Проблемы нерационального природопользования

Атмосферный эффект, о котором  идет речь, вызван аналогичными причинами, отсюда и его название – парниковый. Еще в 1827 году французский физик  Ж. Фурье предположил, что атмосфера  Земли выполняет функцию пленки (стекла) в парнике: воздух пропускает солнечную энергию, не давая ей при  этом рассеяться обратно в космос. Солнце нагревает поверхность Земли. Как и всякое нагретое тело, Земля  испускает невидимые глазом инфракрасные лучи, а так как главные газы атмосферы – кислород и азот –  не поглощают их, они рассеиваются в космическом пространстве. Но в  атмосфере в малых концентрациях  содержатся водяные пары, углекислый газ (диоксид углерода), метан, оксиды азота и т.д. – парниковые газы, способные поглощать инфракрасное излучение. В результате такого поглощения часть энергии Солнца аккумулируется в атмосфере, что способствуют повышению ее средней температуры. Если бы этого не происходило, Земля была бы примерно на 30 градусов холоднее, чем сейчас, и жизнь бы на ней в современных формах не существовала. Парниковый эффект – повышение средней температуры за счет поглощения атмосферой инфракрасного излучения нагретой Солнцем Земли.

Исходя из того, что “естественный” парниковый эффект – это устоявшийся, сбалансированный процесс, логично  предположить, что повышение концентрации парниковых газов в атмосфере  должно привести к усилению парникового  эффекта, который в свою очередь  приведет к повсеместному потеплению климата. Количество СО2 в атмосфере неуклонно растет, так как человек для своих нужд сжигает все большее количество ископаемого топлива (газ, уголь и нефть), накопление ускоряется еще и в результате сплошной вырубки лесов и загрязнения Мирового океана: именно они, поглощая углекислый газ и выделяя кислород, являются буферной системой Земли.

Кроме того, как результат  человеческой деятельности в атмосферу  попадают и другие парниковые газы, например, метан, оксиды азота и целый  ряд хлорсодержащих веществ. Несмотря на то, что они производятся в  меньших объемах, некоторые из них  куда более эффективны с точки  зрения глобального потепления, чем  углекислый газ1 .

Сегодня уже мало кто из ученых, занимающихся этой проблемой, оспаривает тот факт, что деятельность человека приводит к повышению концентрации парниковых газов в атмосфере. По мнению Межправительственной комиссии по изменению климата, “увеличение  концентрации парниковых газов приведет к разогреву нижних слоев атмосферы  и поверхности Земли... Любое изменение  в способности Земли отражать и поглощать тепло, в том числе  вызванное увеличением содержания в атмосфере тепличных газов  и аэрозолей, приведет к изменению  температуры атмосферы и Мирового океана и нарушит устойчивые типы циркуляции и погоды”.

Тем не менее ведутся споры  вокруг того, какое конкретно количество этих газов вызовет потепление климата  и в какой степени, а также  как скоро это произойдет. Дело в том, что мировые средние  температуры могут сильно колебаться в пределах нескольких лет и десятилетий, и причем по естественным причинам. Проблема в том, что считать средней  температурой и на основании каких  критериев судить, действительно  ли она изменилась в ту или другую сторону.

В конце 80 – начале 90-х  годов несколько лет подряд среднегодовая  температура была выше обычной. Это  вызвало опасения, что обусловленное  человеческой деятельностью глобальное потепление уже началось. Среди ученых существует консенсус, что за последние  сто лет среднегодовая температура  поднялась на 0,3 – 0,6 градусов. Однако среди них нет согласия в том, что именно явилось причиной этого  явления. Трудно с уверенностью сказать, происходит глобальное потепление или  нет, так как наблюдаемый рост температуры все еще находится  в пределах естественных температурных  колебаний. Неопределенность в вопросе  всеобщего потепления порождает  скепсис по поводу грозящей опасности. Проблема заключается в том, что  когда гипотеза об антропогенных  факторах потепления подтвердится, уже  поздно будет что-либо предпринимать.

Вы спросите, но что плохого  в глобальном потеплении? Тепло не холод, от холода человек страдает сильнее, да и речь идет о повышении температуры  на десятые доли градуса. По мнению многих исследователей, если сохранится тенденция к потеплению, это приведет к изменению погоды и увеличению количества осадков, и как следствие, к подъему уровня Мирового океана. Ученые уже отметили перемены в картине  выпадения осадков. Они подсчитали, что в США и России последние 30 – 40 лет осадков выпадет на 10 % больше, чем в прошлом. В то же время количество осадков над  экватором уменьшилось на те же десять процентов. Дальнейшее изменение в  системе выпадения осадков окажет огромное воздействие на сельское хозяйство, смещая зоны возделывания культур в  северные районы Северной Америки и  Евразии.

Потепление климата приведет к таянию ледников на Северном и  Южном полюсах, в Гренландии и  т.д. По расчетам ученых, увеличение температуры  на 10 градусов по Цельсию вызовет  повышение уровня Мирового океана на 5 – 6 метров, что обусловит затопление многих прибрежных территорий. Например, Бангладеш полностью погрузится в океан.

