Глобальные последствия заражения атмосферного воздуха

1. Парниковый эффект.

2. Озоновые дыры в атмосфере.

3. Кислотные дожди.

4. Смог

Парниковый эффект.

Климат Земли, который зависит в основном от состояния атмосферы, на протяжении геологической истории периодически изменялся: чередовались эпохи серьезного похолодания, когда значительные территории суши укрывались ледниками, и эпохи потепления (кстати, мы живем именно в эпоху потепления, когда растаяли большие ледниковые щиты в Евразии и Северной Америке).

И в последнее время ученые-метеорологи бьют в набат: сегодня атмосфера Земли разогревается намного быстрее, чем когда-либо в прошлом. По данным ООН, с конца XIX до начала XXI ст. глобальная температура на земном шаре повысилась в общем на 0,6 °С. Средняя скорость повышения глобальной температуры до 1970 г. составляла 0,05 °С за 10 лет, а за последние десятилетия она удвоилась. И это обусловлено деятельностью человека:

• во-первых, человек подогревает атмосферу, сжигая большое количество угля, нефти, газа, а, также вводя в действие атомные электростанции;

• во-вторых, и это главное, в результате сжигания органического топлива, а также вследствие уничтожения лесов в атмосфере нагромождается углекислый газ. За последние 120 лет содержимое СО₂ в воздухе увеличилось на 17 %.

В земной атмосфере углекислый газ действует как стекло в теплице или парнике: он свободно пропускает солнечные лучи к поверхности Земли, но удерживает ее тепло. Это обуславливает разогревание атмосферы, известное под названием парниковый эффект. По расчетам ученых, в ближайшие десятилетия из-за парникового эффекта среднегодовая температура на Земле может повыситься на 1,5- 2 °С.

Если человечество не уменьшит количество загрязнений атмосферы и глобальная температура будет возрастать и в дальнейшем, как это происходит на протяжении последних 20 лет, то очень быстро климат на Земле станет теплее, чем в последние 100 тыс. лет. Это ускорит глобальный экологический кризис.

В чем же заключается опасность парникового эффекта? Расчеты и моделирования на ЭВМ свидетельствуют: повышение среднегодовой температуры вызовет изменения таких важнейших климатических параметров, как количество осадков, облачный покров, океанические течения, размеры полярных ледяных шапок. Внутренние районы континентов станут суше, а побережья - влажнее, зима будет короткой и теплой, а лето – дольше и жарче. Основные климатические зоны в северном полушарии сместятся на север приблизительно на 400 км. Это обусловит потепление в зоне тундры, таяние пласта вечной мерзлоты и полярных ледяных шапок. В средних широтах, т.е. в главных «хлебных» районах (Украина, Россия, «зерновые штаты» США), климат станет полупустынным, и урожаи зерна резко сократятся.

Глобальное потепление приведет к таянию ледников Гренландии, Антарктиды и гор, уровень Мирового океана повысится на 6-10 м, при этом будет затоплено около 20 % площади суши, где сегодня живут сотни миллионов людей, расположены города, фермы, сады и поля.

Ученые не пришли к одной мысли о том, при каком повышении среднегодовой температуры могут состояться эти отрицательные для человечества явления: одни метеорологи считают критическим значение 2,5°С, другие - 5 °С.

В последнее время тревога ученых по поводу парникового эффекта еще усилилась. Оказалось, что, кроме углекислого газа, парниковый эффект обуславливают и другие газы, которые входят в группу малых примесей - метан, оксиды азота, фреоны, - содержимое которых в атмосфере вследствие антропогенного фактора стремительно возрастает.

Моделью парникового эффекта в масштабах планеты может служить климат на Венере. Ее плотная атмосфера на 98 % состоит из углекислого газа, за счет этого явления она накаляется до температуры 500 °С (при такой температуре железо начинает светиться красным цветом).

Обеспокоенное угрозой парникового эффекта мировое сообщество старается ввести ряд предупредительных мер. В 1992 г. Конференцией ООН по вопросам окружающей среды и развитию принято Рамочную конвенцию об изменении климата, цель которой - «достичь стабилизации концентрации парниковых газов в атмосфере на таком уровне, который не допускал бы вредного антропогенного влияния на климатическую систему».

