ЛЕКЦИЯ 16 Загрязнение атмосферы

 

 

Привнесение в атмосферу или образование в ней физико-химических агентов и веществ, обусловленное как природными, так и антропогенными факторами, есть ничто иное, как загрязнение атмосферы.

Естественными источниками в загрязнении атмосферы выступают такие явления, как вулканизм, лесные пожары, пыльные бури, выветривание и т.д. Эти факторы не угрожают последствиями природным экосистемам, за исключением отдельных естественных природных катастроф: например, извержение вулкана Кракатау в 1883 г., когда в атмосферу было выброшено 18 км ³тонко измельченного пепла; извержение вулкана Катмай на Аляске в 1912 г., выбросившего в атмосферу 20 км³ рыхлых продуктов вулканического происхождения. Пепел этих извержений распространился на большую часть поверхности Земли и вызвал уменьшение притока солнечной радиации на 10-20%, что, в свою очередь, понизило среднегодовую температуру Северного полушария на 0, 5 °С. В то же время можно несчитать эти последствия каким-то ущербом, поскольку природа, в которой все взаимосвязано, сама устанавливает свое равновесие.

Однако в последние десятилетия антропогенные воздействия человека на природу, в том числе и на атмосферу, стали превышать по масштабам естественные, приобретя глобальный характер.

Антропогенные факторы могут оказывать воздействие на атмосферу различными путями: – нагревание, изменение влажности и т.д., – изменение физико-химических свойств атмосферы (изменение состава, увеличение концентрации углекислого газа, аэрозолей, фреонов); изменение свойств подстилающей поверхности (изменение величины альбедо, системы «океан-атмосфера») и т.д.

К основным источникам загрязнения атмосферы относятся: промышленные предприятия, транспорт, теплоэнергетика, сельское хозяйство и др. Среди отраслей промышленности особенно токсичные выбросы в атмосферу дают предприятия цветной металлургии, химической, нефтехимической, черной металлургии, деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности и др.

По агрегатному состоянию все загрязняющие вещества подразделяются: на - твердые, жидкие и газообразные. Причем последние вещества составляют около 90% всех выбросов. Так наибольший ущерб атмосфере наносят: углекислый газ – 55%; метан – 12% (с учетом непрямых последствий его «вклад» составляет 17%); фреон-11 – 5%; фреон-12 – 11%; закись азота – 5%. Во многих странах именно промышленность дает основную часть загрязнения: в, частности, в ФРГ она дает 87% суммарных выбросов в атмосферу сернистого газа, 80% пыли, 40% оксида азота и т.д.

В крупных городах значительная доля загрязнений атмосферы приходится на автотранспорт. Так, в атмосферный воздух Москвы ежегодно поступает 1290 тыс. тонн загрязняющих веществ, из них более 70% приходится на автотранспорт. В среднем на каждого жителя столицы приходится по 120 кг различных загрязняющих компонентов.

Удручающе нынче звучит ироничное утверждение, что «Если вы живете в развитой стране, то с вероятностью на 2/3 вы дышите воздухом, который не соответствует стандартам». Насколько плох этот воздух? Настолько, что уносит ежегодно преждевременно 50 тысяч жизней. Потенциально достаточно плох, чтобы разрушить экосистему, то есть биосферу в целом, и сделать Землю необитаемой.

Наиболее заметным загрязняющим атмосферу явлением можно считать смог, который образуется при воздействии солнечных лучей на углеводороды (газы, которые выделяются при сжигании ископаемого топлива). В дни с особенно сильным смогом у людей режет глаза, першит в горле, а у тех, кто страдает респираторными заболеваниями, снижается жизненная активность.

Другой вид загрязнения воздуха – это дожди с высоким содержанием кислот, когда окись азота и газообразная двуокись серы вступают во взаимодействие с воздухом. Такие кислотные дожди наносят вред лесам и озерам в юго-восточной Канаде, на северо-востоке США, в Западной Европе, где ими уничтожено более 30 млн. га лесов: Европа становится «лысеющим континентом».

Кислотные дожди не минуют и Россию: в европейской части страны уровень загрязнения западных ветров примерно в 10 раз больше, чем восточных. Основная часть вредных выбросов исходит от предприятий, использующих в качестве топлива уголь и изготавливающих электрооборудование.

Содержащаяся в атмосфере двуокись углерода играет большую роль в жизни человека, животных и растений, предохраняет землю от перегрева. При отсутствии атмосферы средняя температура земной поверхности была бы – 23 ° С, в действительности же она + 15 ° С.

