Проблемы парникового эффекта и разрушение озонового слоя

Введение

Современное человечество живет в эпоху небывалого развития научно-технического прогресса, сопровождающегося активным воздействием на природную среду. И хотя в последние десятилетия принимаются меры по ее охране и оздоровлению, тем не менее, общее состояние окружающей среды продолжает ухудшаться.

Усиление техногенного воздействия на природную среду породило целый ряд экологических проблем, из них самые острые связаны с состоянием атмосферного воздуха, водных и земельных ресурсов.

По сравнению с другими компонентами геосферы атмосфера имеет ряд присущих только ей особенностей - высокую подвижность, изменчивость составляющих ее элементов, своеобразие молекулярных реакций, в которых могут участвовать и инертные газы. Состояние атмосферы определяет тепловой режим поверхности Земли, озоновый экран защищает нашу планету от излишней ультрафиолетовой радиации. Соотношение тепла и влаги в атмосфере - основная причина существования географических зон на Земле, определяющих особенности режима рек, почвенно-растительного покрова и важные процессы формирования рельефа.

1. Загрязнение атмосферы и разрушение озонового слоя

Нашу планету омывает единый воздушный океан, который защищает и сохраняет жизнь на Земле. Державы мира могут делить сушу между собой, но находящаяся в вечном движении атмосфера всегда будет общим достоянием человечества. Как компонент природной среды она взаимодействует с Космосом, Мировым океаном и природными водами суши, биотой. Состав атмосферы в значительной мере имеет биогенное происхождение.

Под загрязнением атмосферы понимается процесс привнесения в воздух или образование в нем физических агентов, химических веществ или организмов, неблагоприятно воздействующих на среду жизни или наносящих урон материальным ценностям. В определенном смысле загрязнением можно считать и изъятие из воздуха отдельных газовых ингредиентов (в частности, кислорода) крупными технологическими объектами. И дело не только в том, что попадающие в атмосферу газы, пыль, сера, свинец и другие вещества опасны для человеческого организма - они неблагоприятно влияют на круговороты многих компонентов на земле.

Атмосфера задерживает свыше половины энергии солнечного излучения, достигающего наружной ее границы. Коротковолновое 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 поверхность Земли и от падения метеоритов. Между атмосферой и поверхностью Земли происходит постоянный тепло-, влаго - и газообмен, изменяется атмосферное давление, совершается циркуляция воздуха, что имеет большое значение для погоды.

Большая часть озона располагается в стратосфере на высоте от 12 до 50 км (наибольшая плотность на высоте около 23км). На верхнюю границу атмосферы постоянно обрушивается мощный поток солнечных и иных космических излучений широкого диапазона волн и энергий: гамма-излучения, жесткие рентгеновские и ультрафиолетовые лучи, видимый свет, инфракрасное излучение. Если бы все они смогли достичь земной поверхности, то их мощная энергия мгновенно испепелила бы все живое. Этого не случается благодаря озоновому экрану и ионосфере. Поглощая ультрафиолетовую часть спектра солнечной энергии в диапазоне 0,28 - 0,34 мкм, тонкий слой озона спасает жизнь от смертельно опасной ультрафиолетовой радиации. "Процеженная" через озоновый фильтр, она еще опасна для некоторых организмов, в том числе болезнетворных, но не для человека. Солнечная энергия, поступающая на Землю, создает саму возможность 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 намного превышает возможности к выживанию большинства, если не всех, нынешних форм земной жизни.

Содержание озона в атмосфере незначительно и составляет 0,004% по объему. Озон образуется в атмосфере под действием электрических разрядов, синтезируется из кислорода под действием космической УФ-радиации. В пределах атмосферы повышенные концентрации озона образуют озоновый слой, имеющий решающее значение для обеспечения жизни на Земле. Озоновый экран ослабляет "смертоносную" УФ-радиацию в слое атмосферы между 40 и 15 км над земной поверхностью примерно в 6500 раз. Снижение концентрации стратосферного озона является очень важной глобальной проблемой. Несмотря на малое содержание стратосферного озона, его роль в сохранении биологической жизни Земли исключительно велика. Как уже отмечалось, молекулы озона поглощают жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца, которое разрушает органические молекулы. Это относится и к молекулам ДНК, отвечающим за передачу наследственных признаков. Озонный слой, словно щит, не только оберегает живое вещество от прямого разрушения, но и обеспечивает ход эволюции.