Конвенцию подписали практически все государства - члены ООН, в том числе Украина. Согласно этой Конвенции и Киотскому протоколу, который является ее дополнением, промышленно развитые страны, к которым отнесено и Украину, должны с 2008 по 2012 г. снизить как минимум на 5 % в сравнении с уровнем 1990 г. общие выбросы шести газов, которые служат причиной парниковый эффекта. Украина должна стабилизировать выбросы этих газов до уровня 1990 г.

Разрушение озонового слоя атмосферы.

Жизнь на Земле зависит от энергии Солнца. Поступает эта энергия на Землю в виде света видимого излучения, а также инфракрасного (теплового), и ультрафиолетового (УФ) излучений.

УФ-излучение несет наибольшую энергию и является физиологически активным, т.е. интенсивно действует на живое вещество. Весь поток УФ-излучения Солнца, которое доходит до земной атмосферы, условно разделяют на 3 диапазона: УФ(А) (длина волны 400- 315 нм), УФ(В) ( 315-280 нм) и УФ(С) (280-100 нм).

УФ(В)- и УФ(С)-излучение, так называемый «жесткий ультрафиолет», чрезвычайно вредны для всего живого: они приводят к нарушению структуры белков и нуклеиновых кислот и наконец к гибели клеток.

Что же защищает нас и всю биосферу от губительного действия «жесткого ультрафиолета»? Озоновый щит Земли.

Как уже упоминалось, на высоте 20-50 км воздух содержит повышенное количество озона. Озон образовывается в стратосфере за счет обычного двухатомного кислорода (02), который поглощает «жесткое» УФ-излучение. Энергия УФ(В)- и УФ(С)-излучений тратится на фотохимическую реакцию образования озона из кислорода (30₂ -> 20₃), и поэтому к поверхности Земли они не доходят; туда проникает лишь существенным образом ослабленный поток «мягкого» УФ(А)-излучения.

От его отрицательного действия наш организм умеет защищаться, синтезируя в коже темный пигмент - меланин (загар). Однако это вещество образовывается довольно медленно. Поэтому продолжительное пребывание на весеннем солнце, когда кожа еще не насыщена меланином, вызывает ее покраснение, головную боль, повышение температуры тела и т.п.

Озоновый слой в атмосфере Земли появился на рассвете ее геологической истории, когда в воздух стал поступать кислород, который производился в процессе фотосинтеза микроскопическими морскими водорослями. По расчетам ученых, когда содержимое кислорода в атмосфере достигло приблизительно 10 % современного, сформировался озоновый слой, и жизнь смогла выйти из моря на сушу (до этого времени поверхность суши была выжжена, стерилизована ультрафиолетом).

В последнее время ученые чрезвычайно обеспокоены снижением содержимого озона в озоновом слое атмосферы.

♦ Над Антарктидой в этом слое выявлено «дыру», в которой содержимое озона меньше обычного на 40-50 %. Площадь «дыры» из года в год увеличивается и сегодня уже превышает площадь материка Антарктиды. В результате повысился УФ-фон в странах, расположенных в южном полушарии, ближе к Антарктиде, прежде всего в Новой Зеландии. Медики этой страны охвачены тревогой, констатируя значительный рост заболеваний, связанных с повышением УФ-фона (рак кожи и катаракта). Жители Веллингтона, столицы Новой Зеландии, которые раньше старались использовать каждый погожий день (их там бывает не так уже и много) для отдыха на воздухе, сегодня опасаются появляться на пляжах.

♦ Тревожные сообщения поступают также и из северного полушария: и здесь выявлено озоновую «дыру» (над Шпицбергеном), правда, не такую большую, как антарктическая.

Уменьшение содержимого озона в атмосфере угрожает снижением урожаев сельскохозяйственных культур, заболеваниями животных и людей, увеличением количества вредных мутаций и т.п. Если же озоновый слой исчезнет совсем, то это приведет к гибели по крайней мере наземной биоты.

Установлено, что разрушению озонового слоя оказывают содействие некоторые химические вещества (в частности оксиды азота): попадая в стратосферу с восходящими воздушными течениями, они вступают в реакцию с озоном и раскладывают его на кислород. Тем не менее, содержание оксидов азота в воздухе небольшое, они неустойчивы и существенно не влияют на количество озона в стратосфере.

