Парниковый эффект и разрушение озонового слоя

Некоторые парниковые газы и их влияние

Значительно усугубляют проблему некоторые другие (кроме CO2) газы, выбрасываемые человеком в атмосферу, особенно метан, хлорфторуглероды и оксиды азота, поглощающие инфракрасное излучение в 50-100 раз сильнее, чем углекислый газ. Следовательно, хотя их содержание в воздухе значительно ниже, они влияют на температурный режим планеты почти так же, как он.

Если допустить сохранение существующих тенденций, к 2050 году концентрация углекислого газа в атмосфере удвоится. В свою очередь компьютерные модели различных климатических параметров показывают, что это повлечёт за собой повсеместное потепление на 1,5-4,5°С. Вероятно, оно будет более выражено в полярных районах (до 10°С) и менее – в экваториальных (1-2°С). Значительные разногласия возникают по вопросу о том, как такое потепление будет влиять на облачность и как это отразится на распределении солнечной радиации. Однако саму возможность потепления никто не отрицает.

На первый взгляд оно кажется умеренным. Однако рост окружающей температуры на 4,5-5,5°С выше её пиков, достигающих 38°С, может оказаться катастрофическим. Более того, такое потепление вызовет таяние горных ледников и полярных льдов, достаточное для поднятия уровня мирового океана на 1,5 метра. Это приведёт к затоплению и гораздо большей подверженности обширных прибрежных зон влиянию штормов, то есть заставит людей покинуть обжитые места. И мигрировать в глубь суши.

Влияние глобального потепления на осадки и сельское хозяйство, вероятно, окажется ещё более сильным. Различная температура на полюсах и экваторе – основная движущая сила циркуляции атмосферы. Более сильное потепление на полюсах приведёт к её ослаблению. Это изменит картину циркуляции атмосферы, а значит, и распределение осадков. В некоторых случаях их количество, вероятно, увеличится, а в других уменьшится.

Для Северной Африки, которая в настоящее время представляет собой пустыню, увеличение осадков, по-видимому, будет полезно. Однако США И Канада при этом останутся в проигрыше. Центральная часть Северной Америки – один из важнейших сельскохозяйственных регионов мира, производящий огромное количество избыточной кукурузы и пшеницы. Осадки здесь, уже сейчас минимальные для этих культур, вероятно, сильно сократятся. По словам бывшего директора Национального центра атмосферных исследований доктора Уолтера Робертса, «Пыльный котёл в США в середине 1930-х годов был величайшим климатическим бедствием в истории нашего государства. Однако он может показаться детской забавой по сравнению с Пыльным котлом 2040-х годов. В результате потепления естественные осадки могут сократиться на 40%, летом станет жарче, испарение с поверхности земли увеличится, почвы пересохнут, а ветра поднимут их к небесам.»

Орошением вряд ли удастся исправить ситуацию. Вспомним, что уровень грунтовых вод уже понижается на большей части этого региона из-за их расходования на нужды сельского хозяйства. К 2040 году, а может быть и раньше, их запасы будут истощены. Возможно, сельское хозяйство сможет приспособиться к иному климату, например, за счёт простого смещения посевных площадей на север. Однако основная трудность – в незнании, чего следует ожидать. Фермеры уже теряют в среднем один урожай из пяти из-за неблагоприятной погоды. При климатических сдвигах её капризы станут ещё более ощутимы, и потери в связи с этим урожая возрастут катастрофически. Достаточно вспомнить, что потеря 40% урожая кукурузы в 1988 году в США – результат засухи.

2. Нарушение озонового экрана

Природа и значение озонового экрана

Ещё одним вредным последствием выброса парниковых газов в атмосферу является разрушение ими озонового слоя – своеобразного щита от «жёстких» солнечных лучей. Дело в том, что наряду с видимым светом Солнце излучает ультрафиолетовые волны. Ультрафиолетовое излучение похоже на световое, но длина его волн несколько короче, чем у фиолетовых волн, самых коротковолновых из воспринимаемых глазом человека. Хотя ультрафиолетовые лучи невидимы, они обладают большей энергией, чем видимые. Проникая сквозь атмосферу и поглощаясь тканями живых организмов, они разрушают молекулы белков и ДНК. Именно это происходит, когда вы загораете. Если бы всё ультрафиолетовое излучение, попадающее на верхние слои атмосферы, достигало поверхности Земли, то вряд ли на ней сохранилась бы жизнь; все растения и животные просто «зажарились» бы. Даже небольшая, доступная нам часть этого количества (менее 1%) вызывает загар и ежегодно 200 000-600 000 случаев рака кожи в США.

