Проблема «парникового» или «тепличного» эффекта

Тема

Экологические проблемы атмосферы

Цель изучения темы: свойства атмосферы, воздействие на нее человека, сущность парникового эффекта, проблемы озона, виды деятельности приводящие к кислотным осадкам.

План изучения темы

1. Основные свойства атмосферы

2. Проблема «парникового» эффекта

3. Проблема озона

4. Проблема кислых осадков

5. Сделайте собственный вывод по данной теме.

Основные свойства атмосферы и воздействие на нее человека

Атмосфера - сложная система, состоящая из воздуха, химичес­ких примесей и паров воды. Газовый состав атмосферы, содержащиеся в ней пары воды и различные взвеси обусловливают степень проникновения солнеч­ной радиации на поверхность Земли и удержание тепла в околозем­ном пространстве. Если бы атмосфера не содержала примесей, то среднегодовая температура поверхности Земли составляла бы не +15°С, а-18°С.

Важнейшими свойствами атмосферы является ее способность к быстрому перемешиванию и перемещению на большие рассто­яния, а также связь с другими сферами и особенно океаном. Эти свойства, а также отсутствие четко выраженного накопительного эффекта по отношению к загрязняющим веществам обеспечива­ют, с одной стороны, глобальный характер атмосферных процес­сов, а с другой - высокую способность к самоочищению. Так, в результате контакта с океаном последний поглощает из атмосфе­ры значительные массы двуокиси и окиси углерода, сернистый газ и другие соединения. Большое количество атмосферных при­месей поглощается растениями, а также включается в почвенное звено круговорота веществ. С легкой перемещаемостью воздуш­ных масс связана ее способность рассеивать загрязнения, но вме­сте с тем это основной фактор превращения локальных загрязне­ний в глобальные.Особо заметные воздействия человека на атмосферу начались с тех пор, когда он начал активно вмешиваться в биосферные про­цессы, включая уничтожение лесов и особенно их выжигание, рас­пашку земель и сопутствующую ей эрозию, осушение, орошение, строительство городов, промышленных объектов и т. п. По объему выбросов химических веществ в атмосферу первое место занимает углекислый газ. Он относится к долгоживущим и способен накапливаться в атмосфере. Более агрессивен при значительных объемах выбросов угарный газ, но он не стоек и быстро трансформируется в СО2 в другие соединения.Сочетание высокой химической агрессивности со значительной устойчивостью при существенных объемах выбросов (150-200 млн. т/год) характерно для диоксида серы (SО2), или сернистого ангид­рида. Этот бесцветный газ с резким запахом и продукты его со­единений с водой (сернистая и серная кислоты) у животных и чело­века вызывают раздражение и повреждение дыхательных путей. Длительное отравление может привести к нарушению кровообра­щения и смерти. Сернистый газ особенно вреден для растений. Последние к нему гораздо чувствительнее, чем человек и животные. При этом рас­тения поражаются как в результате сухого осаждения газа на их поверхность, так и кислыми осадками. В целом он оказывает в настоящее время, пожалуй, максимальное воздействие на различные эле­менты среды, строения и т. п. По этим причинам его называют мировым загрязнителем или загрязнителем № 1.Кроме сернистого ангидрида, в атмосферу поступают также дру­гие вредные соединения серы. К ним относится сероводород  – весьма токсичный бесцветный газ с запахом тухлых яиц. Уже на начальных стадиях отравления человек теряет обоняние, а большие дозы отравления ведут к отеку легких, параличу дыхания и смер­ти. В природе этот газ чаще всего встречается в водоемах, сточ­ных водах, минеральных источниках как продукт бактериального разложения белков.

Высокой токсичностью обладает также сероуглерод - бес­цветная, легко воспламеняющаяся жидкость. С воздухом она об­разует взрывоопасные смеси. Используется как сырье для полу­чения вискозного шелка, целлофана и инсектицидов. В организм человека сероуглерод может попадать через дыхательные пути и с пищей. Вызывает нарушение функций центральной нервной сис­темы, обладает наркотическим действием. Симптомы отравления - слабость, утомляемость, головные боли. Не исключено тератогенное (греч. тератос - урод) действие.

Сера и ее соединения попадают в атмосферу, как из естествен­ных, так и из антропогенных источников.Основное поступление в атмосферу антропогенной серы связано со сжиганием топлива. Больше всего серу  содержат бурые угли (до 10-15%), меньше - высококалорийные угли, еще меньше - нефть и природный газ. Значительное количество сернистого газа поступает в ат­мосферу также при переработке серосодержащих руд (железных, никелевых, медных и др.).Из других веществ загрязнителей атмосферы важное значе­ние имеют окислы азота, углеводороды, бензо(а)пирен, хлор, фтор и другие соединения. Многие из них действуют через изменение теплового баланса (двуокись углерода, окислы азота, метан, фреоны и др.) или разрушение озона (фреоны, окис­лы азота).

