Изменение климата – одна из глобальных экологических проблем

Углекислый  газ считается основным парниковым газом. Его влияние на глобальное потепление в последнее десятилетие XX в. разными учеными оценивается в 55—64% (оценка 64% максимальная).

Вторым  парниковым газом по значимости, т. е. по влиянию на глобальное потепление, является метан СН₄, происхождение которого в атмосфере имеет как природную, так и антропогенную историю.

Примерно 20% глобального потепления обусловлено  присутствием метана в атмосфере.

Менее значимым парниковым газом по его влиянию  на глобальное потепление является N₂0. Как и С0₂, оксид азота(I) — естественный компонент атмосферы, но присутствует он в ней в значительно меньшем количестве. К антропогенным источникам этого парникового газа относятся хозяйства, использующие азотные удобрения, сжигающие биомассы, а также механизмы, в которых ископаемое топливо используется в двигателях внутреннего сгорания. На долю N₂0 приходится около 6% глобального потепления.

Признаки  парникового эффекта в XX вв.. Климатическая система планеты находилась в равновесии, когда поглощенное солнечное излучение уравновешивалось тепловым излучением Земли. Это было до технической революции, которая вызвала значительное увеличение выбросов антропогенных парниковых газов. Систематические наблюдения за климатом и содержанием в атмосфере парниковых газов дают основание для прогноза к увеличению их концентрации и повышению средней температуры на планете.

В XX в. отмечены следующие признаки парникового эффекта:

• жара и засуха, которые затронули Северную Америку и другие регионы планеты в 1980-е гг.;
• увеличение расстояния до зоны вечной мерзлоты на Аляске и в канадской Арктике;
• повышение средней температуры озер в Канаде;
• уменьшение годовой максимальной протяженности ледникового покрова в Антарктике и Арктике;
• убывание количества айсбергов на севере Европы и в других районах мира;
• необычные климатические явления в последние годы XX в. — ураган Хьюго, наводнения в Африке и Индии, бури в Европе;
• уменьшение толщины льда в Арктике и Антарктике: например, толщина льда в районе севернее Гренландии уменьшилась с 6,7 м в 1976 г. до 4,5 м в 1987 г.

Возможно, что потепление вызвано не только парниковым эффектом, но и естественной изменчивостью климата. Тем не менее, для специалистов ясно, что, создавая своей деятельностью антропогенные выбросы в атмосферу газов, поглощающих ИК-излучение, человечество способствует потеплению климата.

Прогноз глобального потепления на XXI в. и возможные экологические последствия. Изучением дальнейшего повышения среднепланетной температуры Земли, прогнозом ее на XXI в. занимаются многие ученые, специалисты научных институтов, международных организаций, группы экспертов на уровне правительств. Для оценки возможного изменения климата разрабатываются компьютерные модели будущего климата, или модели глобальной циркуляции (МГЦ).

Рассмотрим  наиболее важные из возможных климатических  изменений.

• Увеличение осадков, особенно в средних и высоких широтах в зимний период.
• Уменьшение поверхности морского льда и снежного покрова.
• Потепление полярных зим.
• Подъем среднего уровня Мирового океана (на 10—30 см — произойдет к 2030 г. и на 30—100 см — к концу XXI в. вследствие нагрева и таяния ледников). В случае таяния Антарктического ледникового щита глобальный уровень моря поднимется более чем на 5 м. В течение XXI в. это, вероятнее всего, не произойдет.
• Повышение уровня моря вызовет крупномасштабные наводнения (например, во многих северных регионах России), затопление прибрежных зон, ведущее к загрязнению систем водоснабжения, засолению пресноводных прибрежных акваторий, перемещению человеческих поселений. Повышение уровня моря на 1 м затопит 15% площади Египта и 14% урожайной земли Бангладеш.
• Понижение влагосодержания почвы в летний период во внутриконтинентальных областях средних широт (летнее иссушение континентов), вызванное более ранним окончанием таяния снегов и периодов дождей.
• Понижение влажности почвы в некоторых регионах приведет к их опустыниванию (например, в Африке).

Распространение засухи от 5% в 1990-е гг. до 50% к 2050-м  гг. вызовет ухудшение обеспечения  населения продовольствием, особенно в густонаселенных регионах мира (Северная Африка, Южная Америка, западные арабские страны, Юго-Восточная Азия, Индийский полуостров, Мексика, Центральная Америка, юго-западные территории США, часть Восточной Бразилии и другие зоны).