Мы защищены от агрессивного воздействия ультрафиолетового излучения, так как большая его часть (свыше 99%) поглощается слоем озона в стратосфере на высоте около 25 километров от поверхности земли. Этот слой обычно называют озоновым экраном. Необходимость его сохранения не требует доказательств. Однако некоторые антропогенные вещества, в частности парниковые газы, его разрушают.

Формирование и разрушение озонового слоя

Интересно, что озон в стратосфере – это продукт воздействия самого ультрафиолета (УФ) на молекулы кислорода (О2). В результате некоторые из них распадаются на свободные атомы, а те в свою очередь могут присоединяться к другим молекулам кислорода с образованием озона (О3). Однако весь кислород не превращается в озон, так как свободные атомы О, реагируя с молекулами озона, дают две молекулы О2. Таким образом, количество озона в стратосфере не статично; оно представляет собой результат равновесия между этими двумя реакциями. Однако в 1970-е годы учёные предположили, что свободные атомы хлора катализируют процесс разделения озона. А люди ежегодно пополняют состав атмосферы свободным хлором и прочими вредными веществами. Причём относительно небольшое их количество может наносить значительный ущерб озоновому экрану, причём это влияние буде продолжаться неопределённо долго, так как атомы хлора, например, покидают стратосферу очень медленно.

Источники атомов хлора, поступающих в атмосферу

Большая часть хлора, используемая на земле, например, для очистки воды, представлена его растворимыми в воде соединениями ионами. Следовательно, ни вымываются из атмосферы осадками задолго до того, как попасть в стратосферу. Хлорфторуглероды (ХФУ), то åсть îáûêíîâåííûå óãëåâîäîðîäíûå ìîëåêóëû, â êîòîðûõ íåêîòîðûå атомы водорода çàìåùåíû õëîðîì è фтором, â данном ñëó÷àå ÿâëÿþòñÿ èñêëþ÷åíèåì. Îíè очень летучи и нерасворимы в воде. Следовательно, они не вымываются из атмосферы и, продолжая распространяться в ней, достигают стратосферы. Там они могут разлагаться, высвобождая атомарный хлор, который собственно и разрушает озон. Таким образом, ХФУ наносят ущерб, выступая в роли переносчиков атомов хлора в стратосферу.

Хлорфторуглероды относительно инертны химически, негорючи и ядовиты. Более того, будучи газами при комнатной температуре, они ожигаются при небольшом давлении в выделением тепла, а испаряясь, вновь его поглощают и охлаждаются. Эти свойства позволили применять их в следующих целях.

\  Хлорфторуглероды используются практически во всех холодильниках, кондиционерах воздуха и тепловых насосах как хлорагенты. Поскольку эти приспособления рано или поздно ломаются и выбрасываются, содержащиеся в них ХФУ обычно попадают в атмосферу.

\  Вторая важнейшая область их применения – производство пористых пластмасс. ХФУ подмешивают в жидкие пластмассы при повышенном давлении (они растворимы в органических веществах). Когда давление понижают, они вспенивают пластмассу, как углекислый газ вспенивает содовую воду. И при этом улетучиваются в атмосферу.

\  Третья основная область их применения – электронная промышленность, а именно очистка компьютерных микросхем, которая должна быть весьма тщательной. И опять же, хлорфторуглероды попадают в атмосферу. Наконец, в большинстве стран, кроме США их, до сих пор используют как носители в аэрозольных баллончиках, которые распыляют их в воздухе.

«Озоновые дыры» и их влияние

Вскоре после появления в начале 1970-х годов гипотезы о связи ХФУ с озоном, в некоторых развитых странах запретили их использование в аэрозольных баллончиках, но подавляющее большинство стран их примеру не последовало. Не отказались и от использования ХФУ в других целях. Следовательно, выпуск и использование ХФУ во всём мире продолжали расти, а так как последующие анализы показали относительно небольшое уменьшение содержания озона в стратосфере (1-2%), вплоть до 1985 года на это обращалось мало внимания. Однако осенью 1985 года спутниковые наблюдения обнаружили «дыру» в озоновом экране над Южным полюсом. На территории, равной по площади США, содержание озона сократилось на 50 % (!). ранее предполагалось, что потери озона (сдвиг равновесия) будут происходить медленно, постепенно и равномерно над всей Землёй. Дыра появилась неожиданно, и возникни она не над полюсом, а в другом месте, воздействие УФ привело бы к катастрофе.

