1.2. Последствия загрязнения атмосферы

Разрушение озонового слоя Земли

Озоновый слой защищает от агрессив­ного воздействия ультрафиолетового излучения поверхность Земли. Этот слой расположен на высотах от 10 до 50 км, с максимумом концентрации от 18 до 30 км. Содержание озона в атмосфере очень мало – менее 410^-6 %. Для сравнения можно привести следующий пример: количество озона атмосфе­ры эквивалентно сплошному слою этого газа вокруг Земли, расположенного на этой же высоте, с толщиной слоя менее одного сантиметра.

Современная промышленность наряду с другими негативными воздей­ствиями на атмосферу своими выбросами воздействует и на эту компонен­ту атмосферы, что проявляется в сокращении общего количества озона ат­мосферы. В результате происходит уменьшение толщины озонового слоя над отдельными территориями (и даже континентами), что в итоге отража­ется на здоровье населения. В соответствии с официальными данными ООН, сокращение озонного слоя на 1 % означает появление во всем мире 100 тыс. новых случаев катаракты глаз и 10 тыс. случаев рака. С этим явле­нием связывают и рост легочных, иммунных, аллергических и других забо­леваний. Кроме этого, уменьшение в атмосфере озона приводит к усиле­нию «парникового эффекта», снижению урожайности, деградации почвы.

Озон – едкий, ядовитый газ. В нижних слоях атмосферы он является серьезным загрязнителем. Однако благодаря тому, что нижние слои ат­мосферы и стратосфера не перемешиваются, озон как загрязнитель в ниж­них слоях атмосферы и как существенный компонент стратосферы – с практической точки зрения совершенно разные вещи. Озон в стратосфе­ре – это продукт воздействия самого ультрафиолета на молекулы кисло­рода (О₂). В результате некоторые из них распадаются на свободные ато­мы, а те в свою очередь могут присоединяться к другим молекулам кислорода с образованием озона (О₃). Однако весь кислород не превращается в озон, так как свободные атомы кислорода (О), реагируя с молекулами озона, дают две молекулы кислорода (О₂). Таким образом, количество озона в стратос­фере не статично; оно представляет собой результат равновесия между эти­ми двумя реакциями.

Сегодня известно более ста реакций, влияющих на концентрацию озо­на в атмосфере. Наиболее эффективным катализатором разрушения озона оказался атом хлора, возможность влияния которого на озоновый слой вы­явилась еще в 70-е годы прошлого столетия. А люди невольно поставляют такие атомы в стратосферу десятилетиями. Основным источником атомов хлора являются хлорфторуглероды (фреоны), т. е. обыкновенные углеводо­родные молекулы, в которых некоторые атомы водорода замещены хлором и фтором. Эти газы нашли широкое применение в промышленности. Ког­да-то они рассматривались как идеальные для практического применения вещества, поскольку очень стабильны и неактивны, а значит, не токсичны. Как это не парадоксально, но именно инертность этих соединений делает их врагами стратосферного озона. Инертные газы не распадаются быстро в тропосфере и проникают в стратосферу, верхняя граница которой на высо­те 50 км. Когда молекулы этих веществ поднимаются до высоты примерно 25 км, где концентрация озона максимальна, они подвергаются интенсив­ному воздействию ультрафиолетовой радиации, которая не проникает на меньшие высоты из-за блокирующего действия озона.

Озон образуется в верхних слоях стратосферы и нижних слоях мезосферы в результате протекающих реакций:

O₂ O + O,

O₂ + O = O₃.

Озон и атомарный кислород могут реагировать в кислородной атмос­фере согласно реакциям:

O₃ O₂ + O,

O₃ + O = 2O₂.

Эти реакции образуют так называемый цикл Чепмена, являющийся одним из основных процессов разрушения озона. В этот процесс включа­ются и другие озоноразрушающие вещества, например, те же самые фрео­ны (ХФУ). Разрушаясь под действием жесткого ультрафиолета, ХФУ вы­деляют в стратосферу атомарный хлор, который включается в реакцию с озоном, разрушает его и восстанавливается до атомарного хлора:

Cl + O₃ = ClO + O₂,

ClO + O = Cl + O₂.

Таким образом, разложение ХФУ солнечным излучением создает ка­талитическую цепную реакцию, согласно которой один атом хлора спосо­бен разрушить до 100 000 молекул озона.

