Изменение глобальных характеристик биосферы под действием антропогенных факторов

3. Характеристика основных видов загрязнения окружающей среды: физическое, химическое, биологическое

В названии лекции стоит такое понятие как глобальная проблема. Глобальная проблема - это проблемы всего человечества, которые можно решить только на общечеловеческом уровне и нельзя решить локально или регионально. Это относится в первую очередь к проблеме загрязнения окружающей среды. Потому что загрязнение в локальном месте, например на Урале, в конечном итоге рано или поздно дойдет до каждого человека на Земле. Поэтому будут ли мужчины в Западной Европе в среднем жить по 74 года, зависит и от состояния окружающей среды на Урале. А теперь более подробно рассмотрим эти глобальные проблемы. Выделяют следующие:

Энергетические. Казавшиеся неистощимыми такие источники энергии, как нефть, газ, уголь, тают буквально на глазах. Ископаемое топливо при современных объемах энергопотребления, по разным оценкам, в среднем иссякнет приблизительно через 150 лет, в том числе нефть – через 40 лет, газ – через 50, уголь – через 400 лет. Освоение новых месторождений становится все более трудным: за ним приходится идти все дальше на север и восток. Устремляться все глубже в недра Земли. Понятно, что стоимость их разработки повышается. Грозит ли людям энергетический голод? Анализ показывает, что катастрофы можно избежать, если не повторять ошибок прошлого и искать альтернативные источники энергии.

Демографический взрыв - численность человечества растет экспоненциально и экспоненциально увеличивается нагрузка на природу (рис. 5).

Земля уже с трудом выдерживает это бремя. Подсчитано, что Земля может прокормить население не более 13 млрд.человек. Это заставляет вводить различные механизмы регуляции рождаемости. Но для России этой проблемы в настоящее время не существует, так как в этой самой большой стране в мире численность населения сокращается и находится на 5-7 местах (На первом месте Китай, далее Индия, США, Индонезия. Япония и Бразилия имеют население по некоторым данным близкое к российскому).

n, млрд.чел

7 х 2020 (расчетн.)

6 х 1999

5 х 1987

4 х 1975

х

3 х 1960

х 1930

2 х

х 1830

1800 1850 1900 1950 2000 2050 Годы

Рис. 5. Рост населения на планете за последние два столетия

Продовольственная проблема. Эта проблема неизбежно связана с прогрессирующим ростом населения. Зона, где большинство населения страдает от голода и недоедания, протянулась по обе стороны экватора и включает многие страны Азии, Латинской Америки и особенно Африки. Специалисты ООН считают, что число голодающих около 500 млн.человек. По другим данным это число составляет 1 млрд.человек.

Еще большее число людей недоедают, т.е. испытывают недостаток в рационе питания необходимых питательных веществ (белков, жиров, витаминов, микроэлементов, солей). Эксперты Всемирной организации здравоохранения полагают, что 50% детской смертности (до 5 лет) в Латинской Америке связано с плохим питанием. Прослеживается четкая связь между смертностью новорожденных и недостатком в рационе питания животных белков. Не лучше продовольственная обстановка в странах СНГ. Голода пока нет, но дефицит важнейших элементов в питании существует во многих районах бывшего СССР.

Кислотные дожди.Одним из видов загрязнения атмосферы, не признающим государственных границ, являются оксиды серы и азота. Во многих страна (в начале в Скандинавии, а затем в США, Канаде, Северной Европе, Японии и др.) ученые обнаружили, что дождевая вода, казалось бы, самая чистая в природе, содержит большое количество кислоты. Из химии же известно, что при растворении в воде оксидов серы, азота и других образуются соответствующие кислоты. В то же время предотвращение последствий кислотных дождей – это непростая проблема. Поэтому эту проблему легче предотвратить, чем затем с ней бороться. Для этого на предприятиях, выбрасывающих в атмосферу ангидриды, необходимо улучшить системы очистки отходящих газов.