Появился также другой источник озоноразрушающих веществ - деятельность человека. Современная промышленность широко использует так называемые фреоны(хлорфторметаны) - СFС13, СF2С1Вr и т.п. – как хладагенты в рефрижераторах и бытовых холодильниках, как аэрозольные разбрызгиватели в баллончиках с краской, лаком, духами, для очищения полупроводниковых схем и т.п. Ежегодно в мире выпускается несколько миллионов тонн фреонов. Для человека пары фреонов не вредны. И они чрезвычайно стойкие и могут сохраняться в атмосфере до 80 лет. Пары фреонов с восходящими воздушными течениями попадают в стратосферу, где под влиянием УФ-излучения Солнца распадаются, высвобождая атомы хлора. Это вещество действует на озон как очень сильный катализатор, раскладывая его молекулы до кислорода. Один атом хлора способен разложить І 00 тыс. молекул озона!

• Обеспокоенные угрозой разрушения озонового слоя руководители многих стран мира принимают меры по его сохранению, и в 1985 г. в Монреале был подписан Протокол об охране атмосферного озона. Решено до 2000 г. сократить на 50 % потребление фреонов, а со временем и совсем отказаться от них, заменив их безопасными соединениями. Тем не менее, это не реализовано и сегодня, поскольку США - главный загрязнитель атмосферы - отказались подписать указанный Протокол.

Приводит к разрушению озонового слоя и военная деятельность, в частности запуск баллистических ракет. Их двигатели выбрасывают в атмосферу очень много оксидов азота. Во время каждого запуска ракеты в Космос в озоновом слое «прожигается» огромная «дыра», которая «затягивает» лишь за несколько часов.

Мировая общественность узнала о преступных опытах милитаристов по отношению действия на озоновый слой планеты (разработка «озонового» оружия). В 70-те года американские военные рассеяли в стратосфере над одним из безлюдных атоллов в Тихом океане специальные химические вещества, вследствие чего в озоновом слое над этим островком образовалась «дыра», которая затянулась только через много часов. В результате на атолле погибла почти вся наземная биота: пальмы и другие растения, животные, микроорганизмы; из позвоночных животных осталось несколько больших черепах (их спас толстый костяной панцирь), но они ослепли - сетчатка их глаз была сожжена ультрафиолетом.

Разрушение озонового слоя происходит так:

- активное функционирование химической промышленности, которая выпускает вещества, содержащие хлор и бром, приводит к накоплению в атмосфере озоноразрушительных газов (ОРГ);

- ОРГ поднимаются на высоту 20-50 км над поверхностью Земли, где расположен озоновый слой (особенно благоприятные условия для этого в приполярных районах);

- солнечные лучи действуют на техногенные газы, из которых выделяется хлор;

- хлор разрушает озон, отбирая один из трех атомов кислорода и превращая его на 0₂; при этом каждый атом хлора способен отделить атом кислорода почти 100 тыс. раз.

За последние 15 лет наблюдается разрушение озонового слоя над континентальной Европой. По прогнозам, в первой четверти XXI ст. озоновый слой может стать тоньше на 30 %.

* По данным экологического отдела ООН и Всемирного метеорологического совета, происходит разрушение озонового слоя над всей Северной Америкой, Европой, территорией бывшего СССР, Австралией, Новой Зеландией и частью Южной Америки.

* Если озоновый слой уменьшится на 10 %, то это вызовет развитие рака кожи дополнительно в 300 тыс. человек, катаракты - у 1 млн 750 тыс. человек. Появится серьезная угроза здоровью всего населения Земли, поскольку снизится сопротивляемость человеческого организма.

В Украине наблюдение за состоянием озонового слоя проводятся на пяти озонометрических станциях (в Киеве, Борисполе, Одессе, Львове и на Карадаге в Крыму). По данным этих наблюдений, на протяжении последних 10 лет общее содержимое озона в атмосфере был значительно ниже от климатической нормы (аналогичная картина наблюдалась для всего северного полушария Земли в пределах широт 40-60°).

На протяжении 2000 г озоновых аномалий над Украиной не наблюдалось, тем не менее было зафиксировано несколько случаев уменьшения содержимого озона до критических значений.

Смог.

♦ В декабре 1952 г. мировые информационные агентства передавали тревожные сообщения о беде, которая постигла Лондон. В безветренную и очень холодную погоду над этим огромным городом образовался так называемый «черный смог» («смог» в переводе из английской означает «дым») - сосредоточение вредных газов, причиной которого была усиленная работа котельных, которые использовали уголь, мазут и солярку. В приземном слое воздуха резко (до 10 мг/м³, а в некоторых местах и больше) возросло содержимое отравляющего оксида азота и других вредных соединений. Это привело к гибели около 4 тыс. человек, а десятки тысяч попали в больницы с заболеваниями легких.

