Лекция 10. Антропогенные воздействия на атмосферу и глобальные

План

1. Загрязнение атмосферы

2. Парниковый эффект и глобальное потепление климата

3. Проблема озоновых дыр

4. Проблема кислотных дождей

1. Загрязнение атмосферы

Атмосфера – газовая оболочка Земли. Ее масса составляет 5,15х10¹⁵ т. Атмосфера возникла в результате дегазации мантии Земли за 4 – 5 млрд. лет. Особую роль в формировании современного газового состава атмосферы сыграли живые организмы. В настоящее время атмосфера подвержена мощному антропогенному воздействию. К важнейшим проблемам, связанным с атмосферой относят: 1) загрязнение, формирование смогов в городах и трансграничный перенос загрязняющих веществ; 2) снижение содержания кислорода в атмосфере; 3) асидификация среды; 4) разрушение озоносферы; 5) термодинамическое изменение.

Загрязнение атмосферы – привнесение в воздух или образование в нем физических агентов, химических веществ или организмов, неблагоприятно воздействующих на среду жизни или наносящих урон материальным ценностям (Реймерс, 1990). Различают две группы источников загрязнения воздуха: естественные (вулканизм, дефляция, пожар, распад органики) и антропогенные (промышленность, транспорт, строительство, энергетика и т. д.). К основным загрязнителям атмосферы относят: соединения углерода, серы, азота, тяжелые металлы, взвешенные и радиоактивные вещества. Загрязняющие вещества по характеру действия оказывают прямое (при дыхании, через кожу и слизистую оболочку глаз) и косвенное воздействие (через воду, продукты питания, плоды леса) на организмы. Загрязняющие вещества вызывают заболевания у людей (силикозы, меркулиализм, сатурнизм и др.), некрозы у растений, вызывают разрушение памятников истории и культуры, усиливают коррозию металлических конструкций. На уровень загрязнения атмосферы в населенных пунктах оказывают влияние климат (циркуляционный, температурный режим, режим увлажнения) и рельеф местности. В крупных промышленных городах часто наблюдается смог. Смог – сочетание метеорологических условий благоприятных для накопления в приземном слое атмосферы загрязнителей, в первую очередь соединений серы. В результате образуется ядовитая смесь дыма, пыли и тумана. В зависимости от географических условий выделяют три типа смога: ледяной (аляскинский), влажный (лондонский), сухой (фотохимический, лос-анжелесский). Интенсивный смог вызывает удушье, приступы бронхиальной астмы, аллергические реакции, конъюнктивиты, повреждение растительности, зданий и сооружений, в т. ч. скульптурных памятников. Основными направлениями охраны воздушного бассейна от загрязнения являются: 1) санитарно-технические мероприятия (установка газопылеочистного оборудования, строительство сверхвысоких труб), технологические мероприятия (замена сухих технологических способов на мокрые, внедрение малоотходных технологий), пространственно-планировочные мероприятия (установка санитарно-защитных зон, озеленение, размещение предприятий с учетом розы ветров), контрольно-запре-тительные мероприятия (установка ПДК, ПДВ, ВСВ, мониторинг атмосферы).

Парниковый (тепличный, оранжерейный) эффект – увеличение средней температуры воздуха в нижней части тропосферы. За последние 100 лет температура увеличилась на 0,5 ^оС. Через 50 лет ожидается увеличение температуры еще на 1,5 ^оС. Главными причинами повышения температуры называют деятельность человека: 1) увеличение выбросов в атмосферу термодинамических газов (СО, СО₂, окислов азота, озона, метана хлорфторуглеродов); 2) изменение влагооборота и связанное с ним увеличение в атмосфере содержания водяного пара; 3) изменение человеком альбедо подстилающей поверхности (строительство водохранилищ, сведение лесов, распашка земель), 4) увеличение запыленности атмосферы, вследствие дефляции, извержения вулканов, а также благодаря деятельности человека. Антропогенные аэрозоли, по мнению Г. Н. Голубева (1999), двояко влияют на радиационный баланс Земли: непосредственно, через поглощение и рассеивание солнечной радиации и косвенно, т. к. аэрозоли действуют как ядра конденсации, играющие важную роль в образовании облаков, также влияющих на радиационный баланс.

