Антропогенные изменения климата.

Среди глобальных проблем биосферы, обусловленных антропогенным воздействием, наиболее значительной является проблема возможного непреднамеренного изменения климата планеты.

По прогнозам ученых, в ближайшие полстолетия температура Земли повысится на 2 –3^oС. (За каждые сто лет температура Земли повышается в среднем на 6 – 8^oС.) Причиной такого термического разогрева является:

1. прямое нагревание атмосферы;

2. вторым фактором является усиление «парникового эффекта» атмосферы из-за накопления в ней углекислого газа, а также ряда других газов, составляющих малые примеси к атмосферному воздуху (метан, оксиды азота, фреоны и тропосферный озон).

9.5.1«Парниковый эффект» - Задержка тепла атмосферой – нормальный процесс, происходивший и до появления человека на Земле. Суть этого процесса в том, что примерно 30 % энергии, идущей от Солнца, отражается от облаков, от частиц, содержащихся в атмосфере, от поверхности Земли. Остальные 70 % поглощаются облаками и поверхностью Земли. Поглощенная энергия переизлучается Землей и атмосферой уже в инфракрасном (ИК) диапазоне. Большая часть ИК-переизлучения, однако, задерживается парниковыми газами и облаками и возвращается к поверхности Земли. Так возникает «парниковый эффект».

Роль парниковых газов играют второстепенные компоненты атмосферы СО₂, СН ₄, NO_X, тропосферный озон и хлорфторуглероды. Главным является СО ₂ , поскольку, во-первых, его доля в атмосфере несколько больше долей других парниковых газов (хотя в целом, напомним, относительно невелика - 0,03% от всех газов, составляющих атмосферу), а во-вторых, именно у СО ₂ в настоящее время наиболее интенсивно увеличивается концентрация прежде всего в результате сжигания человеком ископаемого топлива и вырубки лесов.

Диоксид углерода задерживает половину тепла в атмосфере, однако у него есть конкурент – метан (СН₄) – гораздо более эффективный поглотитель инфракрасного излучения (хотя и содержащийся в атмосфере в существенно меньших количествах). Концентрация СН₄ в атмосфере начала возрастать примерно 300 лет назад, а в последние 100 лет резко увеличилась. Анализ воздуха, заключенного в образцы глубинного льда Антарктиды и Гренландии, показал, что концентрация атмосферного метана растет со скоростью 1 % в год – в два раза быстрее, чем у СО₂!

Интенсивное возделывание риса, разведение скота, сжигание биомассы в тропических лесах и саваннах, деятельность бактерий на свалках отходов, утечка газа при добыче угля и нефти – вот источник появления в атмосфере метана в значительных количествах.

По прогнозам ученых, потепление климата, вызываемое метаном, может в ближайшем будущем сравняться по величине с потеплением, обусловленным накоплением в атмосфере СО₂.

9.5.2.Антропогенное воздействие на озоновый слой. Озон (О₃) активно поглощает ультрафиолетовое излучение (УФ- излучение) Солнца, т .е. является защитным экраном от этого жесткого излучения, опасного (губительного) для всего живого в биосфере.

В повышенных количествах О³ содержится в стратосфере в слое от 20 до 55 км, этот слой называют озоносферой. Максимум содержания озона приходится на высоту 20 – 25 км, но и здесь его очень мало. Если весь озон атмосферы сконцентрировать у земной поверхности привести к н. у., то образовался бы слой толщиной всего 3 мм. В реальной жизни этот слой испытывает большие пространственные и временные колебания.

Стратосферный О₃ образуется в результате фотохимических реакций, протекающих под воздействием ультрафиолетовой радиации с длиной волны меньше 0,25 мкм:

О₂ + hv -> O₂ (возбужденная молекула)

O₂ + O₂ -> O₃+ O (образование)

Образовавшиеся молекулы озона существуют недолго; происходит обратная реакция фоторазложения О₃, которая и представляет собой поглощение озоном коротковолновых фотонов:

О₃ + hv -> O₂ + О (разложение)

Следовательно, в стратосфере существует цикл озона – сбалансированное образование и разложение, описываемое этими уравнениями.

Результатом существования цикла озона в стратосфере является и то, что УФ-излучение Солнца превращается в тепловую энергию.

Существенно влияет на озоновый слой поступление из тропосферы различных веществ естественного и антропогенного происхождения. Только в результате вулканических извержений в стратосферу ежегодно поступает от 10 до 100 тыс. т хлора, который разрушает молекулы озона, выполняя роль катализатора:

Cl + O₃ -> ClO + O₂

ClO + O -> Cl + O₂

Вторая реакция, следующая обычно за первой, приводит к тому, что в результате атом хлора остается "цел и невредим", как положено катализатору, а озон, увы, исчезает! Один атом хлора может уничтожить до 10000 молекул озона.

Озоновый слой может быть нарушен при воздействии хлорфторуглеродов (ХФУ), которые широко используются как хладагенты в холодильниках, как пенообразователи в огнетушителях. В стратосфере под действием УФ-излучений ХФУ, например, фреоны выделяют хлор, который вызывает разрушение стратосферного озона.

До 1980 г. произведено около 10 млн. т фреонов. К началу следующего века его производство достигнет 1,7 – 3,7 млн т в год. Время жизни фреонов в атмосфере 29 – 205 лет. Продолжающийся выброс фреонов на уровне 1980 г. приведет к уменьшению содержания озона в стратосфере на 5 – 10 %. К настоящему времени содержание озона из-за воздействия фреонов снизилось на 1 %.

Впервые «озоновая дыра» была обнаружена в 1975 г. над Антарктидой. Под «дырой» не следует понимать то, что в данной области совсем нет О3, происходит лишь сильное снижение его содержания и защитный эффект поглощения УФ излучения ослабевает, но вплоть до 1985 года на это обращалось мало внимания.

После многочисленных международных экспедиций в Антарктиде установлено, что помимо различных физико-географических факторов (циркуляция атмосферы, распределение давления и др.) все же главным является наличие в атмосфере значительного количества хлорфторуглеродов (ХФУ). Это обусловлено свойствами антарктической атмосферы: частицы облаков, формирующиеся при очень низких температурах, стимулируют высвобождение атомов хлора из ХФУ, таким образом, во время антарктической зимы накапливается большое их количество, а затем весеннее Солнце приводит к разрушению озона активным хлором.