Разрушение озонового экрана на 50% увеличивает в 10 раз УФ-радиацию, что влияет на зрение животных и человека и может оказать другие губительные воздействия на живые организмы. Исчезновение озоносферы привело бы к непредсказуемым последствиям - резкий рост количества заболеваний рака кожи, уничтожению планктона в океане, мутациям растительного и животного мира.

Впервые появление так называемой озоновой "дыры" над Антарктидой было зафиксировано наземными и спутниковыми измерениями в середине 1970-х гг. Площадь этой "дыры" составила 5 млн. м2, и озона в столбе воздуха было на 30-50% меньше нормы. Эта "дыра" в Антарктике наблюдается осенью (сентябрь-ноябрь), а в другие сезоны содержание озона ближе к норме. Заметнее всего уменьшение озона на высотах 15 - 25 км, в слое с максимальным содержанием озона. Позднее выяснилось, что озона в атмосфере становится все меньше и меньше также в средних и высоких широтах Северного полушария зимой-весной (январь-март), особенно над Европой, США, Тихим океаном, Европейской частью России, Восточной Сибирью и Японией. В целом содержание озона в атмосфере за последние два десятилетия значительно уменьшилось.

Было высказано несколько предположений о причинах разрушения озонового слоя: запуск космических кораблей, сверхзвуковые самолеты, значительные масштабы производства фреонов. Впоследствии на основании научных исследований был сделан вывод, что основной причиной являются фреоны, которые широко используются в холодильной технике и в аэрозольных баллончиках.

озоновый слой загрязнение атмосфера

2. Разрушение озонового слоя - проблема мирового масштаба

Международным сообществом был принят ряд мер, направленных на предотвращение разрушения озонового слоя.

В 1975 г. Всемирная метеорологическая организация (ВМО) впервые выступила с заявлением о воздействии на слой озона результатов деятельности 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 "Мировой план действий по озоновому слою", который сейчас реализуется в рамках международного сотрудничества. В Вене в марте 1985 г. состоялась конференция, принявшая Конвенцию по охране озонового слоя, был установлен список веществ, отрицательно влияющих на озоновый слой, и принято решение о взаимном информировании государств о производстве и использовании этих веществ, о принимаемых мерах.

Таким образом, было официально заявлено о пагубном воздействии изменений озонового слоя на здоровье людей и окружающую среду и о том, что меры по охране озонового слоя требуют международного сотрудничества. Решающим стало подписание Монреальского протокола в 1987 г., согласно которому устанавливается контроль за производством и использованием фреонов. Протокол подписали более 70 стран. В соответствии с требованиями этих соглашений производство вредных для озонового слоя фреонов должно быть прекращено к 2010 г.

Подписав Монреальский протокол, Россия взяла на себя определенные обязательства по решению проблемы истощения озонового слоя.

Производство в Российской Федерации озоноразрушающих веществ (ОРВ), перечисленных в приложениях А, В и Е к Монреальскому протоколу по веществам, разрушающим озоновый слой, было прекращено в конце 2000 года. К этим веществам относятся: хлорфторуглероды (ХФУ), четыреххлористый углерод (ЧХУ), метилхлороформ (МХФ), галоны и бромистый метил. Именно эти вещества являются основной причиной истощения озонового слоя. В настоящее время перед нашей страной стоит задача выполнения второго этапа Монреальского протокола - обеспечение поэтапного вывода из обращения ОРВ, перечисленных в приложении C к Монреальскому протоколу, т.е. гидрохлорфторуглеродов (ГХФУ).