Проблема «парникового» или «тепличного»  эффекта

Под парниковым эффектом понимают возможное повыше­ние глобальной температуры земного шара в результате изме­нения теплового баланса, обусловленное парниковыми газами.

Американский эколог Б. Небел возможное потепление климата - «парниковый эффект» рассматривает как величайшую грядущую ка­тастрофу. Близкая по масштабам, по мнению Б. Небела, катастрофа имела место только около 60 млн. лет назад, когда произошло вымира­ние целых групп животных и растений. Основным парниковым газом является двуокись углерода. Ее вклад в парниковый эффект, по разным данным, со­ставляет от 50 до 65%. К другим парниковым газам относятся ме­тан (около 20%), окислы азота (примерно 5%), озон, фреоны (хлор-фторуглероды) и другие газы (около 10-25% парникового эффекта). Всего известно около 30 парниковых газов. Утепляющий эффект пар­никовых газов зависит не только от их количества в атмосфере, но и от относительной активности действия на одну молекулу. Если по данному показателю СО, принять за единицу, то для метана он бу­дет равен 25, для окислов азота - 165, а для фреонов - 11000.

На поверхность Земли поступает в основном поток видимых лу­чей - не тепловых. Эти лучи проходят через парниковые газы не изменяясь. В околоземном пространстве при встрече с различными телами значительная часть этих лучей трансформируется в длинно­волновые (инфракрасные) тепловые лучи. Парниковые газы явля­ются существенным препятствием для ухода в космическое про­странство тепловых лучей. Они попадают как бы в ловушку и обус­ловливают повышение температуры воздуха (парниковый эффект).

По имеющимся данным, за счет парниковых газов среднегодо­вая температура воздуха на Земле за последнее столетие повыси­лась на 0,3-0,6°С. Сейчас увеличение концентрации СО, идет при­мерно со скоростью 0,3-0,5%/год. Сходными темпами увеличива­ется и содержание других парниковых газов (метана - на 1 %/год, окислов азота - на 0,2%). Удвоение содержания парниковых газов в атмосфере, что может произойти во второй половине XXI столе­тия, обусловит повышение среднегодовой температуры планеты, по разным источникам, на 1-3,5°С.

Прогнозируется, что следствием потепления климата будет та­яние вечных снегов и льдов и подъем уровня океана примерно на 1,5 м (за последние 100 лет он повысился на 10-12 см). Подсчита­но, что высвобождение всей массы воды, накопленной в ледниках, может поднять уровень океана на 60—70 м. Но это может произой­ти только в течение нескольких тысячелетий.

Глобальное потепление климата и повышение уровня океана рас­сматривается как экологическая угроза беспрецедентного масш­таба. Прогнозируется, что при повышении уровня океана па 1,5— 2 м под затопление попадает около 5 млн. км2 суши. Хотя эта площадь и не велика (лишь около 3% от общей поверхности суши), но это наиболее плодородные и густонаселенные земли. На них прожива­ет около 1 млрд. человек и собирается около 1/3 урожая отдельных сельскохозяйственных культур. Считается, что такая страна, как Бангладеш, полностью уйдет под воду даже в том случае, если повышение уровня океана будет меньше 1 м.

Прогнозируется, что, кроме подъема уровня океана, потепление кли­мата будет сопровождаться увеличением степени неустойчивости погоды, смещением границ природных зон, ростом числа штормов и ураганов, ускорением темпов вымирания животных и растений.

Большую тревогу вызывает также возможность уменьшения раз­личий температуры на полюсах и экваторе и в основном за счет бо­лее сильного потепления полюсов. С последним явлением может быть связано уменьшение площадей вечномерзлых почв и высвобожде­ние из них (особенно с заболоченных территорий) метана, что, в свою очередь, будет интенсифицировать парниковый эффект.

Все это дало основание Международной конференции по пробле­мам изменения климата, состоявшейся в Торонто в 1979 году, выс­казать мнение, «что конечные последствия парникового эффекта могут сравниваться только с глобальной ядерной войной».

Основным техногенным источником поступления углекислого газа в атмосферу является сжигание органического топлива. В настоя­щее время только от тепловой энергетики в атмосферу поступает примерно 1 т углерода на человека в год, или около 6 млрд. т/год на темном шаре. Прогнозируется, что в первой половине XXI выброс возрастет до 10 млрд. т/год. Климатологи крайне опас­ным считают выброс порядка 15-20 млрд. т/год.

Основным фактором вывода углерода из атмосферы является фотосинтез и поглощение океаном. Океан поглощает до 50% СО образующегося в результате дея­тельности человека. Океан потенциально мог бы поглощать и су­щественно больше углекислоты, но этому препятствует слабая перемешиваемость глубинных вод.

