Влияние хозяйственной деятельности на атмосферу, разрушение озонового слоя и проблемы изменения климата
Нашу планету омывает единый воздушный океан, который защи;щает и сохраняет жизнь на Земле. Державы мира могут делить сушу между собой, но находящаяся в веч;ном движении атмосфера всегда будет общим достоянием человече;ства. Как компонент природной сре;ды она взаимодействует с Космосом, Мировым океаном и природными водами суши, биотой. Состав атмо;сферы в значительной мере имеет биогенное происхождение.Атмосфера является важнейшим условием появления и развития жизни на Земле. Ат;мосфера - окружающая Землю газовая среда. Ее масса - около 5,5Ч1015т, или менее одной миллионной всей массы Земли. Тол;щина нижнего слоя атмосферы (тропосферы), содержащего око;ло 80% ее массы, - от 8 км в полярных широтах до 18 км в экваториальном поясе. В стратосфере, расположенной на высоте до 55 км над поверхностью, находится до 20% массы атмосферы. Сухой воздух у поверхности Земли содержит по объему 73% азота и 21% кислорода, малые дозы аргона и углекислого газа.
Атмосфера задерживает свыше половины энергии солнечного излучения, достигающего наружной ее границы. Коротковолно;вое и гамма-излучение, которые могли бы быть губительными для жизни на Земле, целиком поглощаются атмосферой (точнее, находящейся в ее верхних слоях ионосферой, а также слоем озона) и до поверхности Земли не доходят. Атмосфера защищает поверх;ность Земли и от падения метеоритов. Между атомосферой и по;верхностью Земли происходит постоянный тепло-, влаго- и га;зообмен, изменяется атмосферное давление, совершается цирку;ляция воздуха, что имеет большое значение для погоды.
В связи с наличием в атмосфере водяного пара и углекислого газа она почти не пропускает теплового излучения, создавая так называемый "парниковый эффект". Увеличение содержания уг;лекислого газа в атмосфере в результате человеческой деятельности, процессов горения, в которых сжигается кислород и обра;зуются углекислый газ и другие газы, приводит к усилению "пар;никового эффекта", может вызвать повышение средней темпера;туры, угрожает таянием полярных льдов. На состав атмосферы отрицательно влияет выброс различных других вредных веществ - окислов серы, окислов азота, углеводородов, твердых частиц (пыли) и т.д. Движение реактивных самолетов разрушает тонкий слой озона, находящийся в верхних слоях тропосферы и нижних слоях стратосферы и служащий защитой от радиации.
В наибольшей степени загрязняет атмосферу транспорт, пре;имущественно автомобильный - основной источник углекислого газа, углеводородов и окислов азота. В целом на его долю прихо;дится более половины всех выбросов в атмосферу. Крупный источник загрязнения - электростанции, выбрасывающие окислы серы, окислы азота и пыли; далее - промышленность, выпускаю;щая углекислый газ, окислы серы, углеводороды и твердые части;цы. Прочие источники загрязняют атмосферу преимущественно углекислым газом, твердыми частицами. Загрязнение атмосферы продуктами производственной деятельности оказывает обратное разностороннее вредное влияние на производство и быт людей..
Влияние климата на здоровье человека, да и всех живых организ;мов, проявляется прежде всего в их тепловом состоянии, обусловленном теплообменом с окружающей средой. На процессы тер;морегуляции живых организмов существен;ное влияние оказывают темпера;тура и влажность воздуха, ветер. На;пример, внезапные изменения ветро;вого режима, атмосферного давления и температуры - рассматриваются как причины ухуд;шения состояния здоровья у большинства людей, т. н. - метеозависимость.
Рассматривая различные функ;ции атмосферы Земли, можно сделать однозначный вывод, что жизнь на Земле без этой воздуш;ной оболочки была бы невозмож;на. В то же время становится уже свершившимся фактом глобаль;ный процесс атмосферного загряз;нения. Целый ряд естественных процессов и явлений сопровожда;ется загрязнением - вулканизм, выветривание, отмирание расти;тельности и др. Однако антропогенное загрязнение атмосферы преобладает над естест;венным, и это соотношение непре;рывно возрастает.
Изменения в атмосфере ученые связывают главным образом с из;менением концентрации второсте;пенных газов, таких, как диоксид углерода, оксиды азота, диоксиды серы, озон, фреоны и др. О глобаль;ных последствиях, связанных с этими газами, нам еще предстоит узнать.
Автотранспорт дает 37% всех загрязнений атмосферы, промыш;ленность - 32%, на прочие источ;ники приходится 31%.В США ежегодно выбрасываются в атмос;феру десятки миллионов тонн отходящих газов и пыли. Хотя за последние годы вы;пуск загрязнителей в атмосферу США стал снижаться в результа;те применения очистных установок, загрязнение воздуха остается очень большим. Несмотря на принимаемые меры, загрязнение воздуха в ряде городов часто превосходит уровень, вредный для здо;ровья.
Большой ущерб от загрязнения воздуха наносится зданиям и сооружениям вследствие коррозии, появления трещин, ослабле;ния материалов. По данным Агентства по охране окружающей среды, ущерб, нанесенный всем видам зданий и сооружений в 45 городах США к началу 90-х годов, составляет около 600 млн. долл. Под угрозой разрушения находятся исторические памятники Ита;лии, Греции, Египта.
Загрязнение воздуха наносит ущерб сельскому хозяйству. На;личие двуокиси углерода в атмосфере затрудняет развитие расте;ний. Фтористые соединения плохо влияют на фотосинтез. Умень;шаются количество и вес плодов. Ежегодные потери в сельском хозяйстве США от вредных веществ, попадающих в атмосферу, составляют многие миллионы долларов. Только в восточных шта;тах страны ежегодные убытки от потерь урожая в 90-х годах до;стигли 20 млн. долл.
К вредным газам, содержащим двуокись серы, окись углерода, окислы азота и попадающим в атмосферу с промышленных пред;приятий данной страны, прибавляются еше выбросы, переходя;щие из других стран через государственные границы. Вредные выбросы из труб промышленных предприятий северо-востока США отравляют атмосферу не только самих США, но и Канады. Газы из Японии достигают США. Из Англии сернистый ангидрид и другие загрязнители достигают Норвегии и Швеции, из Фран;ции попадают в ФРГ, а ФРГ "направляет" газы в Скандинавские страны. Все это наносит вред окружающей среде.
Атмосфера относится к тем природным богатствам, которые невоз;можно ограничить национальными или государственными граница;ми - воздушная масса постоянно движется и находится в пользовании всего человечества, поэтому загрязнение атмосферы одной страной не;редко причиняет вред другой. В деле использования атмосферы как общего для всей планеты ресурса сотрудничество стран необходимо.
Термин «кислотные дожди» появился во второй половине XIX в. Его ввел английский химик Р. Смит, опуб;ликовавший книгу «Воздух и дождь: начало химической климатологии».
В нашем столетии первыми об;ратили внимание на пагубное дей;ствие кислотных дождей жители Скандинавских стран; в реках и озе;рах изменился видовой состав рыб, гибли лосось и форель. Рыбаки за сезон не могли поймать ни одного хариуса там, где недавно он был в изобилии. Снег в горах стал серого цвета. Деревья раньше времени сбра;сывали листву. Те же симптомы вскоре появились в США, Канаде, Западной Европе. Все названные процессы происходили вдали от го;родов и промышленных центров. Понадобились годы исследований, чтобы понять сущность и причины этих явлений, осознать масштабы надвигающейся опасности, вырабо;тать пути борьбы с этой грозной гло;бальной проблемой.
Современная проблема, связан;ная с кислотными дождями, охва;тила множество стран, перешагну;ла через океаны, стала настоящим «бичом для всего человечества».
Впервые проблема кислотных дождей стала предметом междуна;родного обсуждения в 1975 г. на XVIII Генеральной ассамблее меж;дународного союза по теоретичес;кой и прикладной химии.
Антропогенные источни;ки вносят основной «вклад» в за;грязнение атмосферы диоксидом серы и оксидами азота.
Эколого-экономические последствия вы;падения кислотных дождей достаточно значительны. Кис;лотные дожди наносят ущерб не только природе, но и зданиям и сооружениям.
Трансграничные перемещения атмосферных загрязнителей созда;ют условия для мировых эко;логических конфликтов. Ви;новниками загрязнителей атмосфе;ры над многими странами в Европе являются Англия и Германия. (Объясните, почему территории Норвегии, Швеции, Дании, Фин;ляндии загрязняются заводами Рура, Бирмингема, Люксембурга.)