Исчерпаемость ресурсов - ресурсы, в первую очередь энергетические и биологические, исчерпаемы. Многие из них не восстанавливаются. Если потребление ресурсов будет продолжаться современными темпами, то их хватит очень ненадолго. Например, Россия находится на первом месте в мире по запасам черных и бурых углей. Но при современном потреблении их хватит не более чем на 300 лет. Нефти и газа нам хватит на 40-50 лет.

Природные ресурсы

Неисчерпаемые Исчерпаемые

ВозобновляемыеНевозобновляемые

Солнечная энергия Чистый воздух Ископаемое топливо

Ветер, приливы Пресная вода Металлическое мине-

ральное сырье (железо,

Текущая вода Плодородная почва медь и др.)

Неметаллическое мине-

Растения и ральное сырье (глина,

животные песок, фосфаты и др.)

Рис. 6. Основные типы природных ресурсов

Проблема озонового экрана Суть ее состоит в том, что ряд физических и химических агентов способствуют убыли этого газа, составляющего экран на высотах 17-22 км над поверхностью Земли. Озон защищает планету от жестких ультрафиолетовых лучей. Механизм образования озона разработан Чемпеном (1930 г.) В соответствии с ним озон возникает при воздействии жесткой ультрафиолетовой, солнечной радиации с длинами волн менее 290 нм на двухатомный кислород. При этом часть молекул последнего распадается на атомы, которые взаимодействия с О₂, образуют озон.

О₂ + hn (l £ 290 нм) = О^о + О^о ,

О^о + О₂ = О_3.

Молекула озона, взаимодействуя с квантом ультрафиолетового излучения, поглощает его, образуя двухатомный и атомарный кислород:

О₃ + hn = О^о + О₂

Атомарный кислород вновь взаимодействует с двухатомным кислородом и возмещает озон. Но этот механизм в последнее время, возможно, находится под угрозой, так как, начиная с 1985 года, появляются данные, что в атмосфере есть пространства с заметно пониженным содержанием озона. Полагают, что основной причиной утончения озонового слоя, помимо различных физико-географических факторов, служит наличие в атмосфере значительных количеств галогеноуглеродов, которые использовались в производстве и быту в качестве хладагентов, пенообразователей, растворителей и т.д. Их выбросы в атмосферу в 1985 году превысили 1,4 млн.т. Галогеноуглероды под действием света активно разрушаются в верхних слоях атмосферы с образованием атомарного хлора:

CF₂Cl₂ + hn = Cl + CF₂Cl

Наличие атомарного хлора обуславливает возникновение каталитической реакции разрушения озона:

О₃ + Cl = ClO + О₂

О^о + ClO = Cl + О₂

Уничтожение озона в цепных реакциях с участием ХФУ (фреонов) весьма опасно, так как длина цепей велика – одна молекула любого из них разрушает тысячи молекул озона, а в озоновой дыре над Антарктидой уровни ClO в 20-50 раз выше, чем в любом другом месте планеты.

Международное сообщество, обеспокоенное сложившимся положением, приняло в 1985 году Венскую конвенцию, по которой обязало к 1996 году в два раза производство фреонов, а к 2010 году – ликвидировать полностью.

Следует отметить, что не все специалисты разделяют тревогу по поводу проблемы озоновых дыр. Президент международного фонда «Экология человека» академик А.Капица утверждает, что фреоны не разрушали и не разрушают озоновый слой. В подтверждении приводится факт, что 80% выбросов фреонов происходит в Северном полушарии Земли, а основная озоновая дыра располагается над Антарктидой.

Изменение глобальных характеристик биосферы, в том числе глобальное загрязнение окружающей среды. Выделяют три вида антропогенных нагрузок на природу:

эксплуатация ресурсов,

механические нарушения - прямые отчуждения территории под свалки, хранилища, инженерные сооружения, техногенные катастрофы,

загрязнение- привнесение дополнительного вещества или энергии.

Все три вида антропогенной деятельности можно охарактеризовать схемами основных воздействий горного производства на окружающую среду и факторов деградации почв (рис. 7 и 8).