пределах 1 - 3 ^о

Ветровая (эоловая) эрозия

Главный фактор её возникновения тот же – отсутствие дернового горизонта. Наиболее подвержены дефляции горные районы, где ветер – обычное явление.

Схожи и факторы, способствующие развитию ветровой эрозии:

v Чрезмерный выпас скота

v Неправильная (классическая) распашка склонов в районах с частыми ветрами

v Вырубка лесов

Методы борьбы с ветровой эрозией:

ü Регламентирование выпаса скота

ü Безотвальная распашка (щелевание, бороздование)

ü Лесополосы – надежные помощники в борьбе с дефляцией

 

Выветривание

1. Физическое (механическое) - самый распространенный вид выветривания. Основными составляющими его являются водная и ветровая эрозия (см. выше) и морозное выветривание, развивающееся при положительных дневных и отрицательных ночных температурах. Основывается на свойстве воды при замерзании расширяться (на 1/11).

2. Биологическое – связано с жизнью и деятельностью животных и растений. Из животных наиболее способствуют её развитию норковые и, особенно, питающиеся корнями и корнеплодами. Растения чаще всего препятствуют выветриванию за счёт укрепления почвы мочковатой корневой системой. Однако на горных склонах растения со стержневой корневой системой своим главным корнем способствуют выветриванию, особенно на каменистых и скалистых участках.

3. Химическое. Кислота, содержащаяся в атмосферных осадках, реагирует с компонентами почв и горных пород, разрушая их.

 

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: