Парниковий ефект

Клімат на нашій планеті в минулому періодично зміню­вався. За тисячі й мільйони років чергувалися періоди знач­ного похолодання й навіть зледеніння та теплі епохи. Нині ж учені дуже занепокоєні: схоже на те, що Земля розігрі­вається значно швидше, ніж це було будь-коли в минуло­му. Це спричинено швидким збільшенням вмісту в атмо­сфері вуглекислого газу В земній атмосфері вуглекислий газ діє як скло в парнику: пропускає сонячне світло, але затримує тепло розігрітої Сонцем поверхні Землі. Це ви­кликає розігрівання планети, відоме під назвою парникового ефекту. «Мені здається,— пише У. Болдерс, президент На­ціонального центру вивчення атмосфери (США),— що зу­пинити це явище ніяк не можна. Парниковий ефект може бути трохи більшим чи трохи меншим, але він неминучий». Інші вчені-кліматологи настроєні не так категорично. Спра­ва в тому, що клімат Землі залежить від багатьох факто­рів— одні зумовлюють потепління, інші — похолодання, а які переважають, сказати з певністю не можна..

Останнім часом тривога вчених з приводу парникового ефекту зросла. Виявилося що, крім СО2 парниковий ефект викликають деякі інші гази, які називають малими доміш­ками. Моделювання на ЕОМ, проведене І. Каролем, свід­чить, що подвоєння в атмосфері вмісту оксиду азоту (N20) підвищило б температуру на 0,7°С, метану (СН₄)—на 0,4, водяної пари (Н₂0) — на 0,3, фторхлорметанів, або фреонів (СFСІз, СF₂С1₂ тощо),—на 0,8 °С.

У чому ж небезпека парникового ефекту? Як свідчать розрахунки вчених, підвищення середньої річної темпера­тури Землі на 2,5 °С викличе значні зміни на Землі, біль­шість яких для людей буде мати негативні наслідки. Пар­никовий ефект змінить такі критично важливі перемінні ве­личини, як опади, вітер, шар хмар, океанські течії, а також розміри полярних крижаних шапок. Внутрішні райони кон­тинентів стануть більш сухими, а узбережжя вологішими, зими — коротшими й теплішими, а літо — тривалішим і жаркішим. Основні кліматичні зони змістяться на північ (у північній півкулі) приблизно на 400 км. Це викличе по­тепління в зоні тундри, танення шару вічної мерзлоти у ви­соких широтах. З одного боку, покращаться умови судно­плавства в полярних морях, які значною мірою звільняться від криги, з іншого — значно зросте кількість небезпечних для судноплавства айсбергів, особливо в Атлантичному й Індійському океанах, тобто на найбільш напружених суд­ноплавних трасах. Найнеприємнішими для людства є два наслідки пар­никового ефекту. Перший — значне збільшення посушли­вості в середніх широтах, тобто в основних зернових райо­нах (Україна, чорноземна зона Росії, Кубань, «зернові»штати США). Клімат тут стане напівпустельним, і врожаї зерна різко скоротяться. Другий — це підйом рівня Світо­вого океану на 2—3 м за рахунок танення полярних льодо­вих шапок. Це викличе затоплення багатьох прибережних ділянок, де живуть мільйони людей, міст, портів тощо. Наприклад, така густонаселена (150 млн. чоловік) держа­ва, як Бангладеш, майже повністю буде затоплена, піде під воду Венеція тощо.

Моделлю «парникового ефекту» є клімат на Венері. Її щільна атмосфера, що на 98 % складається з вуглекислого газу, за рахунок цього явища розжарена до 500° С (за та­кої температури залізо стає червоним).

Кліматичні зміни можуть відбуватися не лише завдяки впливу людства на склад атмосфери, а й внаслідок зміни ним типу поверхні Землі. Заміна лісів культурними план­таціями призводить до зниження випаровування й збіль­шення прямої тепловіддачі. Зменшується жорсткість по­верхні, що впливає на циркуляцію шарів атмосфери.

Крім того, людство ще й безпосередньо підігріває ат­мосферу Землі за рахунок спалювання великої кількості нафти, вугілля, торфу тощо, а також роботи АЕС. Промис­ловість світу нині виділяє в атмосферу понад 3-10¹⁴ МДж тепла щорічно. Ця кількість поки що становить лише 0,01 % енергії Сонця, що досягає атмосфери Землі. Проте в деяких промислових районах концентрація теплової енергії за рахунок промисловості збільшилася вже в сотні разів. З'явилися теплі ореоли над містами й промисловими центра­ми, де теплові аномалії вже на кілька градусів перевищують норму. Такі теплі плями добре.помітні з Космосу під час теплової зйомки.

Швидко зростаюче населення африканських і латино­американських країн дуже активно вирубує тропічні ліси. За підрахунками експертів ООН, у найближчі 20 років бу­де знищено 12—15 млн. км² цих лісів, тобто більше полови­ни їх площі. Крім зменшення кількості кисню, що надходить у атмосферу з цього джерела, відбудеться глобальне охо­лодження атмосфери. Підраховано, що за всю історію люд­ства винищення лісів вже охолодило поверхню Землі май­же на 1 °С.

Таким чином, види діяльності людини, що спричинюють кліматичні зміни, мають різні наслідки. Одні з них підви­щують температуру (викиди в атмосферу СО2 й інших «пар­никових» газів), інші знижують її й викликають антипарниковий ефект (зведення лісів, запорошення повітря сажею й пилом тощо). Для точного прогнозування майбутніх змін потрібен добре налагоджений моніторинг. Як вважає вчений М. Келлі, переможцями у разі глобальних змін клі­мату будуть ті, хто думає й планує заздалегідь, а втрат зазнають люди, які реагують лише тоді, коли криза вже наступила.

3. ОЗОНОВА ДІРА В АТМОСФЕРІ

Життя на Землі залежить від енергії Сонця. Ця енергія надходить у вигляді різних випромінювань. Серед них пере­важають промені видимого світла, а також довгохвильові (інфрачервоні, або теплові) й короткохвильові (ультрафіо­летові). Ультрафіолетове (УФ) випромінювання має най­більшу енергію, є фізіологічно активним — діє на живу матерію. Ці промені залежно від довжини хвилі (чим вона менша, тим вища енергія хвилі) можуть викликати фізіо­логічні зміни в організмах, призводити до розриву молекул білків, мутацій, переважно несприятливих. Увесь потік УФ променів Сонця, що доходить до земної атмосфери, умовно поділяють на три види: УФ-А (довжина хвилі 400—315 нм); УФ-В (315—280); УФ-С (менше 280 нм). Надзвичайно шкідливими для життя, навіть смертельними, є УФ-В і особливо УФ-С. Що ж захищає нас і всю біосферу від згуб­ної дії короткохвильового ультрафіолетового випромінюван­ня Сонця? Це — озоновий шар атмосфери.

На висоті 20—50 км, як вже згадувалося, повітря міс­тить підвищену кількість озону, тобто кисню, молекула якого складається з трьох атомів (0₃). Цей газ добре відо­мий вченим. Деяка кількість його утворюється, наприклад, під час грози. Він є дуже сильним окисником, на чому й за­сноване його застосування в техніці (наприклад, для знеза­раження води). Як же озон утворюється в стратосфері? Виявляється, за рахунок молекул звичайного, двоатомного кисню 02, що поглинає жорстке високоенергетичне випромі­нювання УФ-В і УФ-С. Енергія цих променів витрачається на фотохімічну реакцію утворення озону з кисню. В резуль­таті УФ-В і УФ-С до поверхні Землі не доходять, озоновий шар для них такий же непрозорий, як, скажімо, чорний па­пір. Цікаво, що озону в цьому шарі міститься дуже мало, на рівні моря він утворив би шар товщиною 2—3 мм. Не­зважаючи на малу густину, озоновий щит надійно захищає все живе від дії УФ-променів.

До поверхні Землі доходять довгохвильові УФ-промені діапазону УФ-А. Від їх негативної дії наш організм вміє захищатися, синтезуючи в шкірі шар темної речовини — меланіну (засмага). Проте тривале перебування на сонці, коли в шкірі ще немає меланіну, викликає її почервоніння, запалення, головний біль тощо.

Озоновий шар містився у атмосфері не завжди. Протя­гом тривалого часу ранньої історії Землі, коли в складі її атмосфери не було кисню, не утворювався й озон. Ультра­фіолетові промені вільно досягали поверхні Землі й стерилізували її краще, ніж нині це роблять УФ-випромінювачі в хірургічних клініках. І лише тоді, коли в повітрі з'явила­ся якась мінімальна кількість кисню (принаймні 10 % його вмісту на сьогодні), життя змогло піднятися з глибини океану до його поверхні, а згодом й вийти на суходіл.

Останнім часом вчені надзвичайно занепокоєні, бо спо­стереження метеорологів, які працюють у Антарктиді, свід­чать, що озоновий шар над цим материком почав зменшува­тися. В ньому виникла пульсуюча діра, вміст озону в які» менший від звичайного на 40—50%. Ця діра з'являється антарктичною весною (з серпня по жовтень), а антарктич­ного літа зменшує свою площу. Проте існує тенденція до збільшення її площі з року в рік (рис. 12). Нині вона не затягується влітку, а її площа перевищує площу материка Антарктиди. Встановлено підвищення Уф-фону в країнах, розташованих у Південній півкулі ближче до Антарктиди, перш за все у Новій Зеландії. Медики цієї країни конста­тують збільшення захворювань, зумовлених підвищеним УФ-фоном, таких, як рак шкіри й катаракта очей.

Тривожні повідомлення надходять з Північної півкулі: й тут виявлено озонову діру (над Шпіцбергеном), щоправ­да, менших розмірів, ніж над Антарктидою. Зниження вміс­ту озону в атмосфері загрожує зменшенням врожаїв сіль­ськогосподарських рослин, захворюваннями тварин і лю­дей, збільшенням шкідливих мутацій тощо, а якщо озон зникне зовсім, буде знищено все живе на нашій планеті. Наскільки ж великою є така небезпека і чим спричинена поява й збільшення дір у озоновому шарі? На думку вчених, серйозна загроза зникнення озонового шару спричинить до тяжких наслідків. Щодо причин появи озонових дір єдиної думки немає. Встановлено, що руйнуванню озонового шару сприяють деякі хімічні речовини, які вступають у реакцію з озоном і розкладають його на кисень. У результаті на Землю надходить більше УФ-променів. Такі зв'язуючі озон речовини є в природі (наприклад, окиси азоту), проте в де далі зростаючих кількостях вони викидаються в атмосферу за рахунок діяльності людей. Мова йде, перш за все, про хлорфторметани (фреони й галони), такі як СFСз (фреон 11), СF₂С1₂ (фреон-12), СFзСІВг (галон 1211) тощо. Вони широко використовуються в промисловості (як холодоаген­ти в рефрижераторах і для очищення мікросхем) та побуті (аерозольна упаковка балончиків для фарби, лаку, парфу­мів). У 1980 р. країни Північної Америки та Західної Єв­ропи випустили аж 5 млрд. таких балончиків. Усього ж в сві­ті щорічно виробляється кілька мільйонів тонн фреонів.,

Для людини фреони та їх пари не шкідливі, проте вони надзвичайно стійкі — в атмосфері можуть зберігатися до 80 років. Пари фреонів, врешті-решт, з висхідними течіями повітря потрапляють у стратосферу. Під впливом УФ-випромінювання Сонця їх молекули розпадаються, вивільняючи атоми хлору. Ця речовина діє як дуже сильний каталіза­тор, розкладаючи молекули озону до кисню. Один атом хлору здатний розкласти 100 тис. молекул озону.

Під загрозою зникнення озонового шару керівники ба­гатьох країн вирішили вжити енергійних заходів. У 1985 р. у Відні урядами більшості країн світу було підписано кон­венцію, а в 1985 р. в Монреалі протокол по охороні атмо­сферного озону. Учасники конвенції взяли на себе зобов'я­зання до 2000 року зменшити на 50 % споживання фреонів, а потім і зовсім відмовитися від них, замінивши їх безпеч­ними сполуками.

До чого може призвести зникнення озонового шару свід­чать досліди, проведені в 70-х роках американськими вій­ськовими, які розробляли озонову зброю. Як повідомляла американська преса, над одним з ненаселених тихоокеансь­ких атолів було запущено ракету, яка розпорошила в озоно­вому шарі спеціальний реагент, що повністю зв'язав озон, утворивши над цим острівцем діру, що існувала кілька го­дин. Кілька годин поверхня острова опромінювалася смер­тельною УФ-радіацією. В результаті на острові загинуло все живе: рослини, тварини, бактерії тощо. Залишилося кі­лька черепах, тіло яких захищене товстим панциром, проте їх очі було випалено ультрафіолетом.

Значної шкоди озоновому шару завдають також польоти висотних літаків, у вихлопних газах яких є окиси азоту, а також запуски космічних апаратів, особливо таких, як аме­риканські «Спейс Шаттли», що працюють на твердому па­ливі й викидають особливо багато таких окисів. Підрахова­но, що 300 запусків «Спейс Шаттлів» підряд могли б пов­ністю зруйнувати озоновий щит Землі.

Крім озону, що є в стратосфері, в приземному шарі по­вітря Землі подекуди зареєстровано підвищений вміст озо­ну, його джерелом є вихлопні гази автомобілів, особливо тих, у яких погано відрегульовані двигуни. В поєднанні з певними атмосферними умовами (відсутність вітру тощо) у великих містах, таких як Токіо, Мехіко, Лос-Анджелес, утворюється фотохімічний смог.

4.КИСЛОТНІ ДОЩІ.

Оксиди сірки й азоту, що потрапляють у атмосферу вна­слідок роботи ТЕС і автомобільних двигунів, сполучаючись з атмосферною вологою, утворюють дрібні крапельки сір­чаної та азотної кислот, які переносяться вітрами у вигляді кислотного туману й випадають на землю кислотними дощами.Кислотність чистої води становить 7, тобто її pH =7. Чим менше значення pH, тим вища кислотність води. Дощ вважається кислотним, якщо його pH < 5,6. Дощова вода з pH = 4 уже становить серйозну екологічну проблему. Нині в деяких промислових регіонах світу бувають кислотні дощі з pH <4.

Кислотні дощі мають шкідливу дію на фактори навколишньо­го середовища:

- врожайність багатьох сільськогосподарських культур знижується на 3—8 % внаслідок ушкодження листя кисло­тами; - кислі опади спричинюють вимивання з грунту кальцію,, калію й магнію, що викликає деградацію фауни та флори; - деградують і гинуть ліси (особливо вразливими до дії кислотних дощів виявилися кедр, бук і тис); - отруюється вода озер і ставків, у яких гине риба (в пер­шу чергу цінні види — лосось, форель тощо) і численні ви­ди комах; - зникнення комах у водоймах призводить до щезання птахів і тварин, які ними живляться; - зникнення лісів у гірських районах (Карпати) зумовлює збільшення кількості гірських зсувів і селів; різко прискорюється руйнування пам'ятників архітектури, житлових будинків, особливо тих, що оздоблені мар­муром, вапняком;

- вдихання людьми повітря, забрудненого кислотним ту­маном, спричинює захворювання дихальних шляхів, по­дразнення очей тощо.

Взимку поблизу ТЕС, металургійних заводів тощо інколи випадає також кислотний сніг. Він є ще більш шкідливим, ніж кислотний дощ. Як встановив англійський дослідник Т. Девіс, райони, де випадає такий сніг, одержують одразу чотирьох-п'ятимісячну дозу забруднення, а під час танення навесні відбувається процес концентрації шкідливих речо­вин, тому тала вода інколи містить вдесятеро більше кислот, ніж сніг, який Девіс називає «екологічною бомбою уповіль­неної дії».