Но это еще не все. По мнению ряда исследователей, парниковый эффект приведет к совершенно катастрофическим последствиям. Так, в результате глобального  потепления начал таять Гренландский ледник, стекающие с него воды стали  опреснять холодное Лабрадорское течение, берущее начало в одноименном заливе между Гренландией и Канадой. Раньше оно из-за большей плотности (соленая вода плотнее пресной) “подныривало” под теплый, а следовательно, и более легкий Гольфстрим (Северо-Атлантическое течение) и пропускало его на север, обеспечивая комфортный климат всей Европе и восточной части Америки. Но, будучи опресненным, Лабрадор уже не сможет опускаться ниже Гольфстрима и проходить к югу. Оттолкнув Гольфстрим, он снова устремится на север, охлаждая океаны и материки. А это грозит Северному полушарию новым ледниковым периодом, который может наступить уже через 5 – 10 лет. Как один из вариантов развития бедствия возможен следующий: полностью промерзнут низовья сибирских и европейских рек, они разольются и затопят громадные территории. В России, например, это будет полным крахом в экономике.

Так как предполагаемое потепление, вызванное человеческой деятельностью, в основном происходит в результате сжигания топлива, следовательно, для  предотвращения кризиса необходимо изменить практику энергопотребления. По мнению Агентства по охране окружающей среды США, мировое сообщество должно предпринять серьезные меры. Если опасения, связанные с потеплением  климата, оправдаются, то плата за бездействие  будет намного выше, чем затраты  на предотвращение кризиса.

По мнению экологов, наиболее действенным будет повышение  эффективности энергопользования и переход к альтернативным видам топлива: отказ от ископаемых видов топлива, таких, как нефть и уголь. В этом направлении еще предстоит огромная работа.

В 1980 году более 100 миллионов  тонн СО2 было выброшено в атмосферу в восточной части Северной Америки, Европе, западной части СССР и крупных городах Японии. Выбросы СО2 в развитых странах в 1985 году составили 74% от общего объема, а доля развивающихся стран составила 24%. Ученые полагают, что к 2025 году доля развивающихся стран в производстве углекислого газа возрастет до 44%. В последнее время Россия и страны СНГ значительно сократили выбросы в атмосферу СО2 и других тепличных газов, что прежде всего объясняется падением уровня производства. Тем не менее ученые ожидают, что в начале XXI века Россия достигнет прежних объемов выброса в атмосферу тепличных газов.

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 предписывает тридцати восьми индустриально развитым странам сократить к 2008 – 2012 годам выбросы СО2 на 5% по сравнению с уровнем 1990 года: Европейский союз должен сократить выбросы СО2 и других тепличных газов на 8%, США – на 7%, Япония – на 6%.

Протокол предусматривает  систему квот на выбросы тепличных  газов. Суть его в том, что каждая из стран (пока это относится только к тридцати восьми странам, которые  взяли на себя обязательства сократить  выбросы) получает разрешение на выброс определенного количества тепличных  газов. При этом предполагается, что  какие-то страны или компании превысят квоту выбросов. В таких случаях  они смогут купить право на дополнительные выбросы у тех, у кого выбросы  меньше выделенной квоты. Таким образом, планируется сокращение выбросов тепличных  газов в последующие 15 лет на 5%.

“Озоновые дыры”  и пути их предотвращения.

Озоновый слой – это слой атмосферы (стратосферы) с повышенным содержанием озона. Он начинается на высоте около 8 км над полюсами (или 17 км над экватором) и простирается вверх вплоть до 50 км. Концентрация озона в слое очень низкая, и если его выделить в чистом виде и сжать до плотности, которую имеет воздух у поверхности Земли, то толщина озонового слоя не превысит 5 мм.

Озон – аллотропная форма (в том случае, когда элемент имеет несколько простых веществ (они состоят из атомов одного вида), их называют аллотропными формами) кислорода (от греч. “пахнущий”), его молекула состоит из трех атомов кислорода (О3). Озон образуется из кислорода под воздействием ультрафиолетового излучения:

2О2О + О3.

Озон поглощает жесткое (коротковолновое) ультрафиолетовое излучение  Солнца, предохраняя живые организмы  от его губительного воздействия. Поэтому  разрушение озонового слоя приведет к более высоким уровням ультрафиолетового  излучения на поверхности Земли, что будет способствовать увеличению случаев рака кожи у людей, мутаций  у растений и т.п.

В 1985 году британские исследователи  обнародовали данные своих восьмилетних наблюдений. Они обнаружили над Северным и Южным полюсами области атмосферы  с пониженным содержанием озона (до 50 %) – “озоновые дыры”. В настоящее  время большинство ученых пришло к заключению, что озоновый слой земли разрушают так называемые фреоны – хлорфторуглероды (ХФУ), чрезвычайно химически стойкие вещества, применяемые как хладоагенты в холодильниках и наполнители аэрозольных упаковок. Благодаря химической стойкости фреонов ничто в природе неспособно разрушить (утилизировать) их. Диффундируя в атмосфере, пары фреона достигают озонового слоя и там под действием ультрафиолета вступают во взаимодействие с озоном и “проедают” дыру в озоновом слое.

