Усиление парникового эффекта и его последствия

Климат за всю историю существования планеты менялся неоднократно. По мнению ученых за последние 3 млрд. лет наблюдались по меньшей мере шесть глобальных оледенений. В эти периоды средняя температура на Земле опускалась до + 8 0С (сегодня средняя температура на Земле составляет +14 0С). Тропический и субтропический климат в это время был характерен только для весьма узкой полосы, охватывающей приэкваториальные широты. Однако более длительное время на Земле господствовал очень теплый климат. Средние температуры в это время превышали +20 -+220С. На полюсах не только отсутствовали ледяные шапки, но и была растительность. В приполярных морях жили теплолюбивые организмы, а на суше, далеко за полярным кругом, располагались лесные массивы. По мнению ученых, существует несколько причин таких кардинальных смен природных условий. Одна из причин климатических колебаний – периодическое изменение положение Земли в космическом пространстве и неравномерное поступление солнечной энергии. Другой причиной климатических изменений является атмосфера, через которую на поверхность поступает солнечная радиация, ее прозрачность и концентрация в ней ряда газов.

Атмосфера имеет сложный химический состав. Основными компонентами атмосферы являются азот, кислород и аргон. Однако кроме этих газов в атмосфере содержится множество примесей, среди которых особо следует выделить парниковые газы. К парниковым газам относятся: диоксид углерода (СО₂), метан (СН₄), хлорфторуглеводороды (ХФУ), озон (О₃), оксиды азота (N2O). Благодаря этим газам, на планете сформировался естественный парниковый эффект, который имеет огромное значение для живых организмов планеты.

Рассмотрим как формируется естественный парниковый эффект.

От Солнца к Земле поступает огромное количество электромагнитного излучения оптического диапазона. Порядка 1% этой энергии используется растениями в процессе фотосинтеза, часть энергии (более 30%) расходуется на нагревание земной поверхности, т.е. поглощается поверхностью планеты и облаками. Поглощенная энергия переизлучается Землей и ее атмосферой уже в инфракрасном диапазоне, т.е. в виде тепла. Большая часть инфракрасного (теплового) переизлучения (85%) задерживается атмосферой и ее облаками и возвращается к поверхности Земли, т.е. атмосфера действует как крыша теплицы. Она пропускает внутрь большую часть солнечного излучения и почти не пропускает наружу тепло, переизлучаемое Землей. Это происходит из-за того, что в атмосфере содержатся газы, называемые парниковыми, которые способны поглощать тепловое (инфракрасное) излучение. Роль естественного парникового эффекта для живых организмов заключается в следующем.

· во-первых, благодаря парниковому эффекту приземный слой атмосферы нагревается дополнительно на 13 - 15 ⁰С, что существенно расширяет возможности жизнедеятельности многих видов;

· во-вторых, парниковый эффект смягчает различия между дневными и ночными температурами.

В двадцатом веке ученые заметили постепенный рост среднегодовой температуры. С 1885 года по 1981 год средняя температура увеличилась на 0,75 ⁰С. Расчеты ученых показывают, что в 2005 году средняя температура будет на 1,3 ⁰С выше, чем в 1980 году. В докладе, подготовленном под эгидой ООН международной группой по проблемам климатических изменений, утверждается, что к 2100 году температура на Земле может увеличиться на 2-4 ⁰С.

По мнению многих ученых усиление парникового эффекта, связано с рядом причин:

Во-первых, с повышением концентраций в атмосфере таких парниковых газов как СО2, СН4, N2O.

Во-вторых, с гибелью лесов на огромных площадях и деградацией видового разнообразия. Леса играют колоссальную роль в биогеохимическом круговороте углерода. В частности, академик Кондратьев, считает, что именно эта причина основной причиной изменения климата.

Концентрации парниковых газов в атмосфере растут быстрыми темпами. В конце двадцатого века в атмосферу ежедневно поступало порядка 60 млн. т. парниковых газов.

Основными источниками выделения СО2 являются

· объекты теплоэнергетики;

· транспорт.

· многочисленные лесные пожары.

Объемы сжигаемого органического топлива стремительно увеличиваются с каждым годом. Человек за короткий промежуток времени извлек из земной коры то, что копилось в ней в течении 4 млдр. лет и теперь распыляет все в окружающей среде.

Метан поступает в окружающую среду

· от объектов газовой промышленности. Очень много его поступает в результате утечек природного газа во время добычи и транспортировки. Высокие объемы утечек в нашей стране связаны с тем, что основное оборудование физически изношено (средний возраст газопроводов превышает 20 лет).

· От предприятий угольной промышленности. Метан выделяется при добыче угля, транспортировке, переработке, хранении и подготовке к сжиганию.

· От многочисленных свалок и полигонов, в результате гниения биомассы выделяется значительное количество метана.

· От объектов с/х, базирующегося на выращивании риса. И от животноводческих комплексов.

Закись азота поступает в окружающую среду в результате внесения азотных удобрений в почвы, от ряда предприятий химической отрасли.

ХФУ поступают в атмосферу в результате утечек этих веществ на предприятиях химии, приборостроения и др.

Каковы возможные последствия дальнейшего усиления парникового эффекта?

Масштабы потепления за этот относительно короткий срок будут сопоставимы с потеплением, произошедшим на Земле после ледникового периода, а значит, последствия потепления могут быть катастрофическими. Основными из возможных последствий являются:

· повышение уровня мирового океана, вследствие таяния полярных льдов. Моделируя последствия повышения уровня океана всего лишь на 0,5 – 2 м, которое может наблюдаться к концу двадцать первого века, ученые установили, что это неизбежно приведет к затоплению приморских равнин в более чем 30 странах;

· потепление вод мирового океана, что может привести к гибели стенотермных организмов. Например, исландские рыбаки уже констатируют снижение улова сельди в последнее десятилетие. Это многие специалисты объясняют потепление вод Мирового океана.

· нарушение климатического равновесия (засухи и наводнения, ураганы, смерчи и др.); что несомненно обострит С/Х проблемы и приведет к обострению продовольственного кризиса во многих странах.

· деградация мерзлых пород, заболачивание обширных территорий. Это может привести к огромным экономических потерям (разрушатся коммуникации и строительные сооружения, погибнет флора и фауна и др.

· Изменение массы вод Мирового океана может вызвать активизацию тектонических явлений - землетрясений, извержений вулканов.

Следует отметить, что ряд ученых в усилении парникового эффекта видят положительные экологические последствия (Вронский, 1993). По их мнению, повышение концентрации углекислого газа приведет к усилению процесса фотосинтеза, увеличению продуктивности естественных и искусственных экологических систем, в которых районах Земли. Однако сомнения не вызывает тот факт, что выигравших в результате потепления, будет намного меньше, чем проигравших.

Понимая всю тяжесть возможных последствий из-за усиления парникового эффекта, международные организации реализуют политику, направленную на сокращение выбросов парниковых газов.

Первое место по выбросам парниковых газов занимают Северная Америка (35%), второе - Западная Европа (26%), Китай (13%), Россия (12%). Таким образом, основными поставщиками парниковых газов в мире являются промышленно развитые страны и развивающиеся страны со стремительно развивающейся экономикой.

На международной конференции в Торонто (Канада) в 1985 году перед энергетикой всего мира поставлена задача: сократить к 2005 году на 20% промышленные выбросы углерода в атмосферу.

С целью предотвращения усиления парникового эффекта было принято Международное соглашение (Киотский протокол) по ограничению выбросов парниковых газов. Но этот документ является скорее средством политической игры, а не документом, направленном на существенное сокращение выбросов парниковых газов. Следует отметить, что до сих пор страны, являющиеся основными поставщиками парниковых газов не ратифицировали этот протокол. Это связано с рядом экономических причин.

Можно выделить следующие пути снижения парникового эффекта:

· Понижение энергоемкости производства, т.е. внедрение энергосберегающих технологий;

· Сокращение производства энергии за счет сжигания топлива (необходимо использовать чистые, не лимитированные источники энергии);

· Сократить выбросы углекислого газа от автотранспорта (переход к использованию электромобилей, использование водородных двигателей);

· Газификация энергетики, т.е. сокращение использования угля и нефтепродуктов;

· Восстановление лесов;

· Сокращение количества отходов, поступающих на полигоны, свалки.

Нарушение озонового слоя.

Озоновый слой охватывает весь земной шар и располагается на высоте 10-50 км с максимальной концентрацией озона на высоте 20-25 км в стратосфере. В стратосфере озон образуется из молекулярного кислорода под действием ультрафиолетовых лучей. Насыщенность атмосферы озоном постоянно меняется, достигая максимума весной в приполярной области. Озон (О₃) представляет собой едкий и ядовитый газ. В приземном слое он способствует образованию фотохимического смога, оказывает разрушающее действие на полимерные материалы, разрушает изделия из резины, искусственной кожи.

Озон выполняет в стратосфере две основные роли: во-первых, озон поглощает большую часть жесткого ультрафиолетового излучения, губительного для большинства живых организмов; во-вторых, озон создает оптимальный световой и термический режимы земной поверхности, благоприятные для существования живых организмов на Земле.