♦ Над другим большим городом - Лос-Анджелесом – из-за большой загазованности его территории вследствие работы автотранспорта довольно часто появляется так называемый «белый смог». Это явление серьезно угрожает здоровью жителей и таких городов, как Нью-Йорк, Чикаго, Бостон, Токио, Милан, Мехико, а в ближайшее время может возникнуть и в наших больших индустриальных городах, и вдобавок к тому же и перегруженных автотранспортом (Киев, Харьков, Днепропетровск, Одесса, Симферополь, Запорожье и др.). Образованию смога оказывает содействие жаркая безветренная погода.

• Сегодня 400 мегааполисов мира каждый год выбрасывают в атмосферу около3 млрд т отходов (газов, аэрозолей, пыли и др.). Это на 500 млн т больше, чем дают 578 активных вулканов нашей планеты.

Исследования ученых свидетельствуют, что смог возникает вследствие сложных фотохимических реакций (поэтому его еще называют фотохимическим смогом) в воздухе, загрязненном углеводородами, пылью, сажей и оксидами азота под действием солнечный света, повышенной температуры нижних слоев воздуха и большого количества озона, который образовывается в результате распада диоксида азота под влиянием олефинов в парах неполностью сгоревшего автомобильного топлива.

В сухом, загазованном, теплом воздухе появляется синеватый прозрачный туман, который имеет неприятный запах, вызывает раздражение глаз, горла, одышку, служит причиной развития бронхиальной астмы, эмфиземы легких и т.п. Листва на деревьях вянет, становится пятнистой, желтеет. Намного ускоряются коррозия металлов, разрушение мрамора, красок, резины, быстро портятся одежда, обувь, нарушается работа транспорта.

Кислотные дожди.

Оксиды серы и азота, которые выбрасываются в атмосферу вследствие работы тепловых электростанций (ТЭС) и автомобильных двигателей, соединяются с атмосферной влагой и образовывают мелкие капельки серной и азотной кислот, которые переносятся ветрами в виде кислотного тумана и выпадают на землю кислотными дождями.

Эти дожди крайне вредно влияют на окружающую среду:

• снижается урожайность большинства сельскохозяйственных культур из-за повреждения листвы кислотами;

• из почв вымываются кальций, калий и магний, что приводит к деградации растительности и, как следствие, обедненности животного мира;

• гибнут леса;

• отравляется вода озер и прудов, в них гибнет рыба, исчезают насекомые;

• исчезают водоплавающие птицы и животные, которые питаются насекомыми;

• гибель лесов обуславливает в горных районах (таких как Карпаты) сдвиги и сели;

• ускоряется разрушение памятников архитектуры, сооружений, особенно тех, которые построены из известняка, украшенные мрамором;

• увеличивается заболеваемость людей (чаще всего болезнями глаз, органов дыхания и т.п.).

Зимой вблизи ТЭС и металлургических заводов иногда выпадает также кислотный снег, еще более вредный, чем кислотный дождь, что объясняется большим содержанием в нем кислот.

Районы выпадения такого снега получают сразу 4-5-месячную дозу загрязнения, а вследствие его таяния весной происходит концентрация вредных веществ, поэтому талая вода иногда содержит в 10 раз больше кислот, чем сам снег.

• более 230 озер в горах Адирондак (штат Нью-Йорк) имеют критический уровень загрязнения серной и азотной кислотами, принесенными кислотными дождями и снегом.

• До опасного для водных экосистем уровня закислена также треть озер штата Флорида, 20 % озер штатов Массачусетс, Нью-Гемпшир, Род-Айленд.

• В таком же состоянии находятся 20 тыс. озер юга Швеции, сотни озерв Южной Канаде.

Ядерная ночь и ядерная зима.

Сегодня человечество, к сожалению, способно вызвать не только медленные изменения климата, а и резкие катастрофические, в результате чего может быть уничтожен не только сам человек как биологический вид, а и вообще все живое на планете.

Такой катастрофой была бы мировая ядерная война.

На Земле нагроможден колоссальный ядерный потенциал (по приблизительным оценкам, лишь в США и России сегодня сохраняется 60 тыс. ядерных боеголовок, мощность взрыва каждой из которых намного превышает мощность взрыва бомбы, сброшенной в 1945 г. на Хиросиму).

