Антропогенное воздействие на атмосферу

Загрязнение воздуха особенно резко проявляется в городах, где размещены крупные промышленные предприятия и существенна роль автотранспорта. Здесь образуется тяжелая ядовитая смесь с туманом, сернистым и угарным газом, твердыми частицами, выброшенными из труб в результате неполного сгорания. Местные загрязнения атмосферы остро переживаются населением. Наряду с местным, атмосферное загрязнение может иметь крупные региональные и даже глобальные экологические последствия: воздействие кислотных осадков, парниковый эффект, нарушение озонового экрана.

Кислотные осадки. Кислотными называются любые атмосферные осадки – дожди, туманы, снег, кислотность которых выше нормальной. Кислотные свойства среды определяются ионами водорода. Чем больше концентрация водородных ионов в растворе, тем выше его кислотность. Для выражения концентрации ионов водорода используют единицы водородного показателя, или рН. Шкала рН: от 0 (крайне высокая кислотность) через 7 (нейтральная среда) до 14 (крайне сильная щелочность). Сжигание топлива при работе угольных ТЭЦ, промышленных предприятий, автотранспорта сопровождается образованием диоксида серы и оксидов азота; реагируя с парами воды, они образуют серную и азотную кислоты. В результате в отдельных регионах выпадают осадки, кислотность которых в 10-1000 раз превышает нормальную.

Значение рН среды важно с экологической точки зрения, т.к. от него зависит деятельность практически всех ферментов, гармонов в организме, регулирующих обмен веществ, рост и развитие. Особенно чувствительны к повышению кислотности обитатели водоемов. Ущерб не ограничивается гибелью водных организмов. Многие пищевые цепи, охватывающие почти всех диких животных начинаются в водоемах.

Кислотные осадки вызывают деградацию лесов. Попадая на листья и хвою деревьев, кислоты нарушают защитный восковой покров, делая растения более уязвимыми для насекомых и патогенных организмов. Леса поражаются вредителями и болезнями.

Воздействуя на почву, кислотные осадки значительно увеличивают выщелачивание биогенов. При низких рН уменьшается активность редуцентов и азотфиксаторов, что еще сильнее обостряет дефицит питательных веществ: почвы теряют плодородие. Дополнительный ущерб возникает в связи с тем, что кислотные осадки, просачиваясь сквозь почву, способны выщелачивать алюминий и тяжелые металлы. Обычно эти элементы в почве связаны в нерастворимые соединения и, не поглощаются организмами. Однако в кислой среде их соединения растворяются. становятся доступными и оказывают сильное токсическое воздействие как на растения, так и на животных. Для повышения устойчивости почв к кислотным осадкам проводится известкование. Известь связывает ионы водорода и повышает буферность почв.

Парниковый эффект и его экологические последствия. Около 70% солнечной радиации, падающей на Землю, поглощается поверхностью суши и океана, преобразуется в теплоту и излучается обратно в космос в виде длинноволнового инфракрасного излучения. При этом чистая атмосфера, основные газы которой азот и кислород, прозрачна для инфракрасных лучей, а атмосфера, содержащая пары воды, диоксид углерода (СО₂) и некоторые другие газы, поглощает тепловое излучение, благодаря чему воздух нагревается. Это явление называется парниковым эффектом.

Современный естественный парниковый эффект создает прирост средней температуры Земли на 30⁰С. Это значит, что если бы парникового эффекта не было, то средняя температура Земли, составляющая сейчас 15⁰, понизилась бы до –15⁰. Всю Землю сковало бы льдом. И, наоборот, если содержание газов, вызывающих парниковый эффект, увеличится – на Земле станет еще теплее.

На протяжении фанерозоя (около 600 млн. лет) средняя приземная температура колебалась в пределах 10-20⁰. Такая устойчивость объясняется прежде всего биотической регуляцией содержания парниковых газов в атмосфере. Например, содержание углекислого газа в воздухе в естественных условиях регулируется так, что его поступление равняется связыванию в результате деятельности многих организмов.

В настоящее время равновесие нарушается: сжигание ископаемого топлива рассматривается как тенденция, которая может привести к глобальному потеплению климата. Ожидается, что в середине ХХI века количество углекислого газа в атмосфере удвоится, что приведет к повышению температуры в умеренных широтах на 2-3⁰, на полюсах – более чем на 10⁰. Потепление вызовет таяние полярных льдов. В океан дополнительно поступит такое количество воды, что его уровень поднимется почти на 100 м; будут затоплены обширные приморские низменности и расположенные на берегах морей города, в которых проживает подавляющее большинство населения планеты и размещен основной промышленный потенциал.

Различия температуры на полюсах и экваторе – основная движущая сила циркуляции атмосферы. Более сильное потепление на полюсах приведет к ослаблению циркуляции. Это изменит всю картину климата, связанную с переносом тепла и влаги. В большинстве районов с жарким и сухим климатом, количество атмосферных осадков увеличится, в умеренном поясе станет суше.