По оценкам специалистов, лишь 10% загрязнителей, выпадающих из атмосферы на территорию Нор;вегии, имеют собственно норвежское происхождение. Остальные 90% переносятся из других стран. В Швеции 70% атмосферных за;грязнений переносятся из-за рубе;жа. Вместе с тем подсчитано, что из Англии «экспортируется» око;ло 1 млн. т оксида серы. Североев;ропейские страны неоднократно обращались в международные ор;ганизации по поводу этого факта. Правительство Швеции обвинило Англию в ведении настоящей «эко;логической войны» против своих соседей.
Аналогичная ситуация сложи;лась и в Северной Америке. Глав;ными загрязнителями воздушного бассейна, а через него и ландшаф;та на этом континенте являются США. Трансграничные перемеще;ния дымовых облаков на террито;рию Канады и последующие кис;лотные дожди - предмет бесконеч;ных споров между США и Канадой. Переговоры по поводу кислотных дождей ведутся между обеими стра;нами на самом высоком уровне.
Большая часть озо;на располагается в стратосфере. На верхнюю границу атмосферы постоянно обрушивается мощный поток солнечных и иных космичес;ких излучений широкого диапазона волн и энергий: гамма-излучения, жесткие рентгеновские и ультрафи;олетовые лучи, видимый свет, ин;фракрасное излучение. Если бы все они смогли достичь земной поверхности, то их мощная энергия мгновенно испепелила бы все живое. Этого не случается благодаря озоновому экра;ну и ионосфере. Поглощая ультра;фиолетовую часть спектра солнечной энергии в диапазоне 0,28 - 0,34 мкм, тонкий слой озона спасает жизнь от смертельно опасной ультрафиолето;вой радиации. «Процеженная» через озоновый фильтр, она еще опасна для некоторых организмов, в том числе болезнетворных, но не для че;ловека. Солнечная энергия, посту;пающая на Землю, создает саму воз;можность жизни. Но ее доза тоже во многом определяется атмосферой. Не будь ее, днем Солнце раскаляло бы земную поверхность до 100 °С, а ночью ледяной Космос выстуживал бы ее до -100 °С. 200-градусный перепад суточных температур намно;го превышает возможности к выжи;ванию большинства, если не всех, нынешних форм земной жизни
Сни;жение концентрации стратосферно;го озона является очень важной глобальной проблемой. Несмотря на малое содержание стратосферного озона, его роль в сохранении биологичес;кой жизни Земли исключительно велика. Как уже отмечалось, мо;лекулы озона поглощают жесткое ультрафиолетовое излучение Солн;ца, которое разрушает органичес;кие молекулы. Это относится и к молекулам ДНК, отвечающим за передачу наследственных призна;ков. Озонный слой, словно щит, не только оберегает живое вещество от прямого разрушения, но и обеспе;чивает ход эволюции.
. По данным ВОЗ, снижение уров;ня содержания озона в атмосфере существенно повысит количество онкологических заболеваний, раз;витие катаракты и др., подавит фотосинтез растений и т.д.
Решение проблемы связано с международным сотруд;ничеством.
В 1975 г. Всемирная метеороло;гическая организация (ВМО) впервые выступила с заявлением о воздейст;вии на слой озона результатов дея;тельности человека и о вероятных геофизических последствиях этого. А уже в 1977 г. по инициативе ЮНЕП (Программа ООН по окружающей среде) в Вашингтоне было созвано специальное совещание экспертов по озону. Был выработан и принят «Ми;ровой план действий по озоновому слою», который сейчас реализуется в рамках международного сотрудни;чества. В Вене в марте 1985 г. под;писана конвенция по охране озоно;вого слоя. А в 1987 г. в Монреале было принято международное согла;шение по уменьшению и дальнейше;му отказу от производства веществ, разрушающих озоновый слой. В на;стоящее время во всех развитых стра;нах, а также в Китае и Индии при;нимаются меры по предотвращению и смягчению последствий озонового истощения.