 

Парниковый эффект

В 1894 г. французский физик Фурье ввел в научную литературу термин «парниковый эффект атмосферы». На рубеже ХIХ и ХХ столетий шведский ученый Сванте Аррениус показал важнейшую роль углекислого газа и паров воды в тепловом режиме атмосферы. Проведенные впоследствии расчеты показали, что увеличение количества углекислого газа в атмосфере в 2-3 раза способно повысить температуру приземных слоев воздуха на 8-9 ° С, а его уменьшение на 40% снижает среднюю глобальную температуру на 4-5 ° С.

Дело в том, что солнечная радиация, частично отражаясь, большей частью достигает поверхности земли и нагревает ее. Землей испускается невидимое инфракрасное излучение, в результате чего Земля охлаждается. Часть инфракрасного излучения поглощается парниковыми газами в атмосфере и таким образом удерживает тепло.

После того как академик А.Б. Ронов количественно определил концентрацию углекислоты в атмосфере в различные геологические эпохи, а позднее была установлена средняя глобальная температура земной поверхности, показано ее изменение в течение последних 600 млн. лет, а также дана их сравнительная характеристика, удалось доказать полное соответствие изменения концентрации СО2 в течение определенного времени и средних глобальных температур. Проведенные на геологическом материале исследования показали, что парниковый эффект, связанный с колебаниями концентрации атмосферной углекислоты, действовал и в геологическом прошлом.

Но в одной ли углекислоте дело? Сегодня определенно можно сказать, что взаимоотношения между содержанием атмосферной углекислоты и приземные температуры носят значительно более сложный характер. Буфером здесь выступает Мировой океан. В водах морей и океанов СО2 в 60 раз больше, чем в атмосфере, а именно – 140 трлн. тонн. При этом соблюдается определенное равновесие. Но когда повышается глобальная температура земной поверхности, океан растворяет в себе еще значительное количество углекислоты и служит, таким образом, регулятором приземных температур.

Накопление углекислоты в атмосфере выше определенного уровня – одна из причин парникового эффекта, так как СО2 не пропускает солнечное тепло обратно в космос.

Хозяйственная деятельность человека нарушила баланс углекислого газа в природе.

Концентрация двуокиси углерода в атмосфере выросла по сравнению с доиндустриальной эпохой на 28%. Кроме углекислого газа в парниковом эффекте принимают участие такие парниковые газы, как закись азота (так называемый «веселящий» газ), метан, галогеноуглероды - группа веществ, усиливающих парниковый эффект.

Это создает, по мнению многих ученых, реальную угрозу заметного потепления климата, изменения количества осадков, таяния льдов, повышения уровня Мирового океана. Так, например, в центральных районах Китая в июле 1988 г. температура в течение десяти дней сохранялась на отметке 36-46°С, что повлекло за собой миллионы жертв и непомерный крон экономике страны. Горячие воздушные массы поразили в этот год и всю Северную Америку, где из-за чрезмерной жары резко снизились урожаи сельскохозяйственных культур.

Оценки глобального потепления (и в особенности его пространственной структуры) могут быть получены путем экспериментов с глобальными моделями климата. Есть два типа таких экспериментов: первые (равновесные) дают оценку чувствительности климата к росту концентрации парниковых газов в атмосфере; вторые выполняются при постепенном изменении концентрации парниковых газов в модели.

Современные оценки чувствительности климата дают величину в пределах 1, 5 – 4, 5 °С, оценки, полученные с помощью моделирования, дают для среднегодовой температуры конца 21 века разброс от 0, 9° до.5°.С.

В настоящее время есть эмпирические данные, подтверждающие усиление парникового эффекта. Например, в эпоху динозавров глобальная температура была на 10-15°С выше нынешней, и геохимики подсчитали, что это соответствует превышению содержания СО2 в атмосфере в 4-8 раз по сравнению с наблюдаемым в наши дни. Однако они спорны: изменения климата незначительны, и это позволяет многим климатологам объявлять их нормальным отклонением от средних. И все-таки серьезного внимания эти данные заслуживают: согласно математическим моделям теории катастроф, практически невозможно бороться с катастрофой, когда ее признаки станут уже заметными.

Да и сами данные об усилении парникового эффекта незначительными не назовешь: под угрозой гибели из-за глобального потепления, например, уже оказались белые медведи. По прогнозам ученых уже в этом веке этот вид может исчезнуть с лица Земли!

В настоящее время существует международное соглашение, так называемый Киотский протокол об ограничении и даже квотировании выбросов парниковых газов (особенно углекислого газа) в атмосферу.