В середине сентября 1987 года представители двадцати четырех  стран встретились в Монреале и подписали соглашение, по которому обязались вдвое сократить использование  озоноразрушающих ХФУ к 1999 году. Однако в связи с ухудшающейся ситуацией в 1990 году в Лондоне были приняты поправки к Монреальскому протоколу, согласно которым в список регулируемых ХФУ вошли еще десять веществ. Было принято решение прекратить использование ХФУ, галогенов и четырехлористого углерода (ССl4) к 2000, а метилхлороформа – к 2005 году.

В результате всех указанных  мер запрета “озоновые дыры”, к сожалению, не исчезли и даже не уменьшились. Возможно, что в их существовании виноваты вовсе не фреоны, а естественные причины: циклическая  активность Солнца, процесс дегазации  Земли и т.п. В любом случае “озоновые дыры” несут в себе угрозу человечеству и требуют постоянного  экологического мониторинга (наблюдения) за ними.

Иная проблема, касающаяся озона, но не связанная с разрушением  озонового слоя, – фотохимический смог: образуясь на свету при протекании реакций оксидов азота с углеводородами, озон, собираясь в нижних слоях  атмосферы (тропосфере), является составной  частью смога.

Наличие озона в тропосфере ускоряет процесс разрушения резиновых  изделий, текстиля, красочных покрытий и т.п., снижает продуктивность сельскохозяйственных культур, замедляет фотосинтез в  растениях и ослабляет их. Так, по оценкам специалистов, в США  ежегодные потери кукурузы, пшеницы, соевых бобов и арахиса, вызванные  озоном, составляют от 1,9 до 4,5 миллиардов долларов.

Кислотные дожди, их причины и методы устранения.

Кислотными дождями называют все виды метеорологических осадков  (дождь, снег, град, туман, дождь со снегом), показатель рН которых меньше, чем среднее значение рН дождевой воды, равное 5,6. Впервые термин “кислотный дождь” был введен в 1872 году английским исследователем Ангусом Смитом при изучении викторианского смога в Манчестере.

Показатель кислотности  воды рН = – lg[CH+], где [CH+] – концентрация ионов водорода. Значение рН нейтрального раствора равняется 7. При растворении кислот в воде концентрация ионов Н+ возрастает, а показатель рН снижается. Для кислых растворов рН< 7, для щелочных pH > 7.

Вода “нормального” дождя  тоже представляет собой слабокислый  раствор. Это происходит вследствие того, что двуокись углерода вступает в реакцию с дождевой водой. При  этом образуется слабая угольная кислота (CO2 + H2OH2CO3). Теоретическое значение рН дождевой воды равняется 5,6 – 5,7. В реальной жизни показатель ее кислотности в разных местах может сильно различаться, что, прежде всего, зависит от состава газов, содержащихся в атмосфере той или иной местности (оксид серы, оксиды азота).

Кислотный дождь образуется в результате химического взаимодействия оксидов серы (SO2 и SO3) и азота (NOх) с водой в атмосфере. Эти вещества выбрасываются автомобильным транспортом, образуются в результате деятельности металлургических и химических предприятий, а также при сжигании ископаемого топлива на электростанциях (при высокой температуре азот горит в кислороде воздуха). Вступая в реакцию с водой, оксиды превращаются в растворы кислот – серной, сернистой, азотистой и азотной. Затем вместе со снегом или дождем они выпадают на землю.

В настоящее время последствия  выпадения кислотных дождей наблюдаются  практически во всех странах Земного  шара. Он оказывает отрицательное  воздействие на водоемы – озера, реки, заливы, пруды, повышая их кислотность  до такого уровня, что в них погибает флора и фауна. Водяные растения лучше всего растут в воде со значениями рН =7 – 9,2. С увеличением кислотности водяные растения гибнут, лишая других животных водоема пищи. При рН = 6 погибают пресноводные креветки, а при повышении рН до 5,5 – донные бактерии, которые разлагают органические вещества и листья, и органический мусор начинает скапливаться на дне. Затем гибнет планктон, он составляет основу пищевой цепи водоемов и питается веществами, образующимися при разложении бактериями органических веществ. Когда рН достигает 4,5,погибает вся рыба, большинство лягушек и насекомых.

По мере повышения кислотности  воды становится возможным растворение  из донных отложений и почв токсичных  тяжелых и легких металлов: кадмия, ртути, свинца, алюминия и др. Люди, пьющие воду с высоким содержанием свинца или принимающие в пищу рыбу, перенасыщенную ртутью, могут приобрести серьезные  заболевания. Возрастание в подкисленной воде содержания алюминия всего лишь до 0,2 мг/л летально для рыб. Резко  сокращается развитие фитопланктона, так как фосфаты, активизирующие этот процесс, соединяются с алюминием  и становятся недоступными для усвоения.