Если бы к проблеме отнеслись более серьёзно с самого начала, всё было бы проще. Она стала бы предупреждением о том, что пассивно ждать развития событий очень опасно. Серьёзные нарушения биосферы могут происходить катастрофически, внезапно. В 1987 году озоновая дыра была больше, чем когда-либо. Учёные оказались бессильны предугадать то, что они узнали впоследствии: частицы облаков, формирующиеся при очень низких температурах, стимулируют высвобождение атомов хлора из ХФУ. Таким образом, во время холодной антарктической зимы, накапливается большое их количество, а затем весеннее солнце приводит к разрушению озона активным хлором.

В феврале 1989 года ученые исследовали стратосферу над Арктикой и обнаружили присутствие тех же самых химических факторов. Они пришли к выводу, что и тут содержание озона может резко сократиться. Это будет зависеть только от конкретных погодных условий очередного года. Если над Арктикой образуется озоновая дыра, то последствия будут гораздо более серьёзными, т.к. там гораздо больше организмов, которые могут пострадать. Даже периодическое раскрытие такой дыры над Антарктидой чревато значительными потерями морского фитопланктона. А это, в свою очередь, сильно повлияет практически на всех антарктических животных от пингвинов до китов, так как фитопланктон – основа почти всех пищевых цепей данного региона. Если нынешние выбросы ХФУ в атмосферу сохранятся, то можно ожидать лишь расширения и «углубления» озоновых дыр над полюсами. Естественно, это повлечёт за собой разрежение озонового слоя над всей планетой, что совершенно недопустимо как для животного мира, так и для всего человечества в целом.

3. Вывод

Для борьбы за сохранение озонового экрана созывались множество различных конференций и симпозиумов, в результате которых были достигнуты определённые соглашения в области сокращения вредных производств. В частности, на встрече в Хельсинки в 1989 году было намечено полностью отказаться от использования в производстве хлорфторуглеродов к 2000 году. Однако проблема не так проста как может показаться на первый взгляд. Дело в том, что в уже выпущенных холодильниках и кондиционерах накоплено слишком много ХФУ: по мере их обычного выхода из строя количество вредных газов в атмосфере будет продолжать увеличиваться ещё многие годы даже в случае полного и немедленного запрещения производства. Поэтому помимо всех прочих мер необходимо последить за экологически чистой утилизацией отживших своё холодильников и кондиционеров.

Полностью остановить потепление невозможно – тем более, что оно совпало с природным циклом потепления, которое тоже происходит сейчас. Но предельно минимизировать процесс – вещь вполне реальная, и в мире много делается для этого. Большинство промышленных стран подписали соглашения о сокращении выбросов. Украина сократила их радикально, поскольку немало заводов стоит. Но очень много надо еще сделать в сфере реорганизации энергетики, промышленности и транспорта.

Мировая промышленность и транспортные средства настолько зависят от ископаемого топлива, что в обозримом будущем обильное поступление углекислого газа в атмосферу неизбежно. Однако существуют способы его уменьшить и со временем достичь равновесного состояния последней. Наиболее перспективны следующие:

- увеличение к.п.д. использования горючего на транспорте и другие типы экономии энергии, так как производство её почти полностью основано на сжигании топлива;

- разработка и внедрение солнечных и других бестопливных источников энергии;

- прекращение сведения лесов, особенно тропических;

- установка на промышленных предприятиях дополнительных фильтров для минимизации выброса в атмосферу вредных газов;

- организация и поддержка кампаний по посадке деревьев.

Все эти действия способствуют решению и других природоохранительных задач. Энергосбережение и развитие альтернативных способов производства энергии ведут к сужению загрязнения. Посадка деревьев и уход за ними – метод охраны почв и ресурсов, а так же поддержания видового разнообразия живого. Всё это необходимо, если мы стремимся к устойчивости биосферы.