Впервые истощение озонового слоя привлекло внимание широкой общественности в 70-е годы двадцатого столетия, когда над Антарктидой было обнаружено пространство с пониженным (до 50%) содержанием озона, получившее название «озоновой дыры». Феномен образования «озоновых дыр» именно над Антарктидой объясняется тем, что озон особенно быстро разрушается при низких температурах. В 1994 году была зарегистрирована гигантская «озоновая дыра», захватившая территории Западной и Восточной Европы, Северной Азии и Северной Америки. В 1995 году ученые Центральной аэрологической обсерватории (ЦАО) Росгидромета зарегистрировали катастрофическое падение (на 40%) озона над районами Восточной Сибири. С тех пор результаты измерений подтверждают повсеместное уменьшение озонового слоя практически на всей планете. Так, например, в России за последние 10 лет концентрация озона снизилась на 4-6 % в зимнее время и на 3% - в летнее.

Среди ученых нет единого мнения по вопросу причины разрушения озонового слоя. Ряд ученых считают, что основной причиной разрушения озона является влияние космического излучения на атмосферу. Однако большинство ученых считают, что причиной разрушение озонового слоя является загрязнение среды озоноразрушающими веществами.

Главную опасность для атмосферного озона представляет группа химических веществ, называемых хлорфторуглеводородами (часто их называют фреонами). Впервые эти вещества были синтезированы в 1928 году. Эти вещества нетоксичны, инертны, чрезвычайно стабильны, не горят, не растворяются в воде, удобны в производстве и хранении, и поэтому сфера применения фреонов динамично расширялась. В большом количестве их стали использовать в качестве хладагентов при изготовлении холодильников. Затем они стали использоваться в системах кондиционирования воздуха. Фреоны нашли широкое применение в электронной промышленности, при производстве пенополиуритана.

С 1950 года объем мирового производства ХФУ ежегодно возрастал на 7-10 %. Пик мирового производства ХФУ пришелся на 1987-1988 гг. и составил около 1,2-1,4 млн.т в год, из которых на долю США приходилось около 35%. Некоторые виды ХФУ, попав в атмосферу, могут существовать в ней 75-100 лет.

Механизм действия ХФУ на молекулы озона следующий. Попадая в верхние слои атмосферы, молекулы ХФУ становятся активными. Под воздействием УФ-излучения на эти молекулы химические связи в них нарушаются. В результате выделяется хлор, который, взаимодействуя с молекулой озона, разрушает ее. В результате образуется окись хлора и молекулярный кислород. Образовавшаяся окись хлора является неустойчивым соединением, которое легко распадается и «освободившийся» хлор вступает в реакцию со следующей молекулой озона. Таким образом, активности хлора хватает на то, чтобы разрушить десятки тысяч молекул озона.

По мнению многих ученых, молекулы озона разрушаются под воздействием оксидов азота, ряда тяжелых металлов, брома, фтора. В частности, оксиды азота попадают в стратосферу при работе двигателей высотной авиации.

Лидерами по выбросу озоноразрушающих веществ являются США, страны Западной Европы, Россия, Индия.

Последствия разрушения озонового слоя следующие:

· во-первых, климатические изменения на планете. Многие ученые предполагают возможное изменение количества осадков, перераспределение их между зимой и летом;

· во-вторых, повышение заболеваемости раком кожи и катарактой глаз. Установлено, что 1%-ное снижение концентрации озона в стратосфере вызывает 4% -ный скачок в распространении рака кожи. Вызывая рак кожи и ее старение, ультрафиолетовые лучи одновременно подавляют иммунную систему, что приводит к возникновению инфекционных, вирусных, паразитарных и других заболеваний, к которым относится корь, туберкулез и др. Миллионы жителей планеты полностью или частично потеряли зрение из-за катаракты – болезни, которая возникает в результате повышенной солнечной радиации.

· в-третьих, рост губительного воздействия ультрафиолетового излучения вызывает деградацию экосистем и генофонда флоры и фауны, снижает продуктивность природных экологических систем. К ультрафиолетовым лучам очень чувствительны хвойные деревья и злаки, овощи, бахчевые культуры, бобовые. Особенно опасна гибель океанического планктона, т.к. это приведет к нарушению трофической структуры океана.

Понимая всю серьезность возможных последствий разрушения озонового слоя, международные организации пытаются регулировать количество ХФУ и прочих озоноразрушающих веществ, поступающих в атмосферу. Были приняты международные соглашения, обязывающие стран-участниц сократить использование озоноразрушающих веществ. Многие страны мира разрабатывают и осуществляют мероприятия по выполнению Венской конвенции по охране озонового слоя (1985) и Монреальского протокола (1987) по веществам, разрушающим озоновый слой. Согласно международным соглашениям промышленно развитые страны должны полностью прекратить производство фреонов и тетрахлорида углерода. Развивающие страны должны прекратить производство озоноразрушающих веществ к 2010 году. Россия из-за тяжелого экономического положения попросила отсрочку на 3-4 года. США еще в 1978 году ввели запрет на использование ХФУ – аэрозолей.

Дата добавления: 2015-08-05