К сожалению, универсальной альтернативы самому массовому ГХФУ - R22, способной его заменить во всех видах климатической и холодильной индустрии, нет. Такие хладагенты, как R410А и R134a способны его заменить лишь для ряда видов применения и рассматриваются в качестве временного решения, т.к. гидрофторуглероды (ГФУ) являются мощными парниковыми газами и подпадают под действующие и будущие ограничения в сфере предотвращения глобальных климатических изменений.

Приемлемой с экологической точки зрения (то есть, не способствующей ни деградации озонового слоя, ни возникновению парникового эффекта) альтернативой ГХФУ остаются природные хладагенты, такие, как диоксид углерода, аммиак и углеводороды (пропан, изобутан). Однако у каждого из них есть свои недостатки: углекислотная система требует рабочего давления не ниже 80 бар, аммиак ядовит и горюч, углеводороды взрывоопасны.

В сфере производства вспененных материалов опробованы технологии с использованием альтернативных вспенивающих агентов, практически не уступающих ГХФУ по потребительским свойствам: такие, как диоксид углерода в жидком виде или в смеси с этанолом или водой, пентан и циклопентан, и технологии работы с ними давно отработаны. Проблемы могут возникнуть лишь при техническом перевооружении предприятий, т.к. для его осуществления потребуется замена технологического оборудования и оснастки.

3. Проблема парникового эффекта

По новейшим данным ученых, за 80-е гг. средняя температура воздуха в северном полушарии повысилась по сравнению с концом XIX в. на 0,5-0,6 "С. По прогнозам, к началу 2000 г. средняя температура на планете может повыситься на 1,2 "С по сравнению с доиндустриальной эпохой. Ученые связывают такое повышение температуры в первую очередь с увеличением содержания углекислого газа (диоксида углерода) и аэрозолей в атмосфере. Это приводит к чрезмерному поглощению воздухом теплового излучения Земли. Очевидно, определенную роль в создании так называемого "парникового эффекта" играет и тепло, выделяющееся от ТЭЦ и АЭС.

В связи с наличием в атмосфере водяного пара и углекислого газа она почти не пропускает теплового излучения, создавая так называемый "парниковый эффект". Увеличение содержания углекислого газа в атмосфере в результате человеческой деятельности, процессов горения, в которых сжигается кислород и образуются углекислый газ и другие газы, приводит к усилению "парникового эффекта", может вызвать повышение средней температуры, 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.

Выброс в атмосферу многих га зов: угарного газа (СО), углекислого газа (СО2), углеводородов, т.е. метана (СН4), этана (С2Н6.) и др., которые накапливаются в результате сжигания горючих ископаемых и других производственных процессов - приводят к появлению "парникового эффекта", хотя эти вещества по чти не представляют опасности как самостоятельные загрязнители (за исключением высоких концентраций).

Механизм парникового эффекта достаточно прост. Обычное солнечное излучение при безоблачной погоде и чистой атмосфере сравнительно легко достигает поверхности Земли, поглощается поверхностью почвы, растительностью и др. Нагретые поверхности отдают тепловую энергию снова в атмосферу, но уже в виде длинноволнового излучения, которое не рассеивается, а поглощается молекулами этих газов (СО2 поглощает 18% отдаваемой теплоты), вызывая интенсивное тепловое движение молекул и повышение температуры.

Главная причина глобального потепления это - увеличение содержания в атмосфере парниковых газов, и прежде всего CO2. Огромный "вклад" в парниковый эффект вносит СО2. Источниками поступления углекислого газа в атмосферу являются увеличение объемов сжигания углеводородного топлива, вулканическая деятельность, дыхание растений, животных органического разложение. Однако естественные источники поступления углекислого газа существовали всегда, а значительный рост объемов его поступления в последнее время связано с хозяйственной деятельностью человека. Основными поставщиками углекислого газа за счет сжигания ископаемого топлива (нефть, уголь) служат развитые страны. В целом они выбрасывают его во много раз больше развивающихся стран. Среди "рекордсменов" можно назвать США, Китай, Японию, Великобританию, бывший СССР. Вся Африка выбрасывает углерода за счет сжигания ископаемого топлива в 8 раз, а вся Южная Америка в 2 раза меньше, чем США.