Как свидетельствует моделирование на ЭВМ, выполненное американскими и, независимо от них, русскими учеными, катастрофические следствия для человечества имел бы даже ядерный конфликт с использованием «лишь» 1000 Мт тротила. Этот конфликт, где бы он не случился, неизбежно послужит причиной метеорологической катастрофы глобального масштаба, которая будет иметь такие следствия:

• тепловое нагревание атмосферы на 1 °С, что подымет ураганные ветра;

• загрязнение атмосферы радиоактивными веществами, которые за короткое время распространятся по всему земному шару (конфликт, скажем, в Европе приведет к выпадению радионуклидов и в Африке, и в Америке);

• выделение горючих газов вследствие пожаров и разрушение промышленных буровых скважин и газопроводов, которые вызовет повышение глобальной температуры атмосферы Земли на 4-5 °С в первые же дни после конфликта;

• образование во время ядерных взрывов большого количества оксидов азота; их поступление в стратосферу приведет к разрушению от 40 до 60 % озонового слоя, а следовательно, к увеличению УФ-излучения поверхности Земли;

• загрязнение атмосферы огромным количеством пыли и сажи после ядерных взрывов и пожаров.

Наихудшим следствием ядерного конфликта будет именно этот последний.

Наблюдение во время испытательных наземных взрывов показали, что в результате каждого взрыва ядерного заряда мощностью 1 Мт тротила у воздуха поднимается 5 Мт пыли. Огромное количество горных пород испаряется и превращается в аэрозоль с размерами частичек 1 мкм. Такая мельчайшая пыль надолго зависает в воздухе и поступает в стратосферу. Итак, взрывы мощностью 1000 Мт тротила поднимут у воздуха 5 млрд т мелкой пыли! Кроме того, воздух насытится еще и миллиардами тонн сажи и пепла. В городах, где сосредоточенно много воспламеняющихся материалов (дерева, пластмасс, красок и т.п.), все будет гореть, причем пожары приобретут характер огневых смерчей колоссальных размеров.

♦ Подобные явления наблюдались во время Второй мировой войны в дни массовых бомбардировок Гамбурга и Дрездена самолетами союзников, когда пламя от домов, которые горели, сливалось в одну огневую «форсунку» диаметром в километр и высотой в много сотен метров. Уцелевшие свидетели рассказывали: восходящие течения воздуха в горящем Дрездене были такими мощными, что поднимали вверх и впитывали в ревущее пламя людей, которые метались на улицах.

После такого локального ядерного конфликта пыль, пепел и сажа сильными горизонтальными течениями, которые есть в стратосфере, за одни-два недели затянут небо над всей Землей. В результате прозрачность атмосферы уменьшится в 200 раз! На Земле настанет «ядерная ночь», которая будет длиться несколько месяцев, в течение которых погибнет урожай и исчезнет практически весь растительный покров планеты.

Вследствие сильного запыления атмосферы приземной слой воздуха остынет на 15-30 °С на протяжении первого месяца после конфликта. А в некоторых районах, как показало моделирование, температура снизится на 40-50 °С. Настанет «ядерная зима», которая будет длиться несколько месяцев. Это произойдет вследствие того, что в атмосфере установится не присущая ей стойкая стратификация (расслоение), когда нижние ее слои сильно остынут, а верхние - нагреются, и прекратится вертикальное перемешивание воздуха.

За несколько месяцев тьмы и холода пыль и сажа постепенно осядут. Охлаждение сменится нагреванием атмосферы на 20-30 °С выше нормы, сто породит наводнения и сели, прежде всего в горных местностях. Неоднородные температурные изменения над сушей и океаном поднимут ураганные ветра и вызовут снегопады в прибрежных районах материков.

Люди, которые уцелеют после ядерных взрывов, погрузятся в адский ужас ядерной ночи и ядерной зимы. Гибель растений и животных, радиоактивное загрязнение, выход из порядка энергетических систем, транспорта и связи, ночь и мороз, ураганные ветра вызовут такой психологический шок, который человечество пережить не сможет. Итак, локальный ядерный конфликт послужит причиной глобальной гибели человечества, а вероятно, и всей биосферы. А тот политик, который отдаст приказ нажать на «ядерную кнопку», сам себе подпишет смертный приговор.

Эти результаты моделирования лишний раз убеждают в том, что ядерное оружие должно быть беспрекословно запрещено и уничтожено.

Мы, украинцы, можем гордиться тем, что наше государство осознало эту истину раньше других, заявило о своем безъядерном статусе и освободило свою территорию от ядерного оружия.