• Потери урожая зерновых культур в некоторых областях Земли (в Южной Европе, на юге США, в Западной Австралии).
• Потепление на 0,1 — 1,0 °С за 10-летний период и засуха ограничат распространение лесов и приведут к замене 100— 200 млн га леса степными зонами. Произойдет сокращение территорий, занятых лесами.
• Такое смещение географических зон растительности приведет к сокращению территорий, пригодных для жизни животных, т. е. произойдет обеднение земной фауны. Могут погибнуть не только отдельные виды животных, но исчезнуть целые генотипы.
• Произойдет значительное сокращение видового многообразия растений и животных.
• Появятся новые виды, для которых эти условия более благоприятны. Среди растений это сорняки, среди животных — вредители и паразиты садов и жилищ. Расширятся возможности распространения вредных насекомых и микробов — возбудителей болезней — за пределы тропической зоны на субтропическую и даже среднюю полосу с разрушительными последствиями для местных сельскохозяйственных культур.
• Миграция людей из районов наводнения, засухи, обеднения флоры и фауны приведет к распространению эпидемий в лагерях и поселениях для беженцев.
• Распространение болезней, характерных для жаркой зоны (малярия, шистосомоз, лихорадка денге, японский энцефалит), в сторону северных широт; это может привести к заболеваемости большего числа людей.

Наиболее  сильному негативному воздействию  подвергнутся жители крупных урбанизированных районов.

Пути  решения проблемы глобального потепления климата. Ученые и политики всего мира, озабоченные проблемой парникового эффекта и его возможными последствиями, предлагают ряд мер по борьбе с глобальным потеплением климата. Приведем наиболее часто выдвигаемые предложения.

1. Для стабилизации парниковых газов на уровнях, установившихся к концу XX в., необходимо снижать объемы выбросов: С0₂ - на 50-80%, СН₄- на 10-20%, фреонов - на 75-100%, N,0-на 80-85%.
2. Так как более половины выбросов парниковых газов связано с производством энергии, необходимо сокращать производство и потребление энергии, повышать эффективность энергетики, использовать энергосберегающие технологии. Мировое сообщество должно перейти к энергосберегающему будущему. Развитые страны не должны экспортировать устаревшие энергоемкие технологии в страны третьего мира.
3. Сокращать потребление ископаемого топлива в качестве источника энергии, стремиться к полному отказу от сжигания ископаемых органических веществ, являющихся основным источником углекислого газа.
4. Вместо угля целесообразнее использовать природный газ, так как он при сгорании дает меньше углекислого газа на единицу производства энергии. Однако при этом надо избегать антропогенных выбросов метана и его потерь при транспортировке, ведь метан представляет собой более сильный парниковый газ, чем СО,.
5. Рекомендовать для использования углеводородное топливо, получаемое из растительных остатков и бытовых отходов путем их анаэробного разложения (биогаз).
6. Широко использовать возобновляемые источники энергии (энергию Солнца, ветра, гидроэнергию, геотермальную энергию).
7. Сокращать численность автомобилей, совершенствовать действующие модели, внедрять более экономичные двигатели, повышать их коэффициент полезного действия, использовать в автомобилях вместо жидких нефтепродуктов более экологичные виды топлива (водород, метан, смесь пропана и бутана). В 2001 г. в Швейцарии создан автомобиль, работающий на метане, образующемся при разложении пищевых отходов.

8. Прекратить  уничтожение лесных массивов  и восстановить их, где это  возможно, и таким образом увеличить  поглощение углекислого газа. Такие  методы прямого удаления С0₂ из атмосферы называются «углеродным секвестром».

9. По  возможности не производить осушения  болот, так как биоценозам болот принадлежит большая роль (по сравнению с биоценозами лесов) в долговременном изтечении СО из атмосферы.

10. Ограничить или полностью исключить производство фреонов и аналогичных им веществ (гидрофторуглеродов).
11. Развитие сельского хозяйства вести по технологиям, уменьшающим образование парниковых газов.
12. Повсеместно ввести «углеродный налог» (на выбросы угле-родсодержащих соединений). Принцип «загрязняющий платит» в некоторых странах был введен в начале 70-х гг. XX столетия.

Осознать  опасность парниковой катастрофы должны не только руководители государств, но и все граждане мира.

3.2 Кислотные осадки

Рассмотрю другую, но не менее значимую глобальную экологическую проблему атмосферы  – кислотные осадки.

Причины образования кислотных осадков.

Дождевая  вода, образующаяся при конденсации  водяного пара, теоретически должна иметь  нейтральную реакцию, однако в действительности даже самый чистый дождь не имеет  значение рН = 7. Ведь в атмосфере всегда присутствует углекислый газ (постоянный компонент воздуха), который при взаимодействии с атмосферной водой образует угольную кислоту.