Атмосферные газы (азот, кислород, водяные пары) не поглощают тепловое излучение, а рассеивают его. Концентрация СО2 ежегодно повышается на 0,8-1,5 мг/кг. Считается, что при возрастании содержания СО2 в воздухе вдвое среднегодовая температура повысится на 3-5 "С, что вы зовет глобальное потепление климата, и через 125 лет можно ожидать массового таяния льдов Антарктиды, подъема среднего уровня Мирового океана, затопления значительной части прибрежной территории и других негативных последствий.

 

4. Угроза глобального потепления

Глобальное потепление - одно из наиболее значимых последствий антропогенного загрязнения биосферы. Оно проявляется в изменении климата и биоты: продукционного процесса в экосистемах, сдвиге границ растительных формаций, изменении урожайности сельскохозяйственных культур. Особенно сильные изменения касаются высоких и средних широт Северного полушария. По прогнозам именно здесь наиболее повысится температура атмосферы. Природа этих регионов особенно восприимчива к различным воздействиям и крайне медленно восстанавливается. Зона тайги сдвинется к северу примерно на 100-200 км. Кое-где этот сдвиг будет гораздо меньше или его не будет вовсе. Подъем уровня океана за счет потепления составит 0,1-0,2 м, что может привести к затоплению устьев крупных рек, особенно Сибири.

Средний темп увеличения глобальной средней температуры в течение следующего столетия составит примерно 0,3°С за десятилетие. Такого быстрого увеличения не наблюдалось за последние 10 тыс. лет. К середине 21 в. средняя температура нижних слоев атмосферы повысится примерно на 3°С.

Глобальное потепление приведет к повышению уровня Мирового океана на 50-65 см, в первую очередь за счет таяния ледников суши, а также увеличения объема воды в верхнем слое Океана (в результате так называемого термического расширения). Повышение уровня Мирового океана расценивают как глобальную катастрофу, поскольку, по различным данным, от 30 до 50% населения земного шара живет на его побережье или близкой к нему территории. Серьезная угроза возникнет для некоторых островных государств, приведет к миграции десятков миллионов людей, к затоплению низко расположенных городских районов, продуктивных земель.

Таким образом, в результате человеческой деятельности атмосфера планеты будет нагреваться, этот процесс потепления породит другие процессы, имеющие катастрофические последствия. Поэтому важнейшей задачей является борьба с глобальным потеплением, а, следовательно, с причинами его обуславливающими.

Глобальное потепление вовсе не означает потепление везде и в любое время. Такое потепление происходит только если усреднить температуру по всем географическим локациям и всем сезонам. Так, например, в какой-либо местности может увеличиться средняя температура лета и уменьшиться средняя температура зимы, то есть климат станет более континентальным.

Согласно одной из гипотез, глобальное потепление приведёт к остановке или серьёзному ослаблению Гольфстрима. Это вызовет существенное падение средней температуры в Европе (при этом температура в других регионах повысится, но не обязательно во всех), так как Гольфстрим прогревает континент за счёт переноса тёплой воды из тропиков.

Согласно гипотезе климатологов М. Юинга и У. Донна в криоэре существует колебательный процесс в котором, оледенение (ледниковый период) порождается потеплением климата, а дегляциация (выход из ледникового периода) похолоданием. Это связанно с тем что в Кайнозое, являющемся криоэрой, при оттаивании ледяных полярных шапок, увеличивается количество осадков, в высоких широтах, что зимой приводит к локальному повышению альбедо, с последующим снижением температуры глубинных районов континентов северного полушария, с последующим образованием ледников. При замерзании ледяных полярных шапок, ледники в глубинных районах континентов северного полушария, не получая достаточно подпитки в виде осадков, начинают оттаивать

До недавнего времени большинство исследователей считали сжигание ископаемого топлива едва ли не единственной причиной роста содержания СО2 в воздухе в Х1Х и ХХ вв.