Нарушение озонового экрана. Наряду с видимым светом Солнце излучает также ультрафиолетовые волны. Особую опасность представляет коротковолновая часть их – жесткое ультрафиолетовое излучение. Все живое на Земле защищено от агрессивного воздействия ультрафиолетового излучение, т.к. 99% его поглощается слое озона в стратосфере на высоте около 25 км. Среди загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу, содержатся соединения, разрушающие озоновый слой. К таким веществам относятся соединения, синтезируемые людьми, фторхолоруглеводороды (фреоны), используемые в холодильниках и в аэрозольных товарах. Фреоны летучи и поднимаются в стратосферу. Там они разлагаются, высвобождая атомарный хлор, который разрушает озон. В 1979 г. спутниковые наблюдения обнаружили истоншение озонового слое ("озоновую дыру") над Южным полюсом.

Международное сообщество, озабоченное этой тенденцией, уже ввело ограничения на выбросы фреонов Венской конвенцией об охране озонового слоя (1985).

Энергетический кризис.

Промышленная революция началась с того момента, как человек научился использовать энергию ископаемого топлива. Ее началом можно считать 1830-е гг. – период строительства железных. Примерно через 150 лет на смену промышленной пришла научно-техническая революция. Начался бурный экономический рост, сопровождавшийся столь же быстрым ростом потребления энергии.

Современное энергопотребление человечества составляет 10¹³ Вт в год и основано на невозобновимых запасах ископаемого топлива: каменного угля, нефти, газа. Объем энергопотребления на порядок превышает доступную для использования человеком мощность возобновимых источников энергии – солнечную, ветровую, геотермальную, приливную, гидромощность рек, прирост древесины и др. За счет ископаемого топлива в мире вырабатывается около 95% энергии. Поэтому энергетические проблемы человечества напрямую зависят от топливно-энергетического потенциала Земли. Рано или поздно запасы ископаемого топлива будут исчерпаны.

Однако, по оценке некоторых ученых (В.Г.Горшков и др.) надвигающийся энергетический кризис заключается не в недостатке энергии, а в том, что растущий антропогенный вклад в энергетику атмосферы грозит ее устойчивости.

Энергетический эквивалент чистой первичной продукции растений, получаемой за счет лучистой энергии Солнца, равна 10¹⁴ Вт в год. В естественных экосистемах первичная продукция в основном перерабатывается гетеротрофными организмами, что обеспечивает замыкание биотического круговорота – необходимое условие устойчивого функционирования биосферы. В экосистемах суши около 90% растительной продукции потребляется редуцентами – бактериями и грибами-сапрофагами; около 10% - потребляется червями, моллюсками и членистоногими. Все позвоночные животные, включая человека, потребляют не более 1% продукции растительности (Уиттекер, 1980). При таком соотношении экосистемы устойчивы.

В современной биосфере в антропогенный канал (люди и домашние животные) поступает около 25% всей первичной продукции растений. Такое увеличение потребляемой человечеством первичной продукции происходит уже не только благодаря энергии Солнца, но в основном за счет дополнительных источников энергии.

Чтобы обеспечить замкнутость биотического круговорота в природно-хозяйственных системах, для поддержания современного антропогенного потребления людям необходимо сконструировать аналог естественных экосистем с мощностью порядка 10¹⁵ Вт. Дополнительное энергопотребление в таких масштабах, даже при наличии неограниченных запасов источников энергии, разрушит стабильность климата Земли.

Концепция Геи

Современная научная картина мира уже не согласуется с прежними антропоцентрическими представлениями о природе только как о внешней сфере его деятельности. Биосфера, вся Земля предстают как особый целостный организм, частью которого является человеческое общество.

Английский физик Джеймс Лавлок (Lovelock, 1982), развивая идеи Вернадского сформулировал в 1979 г. концепцию Геи. Согласно этой концепции эволюция организмов настолько связана с эволюцией их физического окружения, что вместе они составляют единый эволюционный процесс, который обладает свойствами саморегуляции. Планета ведет себя как единый одушевленный организм, суперорганизм, который преобразовывает свою среду так, чтобы она была для него наиболее благоприятной.

В процессе эволюции биота и преобразуемая живым веществом окружающая среда изменялась совместно. Лавлок не разделяет живые организмы и окружающую их среду. Все они являются частями единого организма - Геи (Земли) - сложной системы, в которой осуществляется информационный обмен между биотическими и абиотическими компонентами. Любые организмы, в том числе люди, которые неблагоприятным образом влияют на окружающую среду и делают ее менее пригодной для живого вещества, в конце концов исчезают, так же как слабые, эволюционно неприспособленные виды.

Устойчивое развитие человеческого общества возможно только на основе использования движущих сил стабилизации живого покрова Земли, заложенных в самой биосфере. Не в противоборстве, а в причастности к природе должен воспитываться человек. Высокая духовность позволит понять язык природы и действовать, не нарушая ее гармонии.