Климат всегда воспринимался че;ловеком как данность. Кли;мат был жизненным обстояте;льством, мало подающимся чело;веческой воле. Но в конце 20 –го столетия пришло понимание того, что человек своей деятельнос;тью способен существенно, хотя и неосознанно, воздействовать на ат;мосферу, и тем самым на климат. Как известно, ряд газов - СО2, водяной пар, метан, фреоны, озон и др. - создают так называемый парни;ковый эффект. Сущность пар;никового эффекта состоит в том, что парниковые газы свободно про;пускают солнечную радиацию к Земле, но задерживают отраженное от Земли длинноволновое тепловое (инфракрасное) излучение. Тепло;вая энергия накапливается в приповерхностных слоях атмосферы. Благодаря существованию в атмо;сфере парниковых газов, средняя температура поверхности Земли на 33°С выше той, которая была бы при их отсутствии. Она составила бы -18°С, и жизнь на Земле была бы невозможна.
Главная причина глобального потепления это - увели;чение содержания в атмосфере пар;никовых газов, и прежде всего CO2. Огромный «вклад» в парнико;вый эффект вносит СО2. Источника;ми поступления углекислого газа в атмосферу являются увеличение объ;емов сжигания углеводородного топ;лива, вулканическая деятельность, дыхание растений, животных органического раз;ложение. Однако естественные источники поступления углекислого газа существовали всегда, а значительный рост объемов его поступления в последнее время связано с хозяйственной деятельностью человека. Основными поставщиками уг;лекислого газа за счет сжигания ископаемого топлива (нефть, уголь) служат развитые страны. В целом они выбрасывают его во много раз больше развивающихся стран. Сре;ди «рекордсменов» можно назвать США, Китай, Японию, Великобри;танию, бывший СССР. Вся Афри;ка выбрасывает углерода за счет сжигания ископаемого топлива в 8 раз, а вся Южная Америка в 2 раза меньше, чем США.
На рост CO2, как важнейшего пар;никового газа существенное влияние оказывает сокращение площади ле;сов, поглощающих CO2.
Но в наше время мы наблюда;ем обратный процесс. Как показа;ли новейшие исследования россий;ских ученых, биота Земли начала активно поставлять углерод в ат;мосферу, увеличивая, а не умень;шая загрязнение окружающей сре;ды, производимое промышленны;ми предприятиями. Почему это происходит?
Другой парниковый газ - метан СН4 (болотный газ). Его коли;чество в атмосфере планеты также возрастает в последние десятилетия. Источники метана, увеличивающие его концентрацию в ат;мосфере, могут быть индустриаль;ными (нефтеперерабатывающая про;мышленность) и природными (горе;ние лесов, осушение и мелиорация болот, выращивание риса, животно;водство). Метан очень эффективный поглотитель инфракрасного излуче;ния, хотя и содержится в атмосфе;ре в значительно меньших количе;ствах, чем диоксид углерода. Но скорость годового нарастания кон;центрации его почти в два раза боль;ше, чем у диоксида углерода. По;ступление метана хорошо коррелируется с ростом численности населения земного шара и связано, по-видимому, с расширением пло;щади заливаемых водой рисовых полей, ростом численности крупного рогатого скота, утечками при до;быче нефти, угля и газа. К середине XXI в. ожидается увеличение кон;центрации СН4 в два раза.
С ростом применения в сель;ском хозяйстве азотных удобрений и массовых процессов сгорания органики увеличивается атмосфер;ная концентрация закиси азота. Количество NO в воздухе прибав;ляется на 0,3% в год.
Рост концентрации фреонов так;же может оказать значительное вли;яние на климат.
Средний темп увеличения гло;бальной средней температуры в те;чение следующего столетия соста;вит примерно 0,3°С за десятилетие. Такого быстрого увеличения не на;блюдалось за последние 10 тыс. лет. К середине 21 в. средняя темпе;ратура нижних слоев атмосферы повысится примерно на 3°С..
Глобальное потепление приве;дет к повышению уровня Мирово;го океана на 50-65 см, в первую очередь за счет таяния ледников суши, а также увеличения объема воды в верхнем слое Океана (в ре;зультате так называемого терми;ческого расширения). Повышение уровня Мирового океана расцени;вают как глобальную катастрофу, поскольку, по различным данным, от 30 до 50% населения земного шара живет на его побережье или близкой к нему территории. Се;рьезная угроза возникнет для не;которых островных государств, приведет к миграции десятков миллионов людей, к затоплению низко расположенных городских районов, продуктивных земель.
Таким образом, в результате че;ловеческой деятельности атмосфера планеты будет нагреваться, этот про;цесс потепления породит другие процессы, имеющие катастрофичес;кие последствия. Поэтому важнейшей задачей является борьба с глобальным потеплением, а следовательно с причинами его обуславливающими.