Сегодня среди процессов, нарушающих редукцию почвенно-растительного покрова суши стоят такие, как:

) сведение лесов;

) земледелие;

) перевыпас и ряд других нарушений.

Сведение лесов при строительстве. горных разработках, создании водохранилищ и особенно превращение лесных земель в сельскохозяйственные считается важнейшим процессом, ведущим к невозобновимой убыли органического вещества биосферы.25% содержащегося в атмосфере углекислого газа обязаны своим присутствием этому процессу. Сведение лесов и сжигание топлива по масштабам продуцируемого СО2 сейчас примерно уравновешивают друг друга.

Дигрессия лесов происходит при чрезмерном использовании для отдыха и туризма, при загрязнении воздуха и в ряде других случаев (интенсивная пастьба, подтопление местности, осушение близлежащих болот и др.).

Другой парниковый газ - метан СН4 (болотный газ). Его количество в атмосфере планеты также возрастает в последние десятилетия. Источники метана, увеличивающие его концентрацию в атмосфере, могут быть индустриальными (нефтеперерабатывающая промышленность) и природными (горение лесов, осушение и мелиорация болот, выращивание риса, животноводство). Метан очень эффективный поглотитель инфракрасного излучения, хотя и содержится в атмосфере в значительно меньших количествах, чем диоксид углерода. Но скорость годового нарастания концентрации его почти в два раза больше, чем у диоксида углерода. Поступление метана хорошо коррелируется с ростом численности населения земного шара и связано, по-видимому, с расширением площади заливаемых водой рисовых полей, ростом численности крупного рогатого скота, утечками при добыче нефти, угля и газа. К середине XXI в. ожидается увеличение концентрации СН4 в два раза.

С ростом применения в сельском хозяйстве азотных удобрений и массовых процессов сгорания органики увеличивается атмосферная концентрация закиси азота. Количество NO в воздухе прибавляется на 0,3% в год.

Рост концентрации фреонов также может оказать значительное влияние на климат. На проходившей в 1996 г. в Риме очередной конференции стран - участниц Конвенции по предотвращению климатических изменений еще раз была подтверждена необходимость скоординированных международных действий для решения этой проблемы.

В соответствии с Конвенцией по предотвращению климатических изменений индустриально развитые страны и страны с переходной экономикой приняли на себя обязательства стабилизировать производство парниковых газов, развивающиеся страны приняли на себя обязательства систематически предоставлять отчеты о проводимых мерах в этом направлении.

Многие стороны процесса глобального потепления могут быть благоприятными для человечества (повышение продуктивности растений, расширение возможностей хозяйственного использования территорий с холодным климатом и т.д.). Однако следует учитывать неизбежность ряда трудностей, которые возникнут в связи с этим процессом. Главная из них - необходимость в относительно короткий срок приспособить многие отрасли хозяйственной деятельности к условиям быстро меняющегося климата и других компонентов природной среды".

Скорее всего неверны те утверждения некоторых физиков, что биосфера уже сейчас выполняет функцию буфера и ассимилирует тем больше СО2, чем больше его поступает в атмосферу. Биосфера пока не выполняет такой функции. Наоборот, под действием растущей антропогенной нагрузки она разрушается и становится источником громадных количеств СО2.

Пессимистические прогнозы последствий антропогенного потепления климата основаны на представлении о существовании динамического равновесия между всеми компонентами природной среды и опасности нарушения этого равновесия. В частности, антропогенное потепление климата и связанное с ним уменьшение, а затем и исчезновение масс снега и льда в высоких широтах и на полюсах Земли значительно ослабят меридиональную атмосферную циркуляцию и, как следствие этого, увлажненность материков. Какими бы ни были последствия увеличения СО2 в воздухе, их положительный эффект не идет ни в какое сравнение с отрицательным (таяние материковых ледников и деградация многолетней мерзлоты), который неизбежен в случае "антропогенного перегрева" Земли.

