4.2. Проблемы, вызванные загрязнением атмосферы

Рассмотрим самые глобальные проблемы, вызванные загрязнением атмосферы. Это проблемы парникового эффекта, кислотных осадков, уничтожения озонового слоя.

В настоящее время человечество оказалось на пороге крупнейшего изменения климата, вызванного человеком. Это изменение не запланировано, неуправляемо и может оказаться катастрофическим. Причина этого изменения – увеличение в атмосфере углекислого газа и некоторых других газов (метана, углеводорода, оксидов азота и др.), которые поглощают инфракрасное излучение от Земли, нагреваются и тем самым нагревают нашу планету. Наибольший вклад в парниковый эффект вносит углекислый газ. Концентрация углекислого газа 0,029% обеспечивает тот климат, к которому мы привыкли. Основная причина увеличения концентрации углекислого газа в атмосфере – нарушение его круговорота вследствие:

а) сжигания топлива;

б) вырубки лесов.

Из-за роста населения эта проблема будет усугубляться. В настоящее время концентрация углекислого газа равна 0,035% (т. е. увеличилась на 20%) и продолжает увеличиваться каждый год на 0,5%.

Однако, температура у поверхности Земли зависит не только от парниковых газов. В первую очередь она определяется отражательной способностью планеты – альбедо, т. е. величиной отражения потока солнечного света, поступающего к поверхности Земли.

Уничтожение естественных водоемов на 63% поверхности суши и замена их сельскохозяйственными полями, сведение лесов и расширение в связи с этим площади пустынь изменили альбедо планеты.

В результате потепления изменится циркуляция атмосферы (уменьшится), что повлияет на распределение осадков и, следовательно, на экосистемы Земли и ее биосферу.

Чтобы этого не произошло, необходимо:

• разрабатывать и внедрять солнечные и другие бестопливные источники энергии;

• увеличить КПД использования горючего на транспорте и использовать другие способы экономии энергии;

• прекращать вырубку лесов, особенно тропических;

• сажать новые леса.

Чтобы еще раз осознать глобальность проблемы парникового эффекта подчеркнем, что еще в 1979 году на Международной Конференции по проблемам изменения климата в городе Торонто ученые заявили, что «…конечные последствия парникового эффекта могут сравниться только с глобальной ядерной войной».

Следующая проблема – уничтожение озонового слоя.

Земля защищена от коротких ультрафиолетовых лучей озоновым экраном, который поглощает 99% ультрафиолета. Озон ядовит для людей и животных (ПДК в воздухе – 0,16 мг/м³).

Озоновый экран появился после того, как в атмосфере накопилось достаточное количество кислорода, а до этого жизнь существовала лишь в водоемах на некоторой глубине, где излучение ослабевало.

В отличие от линейных молекул кислорода молекулы не имеют форму треугольника и задерживают большую часть жестких ультрафиолетовых лучей. Если у поверхности Земли озон способствует образованию смога, то в стратосфере этот ажурный слой выполняет три функции, которые благотворно влияют на живые существа. Первая состоит в том, что озон поглощает большую часть губительного для живых организмов ультрафиолетового излучения Солнца и является единственным веществом, выполняющим эту функцию. Вторая – в том, что, поглощая некоторые из солнечных лучей, озон создает стратосферу – слой атмосферы, в которой температура растет с высотой, тем самым, регулируя циркуляцию атмосферы и ограничивая процессы формирования погоды пределами тропосферы. Третья – озон наряду с углекислым газом поглощает инфракрасное излучение Земли, препятствуя ее охлаждению. Содержание и перемещение озона в атмосфере влияют на метеорологическую обстановку. Не будь озона, температура в атмосфере постепенно уменьшалась бы.

В небольших дозах ультрафиолетовое излучение полезно для человека, животных и растений, в частности способствует выработке витамина В, регулирует кальциевый обмен. Противоположное действие оказывают повышенные или большие дозы ультрафиолетовых излучений.

Известно, что увеличение ультрафиолетового излучения на 10% может увеличить на 7,5% число людей, заболевших опасной формой рака кожи – меланомой, и на 10% – менее опасной формой – карциномой, а также вызывает катаракту глаз у 80 млн. чел.