Деякі країни вже нині відчувають шкідливу дію кислот­них дощів. Так, за даними екологів, у Швейцарії від кис­лотних дощів засихає третина лісів, 69 % оглянутих буко­вих дерев у лісах Великобританії всихають з верхівок. У Швеції 18 тис. озер отруєно цими дощами, з них у 9 тис. риба вже частково вимерла, а в 4 тис. зникла зовсім. Великою загрозою є «інтернаціональний» характер цього забруднення, бо повітряні течії розносять кислотні тумани на тисячі кілометрів від місць їх виникнення. Ті ж, наприклад, шведські озера пошкодили кислотні дощі, які утворилися через викиди ТЕС і металургійних підприємств Великобританії. Пануючі в цьому районі західні вітри роз­носять отруту далеко від Британських островів — аж до Скандинавії. Кислотні дощі в Канаді принесені з США, в Україні — з Румунії, а в Румунії — з України тощо.

СМОГ

Смог серйозно зашкодив здоров'ю сотень тисяч жителів таких міст, як Лос-Анджелес, Нью-Йорк, Чикаго, Бостон, Детройт, Токіо, Лондон, Мілан, Мехіко. Найближчим ча­сом це явище може виникнути в найбільших наших інду­стріальних містах і містах, перенавантажених автотранс­портом (Київ, Одеса, Харків, Ялта, Сімферополь, Баку, Батумі, Тбілісі, Алма-Ата, Новокузнецьк, Мідногорськ, Єре­ван, Кемерово, Ангарськ, Новотроїцьк та ін.). Сприятли­вими умовами для появи смогу є сонячні літні, безвітряні ДНІ.

У грудні 1952 р. звістка про смог облетіла весь світ, ко­ли в Лондоні від нього загинуло близько 4 тис. чоловік. Це був так званий чорний смог, що виник внаслідок надлишку в повітрі міста комплексу шкідливих газів (в основному N02 — 5—10 мг/м³ і більше, в результаті спалювання ву­гілля, соляру й мазуту на промислових підприємствах і теплоцентралях Лондона.

А ще перед другою світовою війною білий фотохімічний смог почав з'являтися над Лос-Анджелесом в результаті ве­ликої загазованості міста, спричиненої автотранспортом. Найбільшої шкоди він став завдавати в 70-80-х роках. Останнім часом завдяки системі чіткого автоматизованого регулювання рухом автотранспорту, переходу на нові ти­пи двигунів і нові види пального, застосування в машинах спеціальних газофільтрів смог у Лос-Анджелесі став з'явля­тися значно рідше. У разі перевищення уповітрі встанов­леної норми забруднювачів автоматично включаються спе­ціальні сирени, зупиняється рух автотранспорту, виклю­чаються двигуни. Завдяки заходам по охороні повітря в США, Японії, Франції, Великобританії, Канаді рівень за­газованості міст щорічно знижується приблизно на 5 %.

А на території колишнього СРСР У 1989—1991 рр. у містах Ангарську, Оренбурзі, Нижньому Тагилі реєстру­валися випадки масових отруєнь брудним повітрям.

Дослідження американських, англійських і японських вчених свідчать, що смог виникає в результаті складних фотохімічних реакцій у повітрі, забрудненому вуглеводня­ми, пилом, сажею і оксидами азоту під впливом сонячного світла, підвищеної температури нижніх шарів повітря й ве­ликої кількості озону (озон виділяється і в результаті роз­паду двоокису азоту під дією олефінів). У сухому (воло­гість 70 %) загазованому й теплому повітрі внаслідок впли­ву сонячного проміння виникає синювато-прозорий туман, який складається з озону (понад 3 мг/м³) й інших речовин, що значно токсичніші за первинні забруднювачі повітря. Туман неприємно пахне, подразнює очі, горло, спричинює задуху, бронхіальну астму, порушення вітамінного обміну, сну в дітей, емфізему легенів. Листя починає в'янути, стає плямистим, набуває сріблястого або бронзового кольору. Набагато прискорюється корозія металу, руйнування мар­муру, вапняку, фарби, гуми, синтетичних виробів, швидко псується одяг, взуття, порушується рух транспорту.

Дата добавления: 2015-11-14