Парниковый эффект имеет как отрицательные так и положительные стороны. К отрицательным сторонам относят природные, социально-эко-номические и политические последствия. К отрицательным природным последствиям относятся: повышение уровня Мирового океана в результате таяния материковых и морских льдов; тепловое расширение океана. Это приведет к затоплению приморских равнин, усилению абразии, деградации мангровой растительности, снижению водообильности рек, имеющих ледниковое питание. Произойдет протаивание грунтов в районах с многолетней мерзлотой, это активизирует процессы заболачивания, термокарста. Повышение температуры приведет к увеличению испарения с поверхности океана, что вызовет возрастание влажности климата в приморских районах. В аридных районах возрастет процесс аридизации климата. Положительная сторона связана с улучшением состояния лесных экосистем и сельского хозяйства. Повышение концентрации углекислого газа увеличит интенсивность фотосинтеза, а значит, продуктивность диких и культурных растений.

Природные, экономические, социальные и политические последствия изменения климата.Климат – многолетний режим погоды, характерный для какой-либо территории. Основным источником всех климатических процессов является солнечное излучение, падающее на Землю с постоянной энергетической плотностью. Изменение климата на Земле – естественный процесс, связанный с активностью Солнца и горообразовательными процессами. В последние десятилетия отмечается рост средней температуры воздуха. Это явление получило название «Парникового эффекта». Его причины показаны в предыдущем вопросе. Изменения климата окажут серьезное влияние на природные, социально-экономические и политические процессы. К природным последствиям следует отнести: 1) таяние материковых и морских ледников приведет к подъему уровня Мирового океана; 2) увеличение средней температуры воздуха приведет к увеличению температуры океана и расширению его объема; 3) увеличение испарения с поверхности океана приведет к увеличению влажности атмосферного воздуха и увеличению выпавших атмосферных осадков в приморских районах; 4) произойдет затопление низких приморских территорий, устьев рек, уровень воды в нижнем течение рек значительно поднимется, это отразится и на уровне грунтовых вод; 5) активизируются процессы абразии, оползнеобразования, термокарста; 6) реки, имеющие ледниковое питание, значительно обмелеют; 7) произойдет перемещение ландшафтов в сторону полюсов, площадь аридных пустынь значительно расширится; 8) флора и фауна отстанут от того климата, в котором они развивались, и будут существовать в другом климатическом режиме, при этом ряд биологических видов, не успев приспособиться к новым климатическим условиям, будет навсегда потерян. Так, например, могут исчезнуть некоторые типы лесов; 9) разложение и окисление отмирающей органики будет способствовать увеличению содержания в атмосфере углекислого газа; 10) изменение климата может повлиять на изменение циркуляции вод Мирового океана, что в свою очередь повлияет на биопродуктивность и структуру морских экосистем. Наибольшие изменения ландшафтов произойдет в арктическом и субарктическом географических поясах, а также в прибрежных морских ландшафтах

К социально-экономическим последствиям «Парникового эффекта» можно отнести: 1) затопление прибрежных территорий вызовет необходимость переселения населения на новые места; 2) затопление населенных пунктов, сельскохозяйственных земель, транспортных магистралей принесет колоссальный ущерб экономике, экономический ущерб также можно ожидать и от активизации других природных процессов; 3) серьезные проблемы возникнут в водоснабжении; 4) большая вероятность широкого распространения вредителей и болезней сельскохозяйственных животных; 5) высокие температуры будут способствовать более быстрому окислению органики в почве, снижая ее плодородие; 6) в развивающихся странах возрастет риск голода; 7) изменится общая картина торговли сельскохозяйственными продуктами. К политическим последствиям изменения климата следует отнести военные конфликты, которые могут возникнуть в связи с переселением населения и захватом источников природных ресурсов.

Решение проблемы «Парникового эффекта» требует международного сотрудничества. К основным направлениям выхода из сложившегося положения следует отнести: 1) снижение эмиссии термодинамических газов и в первую очередь углекислого газа; 2) в прибрежных зонах рекомендуются проекты защиты от растущего уровня океана.

