Розділ 2. Вплив людини на клімат

2.1. Вплив людини на клімат

Людина змінює навколишнє середовище як стихійно, так і свідомо. У першому випадку це є побіжним і одночасно дуже поширеним наслідком її трудової діяльності, спрямованої на забезпечення своїх життєвих потреб. У процесі господарського освоєння незайманих земель відбувалося поступове руйнування природних екосистем і заміна їх антропогенними, порушувалася рівновага між окремими видами рослинного і тваринного світу. Цей небажаний вплив трудової діяльності на природу особливо проявляється на сучасному етапі розвитку людства, який характеризується надзвичайно стрімким демографічним зростанням і швидким науково-технічним і соціально-економічним розвитком суспільства. У міру збільшення чисельності населення зростають негативні наслідки тотального наступу на клімат, що вкрай загострює проблему екологічної кризи [4].

Одночасно в усі періоди свого існування людина цілеспрямовано впливала на оточуюче середовище, використовуючи його різноманітні природні ресурси. Однією з перших свідомих змін природного середовища було будівництво людиною житла та виготовлення предметів одягу, з допомогою яких вона підтримувала необхідний температурний режим, охороняла себе від несприятливих кліматичних впливів, забезпечувала відповідні умови свого повсякденного життя. Поступово дуже великих змін зазнав клімат під впливом вирубок величезних масивів лісів, розорювання земель, розробки родовищ корисних копалин, промислової діяльності, здійснення різного роду меліорацій тощо [9].

Головні джерела впливу на клімат – промисловість, транспорт, а також паливо, яке використовується для обігрівання житлових будинків. Промисловість серед них – на першому місці. Кількість забруднюючих промислових газів значною мірою залежить від якості палива, яке використовується, його мінеральних компонентів і вмісту сірки, а також від технічного стану промислових установок. Найінтенсивніший вихід відпрацьованих газів відбувається на електростанціях, заводах з виробництва кольорових і чорних металів, вуглезбагачувальних установках, хімічних і нафтопереробних підприємствах. Вони викидають шкідливі речовини в атмосферу через високі димові труби, численні витяжні установки або безпосередньо з промислових цехів [ 22].

2.2.Парниковий ефект та викиди парникових газів

Вже досить тривалий час людство переймається проблемою зміни клімату на Землі.

Але факт антропогенного впливу, тобто впливу людської діяльності на зміни клімату ставляться під сумнів багатьма науковими школами, особливо розвинутих країн, в галузі фізики атмосфери, кліматології, геофізики, гідрології, фізики океану тощо. Найбільші прибічники звинувачення людської діяльності у кліматичних аномаліях - це екологи. Серед відомих визнаних світовою наукою факторів впливу на клімат, виділяють чотири: циклічні коливання інтенсивності випромінювання Сонця; зміна траєкторії руху Землі, концентрація парникових газів, концентрація аерозолей. Два останні, особливо третій фактор, на думку екологів, і є основною причиною зміни клімату на Землі, бо саме вони призводять до так званого парникового ефекту.

Вперше думку про вплив газів, що накопичуються у атмосфері завдяки людській діяльності, висловив наприкінці XIX століття Нобелівський лауреат С. Арреніус. Він вважав, що гази, які потрапляють в атмосферу, поглинають тепло і затримують теплове випромінювання з поверхні планети, тим самим підвищуючи середню температуру поверхні Землі і створюючи так званий парниковий ефект.

Найбільш відомі теорії циклічності зміни клімату на Землі: кожні 100 тисяч років середня температура змінюється з амплітудою 5 –10°С під впливом космосу, зокрема сонячної активності. Новітні дослідження американських вчених начебто стверджувально відповідають на питання про першопричину зміни клімату – космічні чинники. Таке ствердження дало змогу науково обґрунтувати відмову США підписати Кіотські протоколи.

Офіційна, обґрунтована дослідниками точка зору США полягає в тому, що статистичне узагальнення даних майже трирічних спостережень клімату доводить те, що потепління відбувається природним шляхом і майже не пов’язане з антропогенною діяльністю.

Позиція США стане зрозумілою, якщо з’ясувати сутність Кіотського протоколу 1997 року до Рамкової Конвенції ООН про зміну клімату. Рамкова Конвенція була покликана об’єднати зусилля із запобігання небезпечним змінам клімату і домогтися стабілізації концентрації парникових газів в атмосфері на відносно безпечному рівні. Кіотеький протокол цієї Конвенції закріпив кількісні зобов’язання розвинених країн і країн з перехідною економікою з обмеження і зниження надходження парникових газів в атмосферу.