 

Озоновая дыра

Другой долгосрочной угрозой, причем с неизвестными масштабами, является истончение защитного озонового слоя атмосферы вокруг Земли, особенно четко проявившееся над Антарктидой (так называемая «озоновая дыра»). Этот слой, отличающийся повышенным содержанием озона, защищает все живое на земле от избыточного ультрафиолетового солнечного излучения. Находится он на высоте 19-23 км. Ученые высказывают опасение, что при дальнейшем разрушении озонового слоя усилится активное воздействие солнечной радиации, увеличивая вероятность смертельных форм рака кожи.

Разрушение озонового слоя вызывается хлорфторуглеводородами – веществами, которые используются в качестве ингридиентов при производстве продуктов в пенящих и спреевых упаковках.

Загрязнение воздуха, представляющее более явную угрозу здоровью людей, связано с попаданием в атмосферу токсинов, которые вырабатываются при некоторых производственных процессах. Так, крупные западные корпорации ежегодно выбрасывают в воздух до 1, 3 млрд. кг химических отходов.

В настоящее время в России две трети населения живет в условиях опасного загрязнения воздуха, которое, в частности, ведет к развитию мутагенеза и канцерогенеза. За последний 2003 год 250 тыс. детей родились уродами, 25% беременностей окончились выкидышами, 30 тысяч детей оказались мертворожденными, 10 млн. человек в детородном возрасте не имеют детей, 105 браков бесплодны, у 10% детей имеются генетические дефекты. При данной тенденции эта статистика грозит вымиранием нации.

Угроза озоновому слою привела к заключению одного из первых жестко обязательных для его участников международных соглашений в сфере охраны окружающей среды – Венской конвенции по охране озонового слоя, подписанной в 1985 г.

 

Экологический мониторинг

Эффективность управления антропогенными воздействиями возможна лишь в рамках планового природопользования, учитывающего перспективы развития экологической ситуации. Прогнозирование состояния природной среды является ныне исключительно важной задачей. Получение же объективной информации об изменениях природной среды невозможно без проведения наблюдений.

Современное развитие глобальной экологической ситуации потребовало принципиально новых подходов к решению экологических проблем. На смену стихийному подходу должно прийти планомерное воздействие на биосферу, обеспечивающее ее сохранение в качестве здоровой и живой среды обитания.

В 70-х годах в науке возник новый термин для обозначения системы повторных, целенаправленных наблюдений за различными элементами окружающей природной среды в пространстве и времени – мониторинг. Появление этого термина связано со Стокгольмской конференцией по проблемам окружающей среды в рамках ООН (1972 г.), где Научным комитетом по проблемам окружающей среды было предложено создать глобальную систему мониторинга окружающей среды (ГМОС – GEMS). Основной задачей ГМОС было положено раннее оповещение о наступающих природных и техногенных изменениях состояния окружающей среды, которые могут нанести прямой или косвенный ущерб здоровью или благосостоянию людей.

В 1973 г. профессор Р. Мэнн в постановочном аспекте изложил концепцию мониторинга, которая была обсуждена на первом Межправительственном совещании по мониторингу в феврале 1974 г. в Найроби. Он предложил называть мониторингом систему повторных наблюдений одного или более элементов окружающей природной среды в пространстве и во времени в соответствии с заранее подготовленной программой.

Ныне мониторинг – это глобальная система наблюдений, оценки и прогноза антропогенных изменений состояния окружающей природной среды. При этом подразумевается, что мониторинг ближе к термину «слежение», нежели «контроль», который предполагает тесную связь с системой управления.

В рамках обеих концепций мониторинг рассматривается как информационная система, включающая в себя прямую и обратную связь.

 

Система экологического мониторинга должна накапливать, систематизировать и анализировать информацию:

· о состоянии окружающей среды;

· о причинах наблюдаемых и вероятных изменениях состояния (т.е. об источниках и факторах воздействия);

· о допустимости изменений и нагрузок на среду в елом;

· о существующих резервах биосферы.

 

Мониторинг включает три основных направления деятельности:

1. наблюдения за факторами воздействия и состоянием среды;

2. оценку фактического состояния среды;

3. прогноз состояния окружающей природной среды и оценку прогнозируемого состояния.

 

Вопросы к разделу о загрязнении атмосферы:

 

1.Природные атмосферные примеси?

2.Что такое парниковые газы?

3.Чем грозит Земле парниковый эффект?

4. Какую роль в атмосфере выполняет озоновый слой?

5. Что такое «озоновая дыра»?

6. Что такое экологический мониторинг?

7. Каковы основные источники загрязнения атмосферы?

8. Чем грозит человечеству истощение озонового слоя атмосферы?

9. Пути воздействия на атмосферу антропогенных факторов.

10.Пути преодоления антропогенных воздействий на атмосферу.