Слой атмосферы в пределах стратосферы с наибольшей концентрацией озона называют озоновым слоем или озоносферой. Озоновый слой расположен от поверхности Земли на высотах 7 – 8 км на полюсах и 18 – 25 км на экваторе. Этот слой отличается повышенной концентрацией молекул озона – в 10 раз выше, чем у земной поверхности. Общее количество озона оценивается в 3,3 млрд. т. (Шустов, Шустова, 1994). Если весь озон «собрать» у поверхности Земли при нормальной температуре и давлении, то получится газовый слой толщиной всего лишь три мм. Озон – трехатомная молекула кислорода, обладает большой химической реактивностью и токсичностью по отношению к организмам. Озон расположен в атмосферном слое неравномерно. Над тропиками мощность слоя больше, но концентрация озона относительно меньше. Над полюсами его мощность ниже, зато увеличивается его концентрация. Озон образуется из атомарного кислорода под действием коротковолнового УФ-излучения в результате электрических разрядов молнии. Необходимо отметить, что в следствии значительной удаленности поле гравитации на высоте озонового слоя ослаблено, поэтому молекулы озона недолговечны. Главной экологической функцией озоносферы является защита организмов от губительного УФ-излучения. УФ-лучи в небольших дозах необходимы организмам. Они стимулирую рост и развитие клеток, бактерицидное действие, способствует образованию в организмах витамина Д. В больших дозах УФ-лучи губительны для живых организмов, из-за способности вызывать раковые заболевания и мутагенные реакции. Озоновый слой оказывает влияние и «Парниковый эффект». Он задерживает и поглощает ИК-излучение, исходящее от поверхности Земли.

Озоновая «дыра» впервые была обнаружена в 1975 г. над Антарктидой. Озоновая «дыра» – значительное пространство атмосферы с заметным понижением (до 50 % и более) концентрации озона. В результате снижается защитный эффект поглощения УФ-фотонов озоносферы. Чаще озоновые «дыры» образуются в полярных районах Земли.

Выделяют две основные группы причин образования озоновых «дыр»: 1) естественные (увеличение цикличной активности Солнца, выделение фреонов по тектоническим разломам из недр Земли; 2) антропогенные (сокращение источников кислорода в вырубки лесов и загрязнение Мирового океана, увеличение загрязнения атмосферы тяжелыми металлами, фреонами, окислами азота. Фреоны или хлорфторуглероды – высоко летучие, химически инертные у земной поверхности вещества, широко применяемые в производстве и быту в качестве хладагентов, пенообразователей, аэрозолей, растворителей. Фреоны у поверхности земли инертны, не токсичны для организмов. Однако, поднимаясь в верхние слои атмосферы, подвергаются ультрафиолетовому облучению, в результате фотохимических реакций разлагаются с образованием оксидов хлора, интенсивно разрушающих озон. Один атом хлора может разрушить 10 000 молекул озона. Окислы азота также способствуют разложению озона. Окислы азота в стратосфере присутствуют в небольшой концентрации. Использование сверхзвуковых транспортных самолетов (в двигателях внутреннего сгорания образуется высокая температура, при этом азот и кислород атмосферы образуют окись азота) и применение нитратных удобрений (в почвах анаэробные бактерии восстанавливают нитрат-ионы до молекулярного азота и гемиоксида N₂O в качестве побочного продукта) в сельском хозяйстве также приводят к разрушению озоносферы. Таким образом, для спасения озонового «щита» человечеству необходимо решить три проблемы: 1) ограничение использования фреонов или поиск экологически безопасных заменителей их; 2) сокращение числа полетов сверхзвуковых транспортных самолетов или замена этих самолетов на другие, летающие на более низких высотах; 3) сокращение использования азотных удобрений и принятие мер к введению более прогрессивных способов возделывания сельскохозяйственных земель.

Проблема разрушения озонового слоя глобальная и требует серьезного внимания всех стран мира. В 1988 г. в Монреале был подписан протокол к Конвенции по защите озонового слоя, предусматривающий постепенное сокращение производства и употребления фреонов. Позже принимались дополнительные международные решения, связанные с сокращением применения фреонов.