В целом, парниковый эффект атмосферы - это уравнение со многими неизвестными. Большая часть ученых полагает, что потепление реально проявится. Более того, многие утверждают, что глобальное потепление (примерно на 1° в XX в.) уже произошло (по крайней мере, его первая фаза), но оно было как бы замаскировано естественными климатическими изменениями. Однако есть ученые, считающие, что, как это ни парадоксально, ускоряющееся накопление СО2 может привести не к потеплению, а к похолоданию. Подобное мнение основывается на том, что прогноз "перегрева" Земли при удвоении концентрации СО2 в воздухе сделан исходя из ошибочной оценки парникового эффекта этого газа. Считается, что сторонники "перегрева" не учитывают колоссальной роли вод Океана в поглощении антропогенного СО2 и недооценивают значения наземной биоты, и следовательно, почв как мощных ассимиляторов "избыточной" атмосферной углекислоты.

В настоящее время обсуждаются различные меры, которые могли бы воспрепятствовать нарастающему "антропогенному перегреву" Земли. Существует предложение извлекать избыток СО2 из воздуха, сжижать и нагнетать в глубоководные слои океана, используя его естественную циркуляцию. Другое предложение заключается в том, чтобы рассеивать в стратосфере мельчайшие капельки серной кислоты и уменьшать тем самым приход солнечной радиации на земную поверхность.

Огромные масштабы антропогенной редукции биосферы уже сейчас дают основание считать, что решение проблемы СО2 должно осуществляться путем "лечения" самой биосферы, т.е. восстановления почвенного и растительного покрова с максимальными запасами органического вещества всюду, где это возможно.

Одновременно должен быть усилен поиск, направленный на замену ископаемого топлива другими источниками энергии, в первую очередь экологическими безвредными, не требующими расхода кислорода, шире использовать водную, ветровую энергию, а для дальнейшей перспективы - энергию реакцию вещества и антивещества.

Пути решения проблемы чистого воздуха вполне реальна. Первый - борьба с сокращением растительного покрова Земли, планомерное увеличение в его составе специально подобранных пород, очищающих воздух от вредных примесей.

Предстоит провести огромную работу по уменьшению и полному прекращению выброса в атмосферу дыма и других продуктов сгорания. Все более неотложными становятся поиски технологии для "беструбных" промышленных предприятий, работающих по замкнутой технологической схеме - с использованием всех отходов производства.

Заключение

Очевидно, что на планете неуклонно нарастают глобальные экологические проблемы. Они стали проявляться с конца пятидесятых годов в виде ухудшающейся атмосферы, воды, почвы, уменьшения численности лесов и тому подобных явлений. Основная причина деградации естественной среды обитания людей связывалась с завоевательским укладом современного капиталистического общества. Оно призвано обеспечить разнообразными благами быстро увеличивающееся народонаселение мира и поэтому вынуждено постоянно увеличивать свои мощности. Это ведет к негативным "побочным" явлениям.

Деятельность человека столь грандиозна по размаху, что уже приобрела глобальный природообразующий масштаб. До сих пор мы по преимуществу искали, как можно больше взять у природы. И поиск в этом направлении будет продолжаться. Но наступает пора столь же целеустремленно поработать и над тем, как отдать природе то, что мы у нее забираем. Нет сомнения, что гений человечества способен решить и эту грандиозную задачу.

Список используемой литературы

1.А.Д. Данилов, И.Л. Кароль. Атмосферный озон - сенсации и реальность. Л. Гидрометиоиздат 1991.

2.Александров, Ю.А. Израэль, И.Л. Кароль, А.Х. Хргиан. Озоновый щит Земли и его изменения. СПб. Гидрометиоиздат 1992.