Проблема озона

Проблема озона в атмосфере имеет два связанных с человечес­кой деятельностью аспекта: разрушение в верхних слоях («озоновый экран») и увеличение концентрации в околоземном пространстве.

«Озоновый экран» Озоновый экран располагается у полюсов на высотах 9-30 км, у эк­ватора - на 18-32 км. Концентрация озона в нем равна 0,01 -0,06 мг/м3. Если содержащийся в границах экрана озон выделить в чистом виде, то слой его составит 3-5 мм.

Озон в верхних слоях атмосферы образуется в результате рас­пада молекулы кислорода (О) под влиянием ультрафиолетовых лучей на два атома кислорода. При последующем присоединении свободного кислорода к молекуле. Одно­временно идет противоположный процесс распада молекул озона и образования О. Условием для протекания реакций является нали­чие ультрафиолетовых лучей и преобразование их в инфракрасные тепловые. Таковы основные механизмы существования озонового экрана и поглощения ультрафиолетовых лучей.

В последние годы наблюдается тенденция уменьшения содер­жания озона в верхних слоях атмосферы. Есть данные, что уменьшение содержания озона на 1% ведет к увеличению заболеваемости ра­ком кожи на 5-7%. Для европейской части России это составляет около 6-6,5 тыс. человек в год.

Наиболее значительная потеря озона регистрируется над Антар­ктидой. Здесь содержание его в озоновом слое за последние 30 лет уменьшилось на 40-50%. Пространство, в пределах которого реги­стрируется уменьшение концентрации озона, получило название «озоновой дыры». Размер «дыры» с пониженной концентрацией озона возрастает примерно на 4% в год. В настоящее вре­мя она вышла за пределы континента и по размерам превышает площадь США. Несколько меньших размеров «дыра» характерна для Арктики. Учащается также появление «блуждающих дыр» пло­щадью от 10 до 100 тыс. км2 в других регионах, где потери озона достигают 20-40% от нормального уровня.

Основным антропогенным фактором, разрушающим озон, в на­стоящее время считают фреоны (хладоны). Эти хлорфторуглероды, кипящие при комнатной температуре, широко используются как газы-носители (пропилленты) в различного рода баллончиках, хо­лодильных установках и т. п.

Для широкого использования в качестве пропиллентов фреоны избраны как весьма стойкие (инертные) газы. Однако чисто тех­нический подход к их оценке только по одному свойству привел к непредвиденному отрицательному эффекту. Оказалось, что имен­но благодаря высокой устойчивости (живут более 100 лет) фреоны оказались способными достигать озонового слоя, в агрессивной среде которого из них высвобождается хлор. Каждый атом хлора как катализатор способен разрушить до 100 тысяч атомов озона.

Принимаются меры к уменьшению, а в дальнейшем и к прекра­щению производства фреонов. Так, Монреальским протоколом, под­писанным в 80-х годах, к 2000 г. многие государства взяли обяза­тельство сократить производство фреонов на 50%, заменив други­ми пропиллентами. Однако вследствие высокой стойкости фреоны могут очень долго сохраняться в атмосфере, даже в тех случаях, когда их производство будет прекращено.

Ведутся поиски других путей повышения устойчивости озонового слоя. Так, подача этана и пропана в озоновый слой спо­собствует переводу атомарного хлора как катализатора в пассив­ный хлористый водород. Образованию и накоплению озона способ­ствуют также электромагнитное излучение, лазерные лучи, элект­рические разряды. Они стимулируют фотодиссоциацию кислорода и способствуют образованию и накоплению озона.

Наиболее интенсивно озоновый слой разрушается весной. Это связывают с тем, что низкие температуры и повышенная облач­ность зимой способствуют высвобождению хлора из фреонов, а хлор действует на озон наиболее интенсивно весной, когда темпе­ратура несколько повышается.

Зарегистрировано также разрушение озона при выводе в космос лета­тельных аппаратов (только один запуск «Шаттла» ответственен за поте­рю 10 млн. т озона), при ядерных взрывах в атмосфере, крупных пожарах и других явлениях, сопровождающихся поступлением в верхние слои ат­мосферы оксидов азота и некоторых углеводородов.

Озон в нижних слоях атмосферы. Здесь озон выступает как сильный антитоксикант и бактериоцид. Он способен уничтожать не­приятные запахи и разрушать некоторые канцерогенные вещества. Вместе с тем при повышенных концентрациях озон проявляет себя как сильный яд. У людей он затрудняет дыхание и раздражает глаза, у растений повреждает ассимиляционный аппарат, разрушает хлорофилл. Согласно имеющимся оценкам, концентрация озона в приземном слое воздуха с начала индустриальной эпохи возросла в 2 раза и ежегодно повышается на 1,0-1,6%. Основной причиной этого явля­ются фотохимические смоги.