Так как ослабление озонового слоя чрезвычайно опасно для всей наземной биоты и для здоровья людей, был высказан ряд гипотез о причинах разрушения озонового слоя. Большинство специалистов склоняются к мнению о техногенном происхождении озоновых дыр. Наиболее обосновано представление, согласно которому главной причиной является попадание в верхние слои атмосферы техногенного хлора и фтора, а также других атомов и радикалов, способных чрезвычайно активно присоединять атомарный кислород, тем самым превращать озон в кислород:

О + О₂ О₃

Еще в 1974 году было показано, что озон разрушается под воздействием ионов хлора, образующихся в стратосфере при распаде заносимых туда молекул хлорфторуглеродов (ХФУ).

В 1985 году 28 стран заключили Венскую конвенцию по охране озонового слоя, а в 1987 году 46 государств приняли Монреальский протокол о веществах, разрушающих озоновый слой.

Последующие соглашения довели запрещаемых веществ до 100 наименований и содержали требования полностью прекратить производство ХФУ к 2000 году.

Весьма токсичными выбросами являются оксиды азота, образующиеся, кроме природных процессов, при сжигании азотсодержащего топлива (особенно угля) и окислении атмосферного азота при этом сжигании. Они также увеличивают парниковый эффект, создают кислотные дожди и разрушают озоновый слой. При ежегодных выбросах оксидов азота в количестве около 500 млн. т потери озона в приземном слое атмосферы составляют 60-70 млн. т. Зарегистрировано также разрушение озона при выходе в космос ракет, ядерных взрывах, крупных пожарах и других явлениях, сопровождающихся выбросом оксидов азота.

Рассмотрим проблему, которая формируется в атмосфере и комплексно негативно влияет на все области биосферы. Это проблема кислотных осадков.

В последние 15-20 лет возникла сложная экологическая проблема кислотных дождей. При сжигании различных видов топлива, а также с выбросами различных предприятий в атмосферу поступает значительное количество оксидов серы и азота. При взаимодействии их с атмосферной влагой образуются азотная и серная кислоты. К ним примешиваются еще и органические кислоты.

В дальнейшем кислоты выпадают на поверхность суши или водоемов в виде кислотных дождей или иных осадков.

Общее количество выбросов SO₂ и NO₂ в мире ежегодно составляет более 250 млн. т.

Кислые осадки наиболее типичны для Скандинавских стран, а также Англии, ФРГ, Бельгии, Дании, Польши, Канады. В России очаги образования приходятся на Кольский полуостров, Норильск, Челябинск, Красноярск.

Отрицательное влияние кислых осадков разнообразно: почвы, водные экосистемы, растения, памятники архитектуры, строения.

Поступая в почву, кислые осадки увеличивают подвижность и вымывание катионов, снижают активность редуцентов, азотфиксаторов. При рН, равном 5 и ниже, в почвах резко возрастает растворимость минералов, из них высвобождается алюминий, который в свободной форме ядовит. В ряде мест кислые осадки и продукты их действия проникают в грунтовые воды, а затем в водоемы и в водопроводную сеть, где также способствуют высвобождению из труб алюминия.

Действие кислых осадков на водные экосистемы разнообразно. Попадая в водные источники, они повышают кислотность и жесткость воды.

Сейчас на земле насчитывается многие тысячи озер, практически лишившихся своих обитателей. Почти 20% рек и озер Швеции, Норвегии и Канада потеряли своих обитающих видов.

Действия кислых осадков на леса способствует выщелачиванию из растений биогенов (особенно кальция, магния и калия), сахаров, аминокислот. Кислые осадки повреждают защитные ткани, увеличивают вероятность проникновения через них патогенных бактерий и грибов, способствует появлению вспышек насекомых. Свободный алюминий повреждает молодые корни, создает очаги проникновения инфекций, а также вызывает преждевременное старение деревьев.

Так как большую опасность для окружающей среды и человечества представляет разрушение озонового слоя, кислотные осадки и парниковый эффект эти проблемы стоят в первом ряду самых значимых проблем современности.