Механизм возникновения глобальных экологических проблем

Фреоны (выделяемые холодильными установками и используемые как растворители в промышленности и аэрозольных препаратах) под воздей­ствием ультрафиолетовых лучей разрушаются, выделяя свободные галоге­ны, способствующие (как катализаторы) разрушению озона. Механизм дей­ствия фреонов следующий. Попадая в верхние слои атмосферы, эти инерт­ные у поверхности Земли вещества становятся активными, так как под воз­действием ультрафиолетового излучения химические связи в их молекулах нарушаются. В результате выделяется хлор, который при столкновении с молекулой озона выбивает из нее 1 атом. При этом озон превращается в кислород. Хлор же, временно соединившись с кислородом, опять оказыва­ется свободным и способен снова реагировать. Его активности хватает для разрушения десятков тысяч молекул озона.

По данным НАСА, в настоящее время происходит постоянное сниже­ние (от 0,5 до 5% в год) содержания озона в земной стратосфере. Малоза­метные поначалу, но накапливающиеся изменения озонового слоя привели к тому, что в Северном полушарии в зоне 30-65° северной широты с 1970 г. общее содержание озона сократилось на 4% зимой и 1% — летом. Если в 1990-1991 гг. размеры озоновой «дыры» над Антарктидой не превышали 10,1 млн км², то в конце XX века они увеличились до 22 млн км² (по дан­ным Всемирной метеорологической организации).

Уменьшение плотности озонового слоя влечет за собой экологическую катастрофу. Сни­жается урожайность сельскохозяйственных культур и продуктивность жи­вотноводства. Возрастает число заболеваний раком кожи. Учащаются слу­чаи появления мутантов всех живых форм: растений, насекомых, животных и человека.

Еще одна угроза таится в образовании атмосферных «зонтиков» загрязнения соединениями серы и азота. Их нали­чие приводит к выпадению кислотных осадков, пагубно влияющих на био­сферу. Кислотные дожди образуются в результате соединения сернистого ангидрида, диоксида серы, оксидов азота и паров воды, выбрасываемых теп­ловыми электростанциями, металлургическими заводами и другими про­мышленными предприятиями. Основной аэрозоль атмосферы — сернистый ангидрид (SO2). Ежегодное поступление сернистого газа в атмосферу только вследствие промышленных выбросов оценивается почти в 150 млн т. По современным представле­ниям, на больших высотах выхлопные газы авиационных двигателей могут увеличить естественный фон SO2 на 20%-. Время пребывания в атмосфере аэрозолей (на основе SO2) исчисляется несколькими сутками. Под воздей­ствием коротковолновой солнечной радиации он быстро превращается в сер­ный ангидрид и в контакте с водяным паром переводится в сернистую кис­лоту. В результате в загрязненной атмосфере, содержащей диоксид азота, сернистый ангидрид быстро переводится в серную кислоту, которая, соеди­няясь с капельками воды, образует кислотные дожди. Они могут вызывать снижение средней температуры воздуха у земной поверхности на 0,1-0,3°С, так как приводят к изменению альбедо земной поверхности в сторону его увеличения. Выбросы SO2 в приземном слое могут увеличить оптическую толщину атмосферы в видимых частях спектра, что приведет к некоторому уменьшению поступления солнечной радиации в приземном слое воздуха. Таким образом, климатический эффект выбросов SO2 противоположен эф­фекту выбросов СО2, однако быстрое вымывание сернистого ангидрида атмосферными осадками значительно ослабляет в целом его воздействие на атмосферу и климат Земли.

Помимо прямых отрицательных экологических последствий кислотные выпадения из атмосферы инициируют и косвенные. К числу последних от­носятся мобилизация в ландшафтах тяжелых металлов природного и антро­погенного происхождения, приводящая к загрязнению гидросферы. В ре­зультате выпадения кислотных дождей на значительных площадях усили­ваются процессы выщелачивания легко-, средне- и труднорастворимых со­лей, в том числе и ионов щелочноземельных металлов (кальция и магния). Это приводит к снижению запасов легкоподвижных соединений фосфора и калия, солей карбонатов, подкислению реакций почвенного покрова. Нена­сыщенность кальцием гумуса усиливает его смыв, особенно на склоновых и горных почвах, подстилаемых галечником. Кроме того, усиление кислотно­сти почв из-за подавления деятельности бактерий тормозит их гумифика­цию. Так, снижение рН почв вызывает освобождение и алюминия, токси­чески действующего на актиномицеты, ответственные за гумификацию рас­тительных остатков.

За время с 1860-х и до середины 1990-х гг. среднегодовая температура в приземном слое воздуха в масштабе всей планеты поднялась на 0,3-0,6°С, в том числе после 1940-х — на 0,2-0,3°С. Есть и более экстре­мальные оценки. Так, по данным НАСА, в период 1880-1939 гг. стало теплее на 0,6°С, затем с 1939 по 1965 г. похолодало на 0,2°С и с 1965 по 1995 г. снова потеплело на 0,4°С. Таким образом, суммарное потепление за последние 115 лет составляет +0,8°С. Средняя величина, на которую повысилась тем­пература Земли у ее поверхности с начала XIX в., составляет 0,45°С ± 0,15°С.