Поэтому дождевая вода имеет слабокислую  реакцию (рН = 5,6). Кислотным же называется дождь, рН которого < 5,6. Термин «кислотный дождь» впервые ввел английский химик Роберт Ангус Смит в 1882 г. в своей книге «Воздух и дождь: начало химической климатологии».

Образование кислотного дождя обусловлено выбросами  в атмосферу кислотных оксидов, преимущественно SO₂ и NO₂, естественные и техногенные источники. К основным антропогенным источникам этих газов относятся тепловые электростанции, промышленные котельные, автотранспорт, технологические агрегаты металлургической, химической и других отраслей промышленности.

Поступающий в атмосферу сернистый газ  окисляется кислородом воздуха в  серный ангидрид. Происходит эта необычная  для природы реакция в присутствии  пылеобразных частиц оксидов металлов, выступающих в роли катализаторов, или под действием солнечного света.

Образующийся  серный ангидрид растворяется в капельках  влаги с образованием серной кислоты, выпадающей далее с атмосферными осадками на Землю в виде кислотного дождя.

Так образуется в атмосфере серная кислота, являющаяся первой причиной выпадения кислотных  осадков.

Вторая  причина образования кислотных  осадков связана с азотной  кислотой, образующейся в атмосфере  из оксидов азота. 

Кислотные осадки выпадают в большинстве промышленных районов мира. Они особенно распространены в странах Скандинавии (Швеция, Норвегия, Финляндия), Европы, на северо-востоке  и западном побережье США и  Канады.

Меры  защиты биосферы от кислотных осадков. Кислотные дожди наносят значительный ущерб всем объектам окружающей среды. Поэтому данная проблема весьма актуальна и требует объединения усилий всех стран.

Прежде  всего, необходимы меры, позволяющие резко снизить выбросы в атмосферу сернистого газа и оксидов азота, так как именно они являются причиной образования кислотных дождей. Для уменьшения газообразных выбросов необходимо совершенствовать технологический процесс по принципу безотходного производства, разрабатывать систему эффективных очистных сооружений, а это определяется уровнем развития науки и техники, которые должны быть приоритетными в государственной политике.

В первую очередь надо резко снизить выбросы  в атмосферу сернистого газа, так  как серная кислота примерно на 70% обусловливает кислотность дождей, выпадающих на больших расстояниях от места выбросов.

3.3. Разрушение озонового слоя

Проблема  разрушения или, точнее, истощения озонового  слоя возникла в начале 1970-х гг. Было высказано несколько гипотез, согласно которым некоторые вещества — продукты деятельности человека — достигнув стратосферы, могут вызывать разложение озона.

Ежегодно  наша планета Земля теряет около 0,5% озонового слоя. За последние 10—15 лет его содержание уменьшилось примерно на 7%, и отмечается нарастающая интенсивность этого процесса.

Экологические последствия разрушения озонового  слоя. Защитная роль озонового слоя объясняется тем, что озон поглощает коротковолновое солнечное УФ-излучение совершенно в том же диапазоне длин волн, что и молекулы живых клеток. В результате биологически опасное УФ-излучение поглощается в атмосфере, не достигая поверхности Земли.

В 1970-х  гг. было установлено, что озоновый слой истощается, следовательно, он перестает  в полной мере выполнять свою защитную функцию. Уменьшение содержания озона  позволяет большему количеству УФ-лучей достигать поверхности Земли, что является вредным для живых организмов. Рассмотрим возможные экологические последствия разрушения озонового слоя.

Потеря  озона в стратосфере с одновременным  увеличением его в тропосфере может привести к изменению климата. Разрушение озона вызывает снижение температуры в стратосфере и разогревание тропосферы, так как все большее количество УФ-лучей проникает в нее. Вспомним также, что О₃ относится к парниковым газам и его образование в тропосфере происходит при загрязнении ее оксидами азота и углеводородами, что ведет к повышению температуры.

Усиление  УФ-облучения оказывает вредное воздействие на здоровье человека. Имеется много данных о связи солнечного света мрака кожи. Известно, что даже при небольшом повышении дозы УФ-облучения у человека появляются ожоги на коже. Солнечная радиация способствует также старению кожи. Усиление УФ-облучения вызывает увеличение заболеваемости раком кожи. За последнее десятилетие XX в. частота таких заболеваний у жителей США и Европы возросла в несколько раз. Это связано не только с увеличением доли УФ-облучения, но и с изменением образа жизни людей, которые стали больше времени проводить на солнце.