Поскольку в атмосферу выбрасываются тонны хлорфторуглеродов, то этот процесс может привести к накоплению этих веществ в стратос­фере в концентрации, достаточной для серьезных повреждений озоно­вого экрана.

За последние годы содержание озона, поглощающего ультрафиолет, уменьшилось на 3  8 %. Слово «озоновая дыра» звучит как сигнал обще­ственной тревоги. Абсолютный минимум содержания озона обнаружен над Санкт-Петербургом  45 %, над Антарктидой  50 % ниже нормы.

Необходимо отметить, что в последнее время появилось множество дру­гих гипотез, объясняющих причину уменьшения озонового слоя Земли и появления озоновых дыр. Однако официально признанной версией явля­ется «фреоновая».

Кислотные осадки

Кислотными называют любые осадки – дожди, туманы, снег, для ко­торых водородный показатель рН < 5,6. К ним также относят выпадение из атмосферы сухих кислых частиц, иногда называемых кислотными от­ложениями. По существу, кислотный дождь представляет собой следствие взаимного воздействия друг на друга различных сфер Земли (атмосферы, гидросферы, литосферы, биосферы и т. д.).

Гидросфера (от гидро... и сфера)  совокупность всех водных объектов земного шара: океанов, морей, рек, озер, водохранилищ, болот, подземных вод, ледников и снежного покрова. Часто под гидросферой подразумевают только океаны и моря.

Литосфера (от лито... и сфера)  внешняя сфера «твердой» Земли, включающая земную кору и верхнюю часть подстилающей ее верхней мантии.

Биосфера (от био... и сфера)  область активной жизни, охватывающая нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. В биосфере живые организмы (живое вещество) и среда их обитания органически связаны и взаимодействуют друг с другом, образуя целостную динамическую систему. Термин «биосфера» введен в 1875 Э. Зюссом. Учение о биосфере как об активной оболочке Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов (в т. ч. человека) проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба и значения, создано В. И. Вернадским (1926).

Установлено, что из-за углекислого газа, находящегося в атмосфере, и попавших туда естественным путем микроэлементов, осадки могут быть кислыми и без воздействия человека (рН = 5,6), т. е. существует «естествен­ный кислотный дождь». Деятельность же человека накладывается на есте­ственный «базис». Проблема возникает из-за того, что эмиссия загрязня­ющих среду веществ ограничена относительно узкой территорией. Большая часть загрязняющих веществ высвобождается над наиболее загрязненны­ми территориями Европы и Северной Америки, что составляет примерно 5 % суши. Кое-где искусственная эмиссия в 5  20 раз превышает естествен­ную. В этих районах, простирающихся на сотни и тысячи километров, ок­ружающая среда уже не может выдерживать дополнительных нагрузок, не изменяясь.

Химический анализ кислотных осадков показывает присутствие серной и азотной кислот. Обычно кислотность на две трети обусловлена первой из них и на одну треть — второй. Присутствие в этих формулах серы и азота показывает, что проблема связана с выбросом этих элементов в воздух.

К наиболее важным соединениям серы, находящимся в атмосфере и определяющим кислотность, относятся диоксид серы, серооксид углеро­да, сероуглерод, сероводород и диметилсульфид. К наиболее важным со­единениям азота относятся: оксиды азота, аммиак, азотная кислота. В це­лом, количество естественных и искусственных выбросов соединений азота приблизительно одинаково, однако последние, так же как и выбросы соединений серы, подвергаются меньшему разбавлению и сосредоточивают­ся на ограниченных территориях Земли.

Согласно данным об общих объемах выбросов диоксида серы и окси­дов азота из разных источников, кислотные осадки связаны в первую оче­редь с работой тепловых электростанций, транспорта и промышленных предприятий. Так как кислотность осадков на две трети обусловлена ди­оксидом серы, а три четверти этого вещества выбрасываются в воздух топ­ливными тепловыми электростанциями, их работой объясняется более 50 % кислотных осадков.

Глобальное потепление

Световая энергия, проникающая сквозь атмос­феру, поглощается поверхностью Земли, преобразуется в тепловую энер­гию и выделяется в виде инфракрасного излучения. Однако углекислый газ и некоторые другие газы, называемые парниковыми (метан, хлорфторуглероды, оксид азота), в отличие от других природных компонентов ат­мосферы вторично поглощают инфракрасное излучение земной поверхности. При этом они нагреваются и в свою очередь нагревают атмосферу в целом. Значит, чем больше в ней парниковых газов, тем больше инфра­красных лучей будет поглощено, тем теплее она станет.

