Весна Сборник тестовых заданий по екологии 2012

4.2. Стресс атмосферы Земли

Наиболее негативное воздействие на атмосферу может оказывать увеличение концентрации парниковых газов (парниковый эффект) в результате человеческой деятельности и выбросы химических соединений, разрушающих озоновый слой Земли.

Скоропалительное объяснение атмосферных процессов (образование озоновых дыр), являющееся лишь одной из возможных научных гипотез, нанесло серьёзный ущерб экологической научной об-

101

щественности и вызвало недоверие населения к любым попыткам освещения других глобальных процессов.

Напомним, что эволюционный выход жизни на сушу стал возможен только после образования озонового слоя Земли, который формируется при достижении концентрации кислорода в атмосфере на уровне примерно 10 % от современной концентрации (вторая «точка Пастера»). Озоновый слой представляет собой часть стратосферы на высотах 20–40 км, которые определяются оптимумом между механизмами образования и расходования озона (механизм Чэпмана). Этот оптимум в свою очередь зависит от распределения жёсткого ультрафиолетового (УФ) излучения Солнца, наличия молекулярного и атомарного кислорода: на больших высотах преобладает реакция слияния молекулы кислорода с атомом кислорода; ниже – реакция превращения озона в атомарный и молекулярный кислород.

Таким образом, чем больше УФ-излучение достигает поверхности Земли, тем более интенсивно кислород превращается в озон, а чем больше озона в атмосфере, тем больше УФ-излучения он поглощает.

Если бы не озоновый слой, то жизнь не смогла бы вообще выбраться из океанов, и высокоразвитые формы жизни, включая человека, не возникли бы. Высокая концентрация озона поглощает опасные УФ-лучи и защищает всё живущее на суше от губительного излучения. Последствием истощения озонового слоя является увеличение потока УФ-излучения, вызывающее среди населения рост числа заболеваний раком кожи и катарактой глаз.

Обнаружены несколько механизмов разрушения озона. Один из них хлорный цикл, при котором отщепляемые под воздействием жесткого УФ-излучения от некоторых химических соединений атомы хлора по типу цепной реакции начинают интенсивно истощать озоновый слой. Например, один атом хлора может разрушить до 105 молекул озона. На этом механизме и построили свою гипотезу специалисты, связавшие процесс образования озоновых дыр с антропогенными выбросами хлорфторуглерода (ХФУ) в атмосферу.

ХФУ – одни из самых полезных соединений, придуманных человеком. Они нашли широкое применение в производстве хладагентов (фреонов) для холодильных установок, в производстве огнетушителей, растворителей, аэрозолей и др.

102

После обнаружения и опубликования в конце прошлого столетия данных о появлении в атмосфере озоновых дыр предложенная гипотеза разрушения озонового слоя хлор- и бромсодержащими фреонами стала основой для последующих политических решений. С 80-х годов мировое сообщество начало принимать меры по сокращению производства фреонов. После Монреальского (1987 г.) протокола и последующих международных соглашений производство отдельных фреонов с середины 1990-х гг. было полностью запрещено.

Однако имеются серьёзные опасения, что на принятие подобных международных мер оказали влияние не только попытки научного объяснения рассматриваемых явлений, но и конкурентная борьба фирм–гигантов (в частности, Du Pont) по производству хладагентов. К настоящему времени нет единой общепринятой научной точки зрения, объясняющей явление озоновых дыр и их проявление в атмосфере, в основном, над полюсами Земли. По мнению многих учёных, истощение стратосферного озона, наблюдавшееся в последние два десятилетия ХХ в., вызвано не антропогенным фактором, а естественными циклическими процессами в атмосфере. По данным последних измерений, общее содержание озона в атмосфере начало расти и к 2040–2050 гг. снова достигнет своего максимума, а озоновая дыра над Антарктидой сократится до минимума.

Аналогичный характер в последние десятилетия носит научная дискуссия о причинах потепления климата на нашей планете. Одна группа специалистов полагает, что потепление климата на Земле обусловлено естественными причинами, другие – убеждены в антропогенном воздействии, проявившемся в увеличении концентрации парниковых газов в атмосфере.

Анализ данных о реконструкции глобальной температуры Северного полушария (глобальное потепление здесь проявляется ярче, чем в Южном полушарии) последнего тысячелетия показывает, что после Средневекового климатического оптимума (1000–1300 гг.) началось понижение температуры (Гренландия была свободной ото льдов, а потом покрылась материковыми ледниками). Самым холодным был период с XV по XVII вв. (в Голландии катались на коньках по каналам, сейчас вообще не замерзающим).

За последнее столетие температура с 1900–1910 гг. начинает расти, происходит быстрое потепление глобального климата с малоза-

103

метным похолоданием в 1940 г. Промежуток времени с 1950 по 1977 гг. принято называть периодом климатической нормы, и он явился точкой отсчёта шкалы отклонений температур.

С 1979 г. начался драматический рост глобальной температуры: уменьшение толщины льдов Северного Ледовитого океана и быстрое истощение огромных ледников в Антарктиде. К концу ХХ в. температура выросла за столетие примерно на 0,75 С, выйдя на значения, превышающие наблюдавшиеся за предыдущие 2000 лет.