По-перше, розвинені країни та країни з перехідною економікою, в тому числі й Україна, повинні в цілому до 2008 -2012 років скоротити свої викиди парникових газів не менш ніж на 5 % від рівня 1990 року. По-друге, враховуючи ту обставину, що до 98 % всіх викидів СО2 (або 80 % всього ефекту) дає енергетична галузь, Кіотським протоколом встановлена квота обсягів викидів і квоти платежів за викиди СО2 для найбільших забруднювачів. Система світового ринку торгівлі квотами за викиди парникових газів буде сприяти ефективності зниження обсягів викидів парникових газів. Найбільшими забруднювачами сьогодні є США, Росія, Японія, Німеччина, Франція, Італія, Велика Британія, Канада, Австралія, Україна. Жодна з цих країн не підписала Кіотський протокол. Вони не підписують його із зрозумілих фінансових міркувань. Таку відмову можна і треба обґрунтовувати. Отже й набувають все більшого поширення тези про необґрунтованість парникового ефекту та участь у ньому людської діяльності [11].

Енергія, яка необхідна для різноманітних біологічних, геофізичних і геохімічних процесів, досягає Землі у формі сонячного випромінювання. Основний механізм емісії й абсорбції електромагнітного випромінювання - переходи атома або молекули між більш високими і більш низькими рівнями енергії. Коли молекула одержує енергію, її електрони переходять на більш високий рівень енергії, у випадку втрати молекулою енергії, остання виділяється у вигляді випромінювання, довжина хвилі якого визначає температуру поверхні тіла, що випромінюється. Чим вища температура тіла, що випромінює, тим коротша довжина хвилі випромінювання, що виділяється.

Температура поверхні Сонця складає 6000° К і воно випромінює в короткохвильовій області з максимумом випромінювання у видимій області при 500 нм. Сонячне випромінювання відбивається атмосферою (хмари, частинки пилу), поверхнею Землі, проте здебільшого абсорбується поверхнею Землі, що у такий спосіб нагрівається, а частину отриманої енергії знову випромінює. Але тому, що Земля має значно меншу температуру, ніж Сонце, вона випромінює в довгохвильовій інфрачервоній області .

Деякі гази, у першу чергу водяні пари і діоксид вуглецю абсорбують це випромінювання і перетворюють його знову на тепло. Внаслідок цього атмосфера нагрівається і випромінює відповідно її температурі частину енергії знову на поверхню Землі. Таким чином, збільшується температура Землі і ближчих до її поверхні прошарків повітря. Цей ефект подібний до парника, скляна стріха якого утримує інфрачервоне випромінювання. Якби наша атмосфера не містила так званих парникових газів (Н2О, СО2, N2О, О3 тощо), температура поверхні Землі була б значно нижчою.

У середньому приблизно 30% сонячного випромінювання, яке падає на Землю, знову повертається в космос, приблизно 25 % абсорбується атмосферою (в основному за рахунок озону стратосфери, а також хмар і водяних парів тропосфери), 45 % випромінювання, що падає, абсорбується поверхнею Землі, із нього приблизно 60 % (29/45) витрачається на випар води і на конвекцію тепла. Це означає, що нетто-інфрачервоне випромінювання складає приблизно 40 % (18/45), в шість разів більш значне брутто-інфрачервоне випромінювання (104/45) пояснюється парниковим ефектом.

Вода й озон абсорбують як у спектральній області випромінювання Сонця, так і в інфрачервоній області випромінювання Землі. Озон стратосфери абсорбує в ультрафіолетовій області випромінювань Сонця, а озон тропосфери абсорбує в ІЧ-області випромінювань Землі. Пари води поглинають переважно в ІЧ-області, а діоксид вуглецю практично тільки в ІЧ-області, то вказує на те, що CO2., є типовим парниковим газом.Найбільш значними природними парниковими газами атмосфери є водяні пари, діоксид вуглецю, метан, оксид азоту N2О, а також озон тропосфери О3 Відносний вміст газів у природному парниковому ефекті подано на діаграмі.

Додатково до перерахованих газів людина викидає в атмосферу синтетичні речовини, як-от хлор- і фторовмісні вуглеводні (ХФСН), які є, завдяки своїм оптичним властивостям, потенційними парниковими газами. Хоча емісії ХФСН через руйнуючу дію на стратосферний озоновий прошарок зусиллями світової громадськості значно зменшилися, їхній вміст в атмосфері ще приблизно сторіччя буде значним, що пояснюється їхньою значною стійкістю (термін життя). Озон є тепличним газом, тому такі речовини, як оксиди азоту (NOx) і леткі органічні речовини (ЛОВ), що сприяють синтезу озону в тропосфері, можна розглядати як такі, що побічно впливають на парниковий ефект [26].