Углекислый газ СО₂  бесцветный газ со слегка кисловатым запахом и вкусом, плотность 1,98 г/л. Охлаждая диоксид углерода при обычном давлении, получают твердую снегообразную массу («сухой лед») с t_возг 78,50 °С. Растворимость 0,88 объема газа в 1 объеме воды при 20 °С; в водном растворе в присутствии щелочей образует соли угольной кислоты. Углерода диоксид входит в состав атмосферы Земли (в среднем 0,03 % по объему). Как продукт полного окисления углерода поступает в воздух при сжигании топлива и при дыхании. Главный источник углерода растений, усваивающих углерода диоксид при фотосинтезе. Углерода диоксид получают при обжиге известняка, окислении углеводородных топлив. Применяют в производстве соды, при газировании воды, в огнетушителях.

Температура и климат, к которому мы привыкли, обеспечиваются кон­центрацией углекислого газа в атмосфере на уровне 0,03 %. При этом со­держание углекислого газа в воздухе в естественных условиях (без антро­погенного добавления его в атмосферу) поддерживалось на одном уровне, так как его поступление в атмосферу за счет дыхания и горения и вулкани­ческих выбросов в среднем равнялось его поглощению из атмосферы фотосинтезирующими растениями.

Антропогенное воздействие на природу  различные формы влияния деятельности человека на природу.

В настоящее время это равновесие нарушено. Интенсивно уничтожая леса и используя ископаемое топливо, человечество включило одновремен­но два мощнейших процесса, способствующих быстрому росту концент­рации атмосферного углекислого газа. При сжигании ископаемого топли­ва масса выделяемого углекислого газа утраивается, поскольку каждый атом углерода топлива в процессе горения и превращения в углекислый газ при­соединяет два атома кислорода. Каждый год сжигается около 2 млрд. т ис­копаемого топлива, значит, в атмосферу поступает почти 5,5 млрд. т угле­кислого газа. Еще приблизительно 1,7 млрд. т его поступает за счет сжигания лесов и окисления органического вещества почвы – гумуса.

Гумус (от лат. humus  земля, почва) (перегной)  высокомолекулярные темноокрашенные органические вещества почвы. Состоит из гумусовых кислот (гуминовых и фульвокислот), гумина и др. Образуется в результате гумификации продуктов разложения органических остатков. Содержит элементы питания растений, которые после разложения гумуса переходят в доступную для них форму. Почвы, богатые гумусом, плодородны.

В результате концентрация углекислого газа в атмосфере, составлявшая в начале XX в. около 0,029 %, к настоящему времени достигла 0,035 %, т. е. выросла на 28 %. По оценкам МГЭИК (Межправительственной группы эк­спертов по изменению климата) предполагается, что если не будет принято каких-либо мер по сокращению эмиссии, будет удвоение содержания СО₂ к 2060  2080 гг. При этом может произойти повышение средней глобальной температуры приземной атмосферы примерно от 1,5 до 4,5 °С, что вызовет подъем уровня океана по разным оценкам от 0,3 до 1 м. Это повышение температуры будет неравномерным: в два раза ниже в тропиках и в два раза выше в высоких широтах. Значительные разногласия возникают по вопросу о том, к чему приведет это потепление. Однако саму возможность потепле­ния никто не отрицает.

Другие парниковые газы (метан, хлорфторуглероды (ХФУ) и оксиды азота) поглощают инфракрасное излучение в 50 100 раз интенсивнее, чем углекислый газ. Следовательно, хотя их содержание в воздухе значитель­но ниже, они также могут значительно влиять на температурный режим планеты.

В настоящее время ожидаемыми последствиями потепления считаются:

 затопление обширных густонаселенных зон и образование милли­онов экологических беженцев;

 более сильное потепление на полюсах вызовет ослабление циркуля­ции атмосферы, что изменит распределение осадков  увеличение их количества в Северной Африке и уменьшение  в Северной Аме­рике;

 виды флоры и фауны не будут успевать адаптироваться к быстро ме­няющимся климатическим условиям.

 изменение привычного климата на климат более неустойчивый, что нанесет вред сельскому хозяйству многих стран мира и неблагопри­ятно скажется на здоровье населения этих стран.