Ситуацию не спасает приостановившийся рост температуры за последние десять лет, несмотря на то, что 2010 г. стал на Северном полушарии Земли самым тёплым за 120 лет регулярных метеорологических наблюдений.

Такие резкие колебания температуры с неопределённым дальнейшим трендом за последние 20 лет могут быть связаны с эффектами: разогревающим – Эль-Ниньо, и охлаждающим – Ла-Нинья. Итогом является эмпирическое наблюдение, что антропогенное воздействие в локальном периоде времени вполне может быть скомпенсировано естественными причинами. Это подливает огонь в непрекращающуюся дискуссию о первопричинах изменения климата на Земле.

Кроме того, предлагается рассматривать и учитывать процессы с огромными периодами воздействия (галактические причины, планетарные процессы, циклы Миланковича, периоды Солнечной активности) и с локальными периодами (11-летние циклы Солнечной активности, вулканическая деятельность, эффекты Эль-Ниньо – ЛаНинья и др.).

Усиление антропогенного воздействия связывают с единственной причиной – увеличением концентрации парниковых газов в атмосфере. Следовые парниковые газы, присутствующие в атмосфере, удовлетворительно пропускают к поверхности Земли жёсткое солнечное излучение, но интенсивно поглощают тепловое излучение планеты, возвращая назад к поверхности значительную часть поглощённой энергии и дополнительно её нагревая. Это естественный природный процесс, позволяющий поднять температуру поверхности Земли с её эквивалентного значения -18 С до реальных +15 С.

Основным естественным парниковым газом является вода и водяные пары в атмосфере, далее следуют концентрации CO2 и СН4. Основным антропогенным парниковым газом является двуокись уг-

104

лерода CO2, предполагается, что ее вклад в антропогенное изменение климата превышает 60 %. Следующим по значению является изменение содержания в атмосфере метана СН4, его доля в парниковом эффекте приближается к 20 %.

В соответствии с Киотским протоколом мировым сообществом контролируется также содержание в атмосфере закиси азота N2O и ХФУ. При этом потенциалы глобального потепления метана в 21 раз превышают принятый за единицу потенциал диоксида углерода, а закись азота превышает его в 310 раз.

За последние 200 лет концентрация CO2 возросла более чем на 35 % (с 280 до 390 ед./млн), а концентрация в атмосфере метана увеличилась в 2,5 раза. Наблюдается также явление самоусиления парникового эффекта: потепление климата способствует дополнительному выделению углекислого газа из воды, почвенной влаги и тающих льдов.

Отмечается корреляция на эволюционно длительных исторических промежутках времени между колебаниями температурного режима Земли и изменением концентрации CO2 в атмосфере. Однако выводы из наблюдаемой корреляции о первичном факторе происходящих глобальных изменений делаются совершенно противоположные.

Вплоть до последней четверти ХХ столетия наибольший вклад в увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере вносили промышленно развитые страны, и в первую очередь США. Особенностью современного этапа развития является резкий рост выбросов углерода как основного парникового элемента в некоторых развивающихся странах: Индии, Китае, Бразилии, Индонезии. К концу прошлого столетия суммарные мировые выбросы углерода только от сжигания ископаемых видов топлива практически сравнялись для промышленно развитых и развивающихся стран.

Рассмотренная особенность современного процесса, попытка построить аналогичную индустриальную цивилизацию в оставшемся мире делают весьма проблематичными намерения мировой общественности обуздать темпы выбросов парниковых газов в атмосферу. Считается, что дальнейшее потепление на планете продолжится в течение XXI в. с темпами 1–2 С до конца столетия.

105

Тестовые задания

106

107

108

109

Г Л А В А 5

РАЦИОНАЛЬНОЕ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Современные масштабы и темпы развития производительных сил требуют изменения отношения к вопросам, связанным с охраной окружающей среды и рациональным использованием природных ресурсов. Эти вопросы приобрели в настоящее время большую экономическую и социальную значимость, так как речь идёт о безопасном развитии человечества.

Рациональное природопользование – это различная деятельность человека, соответствующая объективным законам природы и сохраняющая существующую ситуацию в биосфере.

Рациональное природопользование направлено на обеспечение условий существования человечества и получение материальных благ, на максимальное использование каждого природного комплекса, на предотвращение или снижение вредных последствий процессов производства, на поддержание и повышение продуктивности и привлекательности природы.

Охрана окружающей среды, рациональное природопользование, обеспечение экологической безопасности жизнедеятельности человека – неотъемлемое условие устойчивого экономического и социального развития любого государства.

Следует выделить следующие приоритетные направления деятельности:

создание условий для комплексной оценки и прогноза состояния различных видов природных ресурсов страны в целом в системе национального богатства и на этой основе обеспечение сбалансированного и неистощительного использования ресурсов территорий; создание механизма учёта и оценки всех видов природных

ресурсов как основы для установления платы за природные ресурсы, расчёт экономического ущерба (компенсационные выплаты), оценка рисков ответственности предприятий при страховании объектов природопользования.

110