Процесс потепления развивался неравномерно и стал особенно заметен после 1980 г. Оценки измерений температуры, проводившиеся одновремен­но во всем мире с 1860 г., указывают на то, что с тех пор произошло гло­бальное потепление на 0,5-0,7°С, и примерно половина этого роста про­изошла после 1965 г. Температурные данные указывают на то, что шесть самых теплых лет приходятся на предпоследнее десятилетие XX в. в нисхо­дящем порядке— 1988, 1987, 1983, 1981, 1989 и 1980 г. Максимума рост температур достиг в 1998 году. А начало XXI в. ознаменовалось двумя са­мыми теплыми годами (2002 и 2005) за весь период наблюдений. Необъяс­нимое пока похолодание в период с 1940 по 1965 г. показывает, что измене­ния в земном климате не обязательно следуют за проявлениями парниково­го эффекта.

Не исключено, что потепление частично имеет естественный (природ­ный) характер. Ведь и А.И. Воейков и В.И. Вернадский подчеркивали, что мы живем в конце последней ледниковой эпохи и только еще выходим из нее. Однако современная скорость потепления заставляет признать су­щественной роль антропогенного фактора в этом явлении. Еще в 1927 г. В.И. Вернадский писал о том, что сжигание больших количеств каменного угля должно привести к изменению химического состава атмосферы и кли­мата. В настоящее время человечество ежегодно сжигает 4,5 млрд т угля, 3,2 млрд т нефти и нефтепродуктов, а кроме того, в значительных количе­ства природный газ, торф, горючие сланцы и дрова. Все это превращается в углекислый газ, а анализ климатических изменений прошлых эпох позво­лил установить корреляцию содержания двуокиси углерода в атмосфере с температурой.

Сейчас уровень СОг в атмосфере повышается со скоростью 0,4% в год и составляет 353 частицы на млн (ррт). Это уровень, который никогда не достигался ранее за все время существования человека на планете. Наиболее высокой концентрация СОг была в межледниковые периоды — в среднем 280 ррт. Минимальные значения в ледниковые периоды составляли в сред­нем 210 ррт, а в отдельные периоды падали до 180 ррт.

Повышение уровня двуокиси углерода на 25 %, зарегистрированное с на­чала индустриальной эпохи, и антропогенные выбросы с 1950 г. таких хи­мических веществ, как фреоны (ответственных также за истощение стратос­ферного озона), добавляют по 2 Вт энергии инфракрасного излучения на каждый квадратный метр земной поверхности.

Если мы будем продолжать сжигать ископаемое топливо имеющимися темпами, то содержание СО2 удвоится уже к 2060 г. Согласно Межправи­тельственной комиссии по изменению климата (МКИК), удвоение содержа­ния СО2 в атмосфере способно вызвать рост среднеглобальной температуры от 1,5°С до 4,5°С и соответственно повышение уровня Мирового океана от 15 до 95 см (в зависимости от степени чувствительности климата к содержа­нию СО2 в атмосфере). Для того, чтобы не превысить установленные рабочей группой ООН критические пределы, необходимо существенно снизить имеющийся уровень выбросов СО2.

Между попаданием СО2 в атмосферу, последующим потеплением и повышением уровня Мирового океана проходит достаточно много времени. Поэтому то глобальное потепление, свидетелями которого мы являемся в настоящее время, это лишь часть результата выбросов СО2 в атмосферу за последние 200 лет. Большую долю его влияния на климат нам еще предстоит наблюдать. Поэтому, даже если содержание СО2 в атмосфе­ре стабилизируется, то потребуется несколько десятилетий, а то и целое столетие, прежде чем стабилизируется температура.

Несмотря на объективность данных о значительном увеличении средне-планетарной температуры Земли за последнюю сотню лет (рис. 3.10), мне­ния ученых о причинах такого угрожающего изменения разделились. Мно­гие полагают, что мы всего лишь наблюдаем очередной геологический эпи­зод в жизни Земли, в истории которой уже не раз случались повышения и понижения температуры. В настоящее время пока невозможно точно опре­делить, кто прав в этом споре, но никто не возьмется утверждать, что вы­бросы промышленности и транспорта не оказывают влияние на состояние атмосферы планеты. Население Земли постоянно растет, и потребности в пище и промышленных товарах увеличиваются, что влечет за собой разви­тие промышленности, сельского хозяйства и транспорта, а это в свою оче­редь, усиливает выбросы в атмосферу парниковых газов, которые и «разо­гревают» нашу планету. Таким образом, человечество постоянно расшаты­вает климатическую систему Земли. Вопрос лишь в том, когда и на какой стадии эта «добавка» сможет стать катастрофической для биосферы плане­ты и человечества в том числе.