Экологические последствия глобального загрязнения атмосферы
К важнейшим экологическим последствиям глобального загрязнения атмосферы относятся:
1) возможное потепление климата («парниковый эффект»);
2) нарушение озонового слоя;
3) выпадение кислотных дождей.
Большинство ученых в мире рассматривают их как крупнейшие экологические проблемы современности.
Возможное потепление климата («парниковый эффект»)
Наблюдаемое в настоящее время изменение климата, которое выражается в постепенном повышении среднегодовой температуры, начиная со второй половины прошлого века, большинство ученых связывают с накоплениями в атмосфере так называемых «парниковых газов» ¾ диоксида углерода (СO2), метана (CH4), хлорфторуглеродов (фреонов), озона (O3), оксида азота и др.
Парниковые газы, и в первую очередь CO2, препятствуют длинноволновому тепловому излучению с поверхности Земли. По Г. Хефлингу (1990), атмосфера, насыщенная парниковыми газами, действует как крыша теплицы. Она, с одной стороны, пропускает внутрь большую часть солнечного излучения, с другой ¾ почти не пропускает наружу тепло, переизлучаемое Землей.
В связи с сжиганием человеком все большего количества ископаемого топлива: нефти, газа, угля и др. (ежегодно более 9 млрд т условного топлива) ¾ концентрация CO2 в атмосфере постоянно увеличивается. За счет выбросов в атмосферу при промышленном производстве и в быту растет содержание фреонов (хлорфторуглеродов). На 1-1,5% в год увеличивается содержание метана (выбросы из подземных горных выработок, сжигание биомассы, выделения крупным рогатым скотом и др.). В меньшей степени растет содержание в атмосфере и оксида азота (на 0,3% ежегодно).
Следствием увеличения концентраций этих газов, создающих «парниковый эффект», является рост средней глобальной температуры воздуха у земной поверхности.
За последние 100 лет наиболее теплыми были 1980, 1981, 1983, 1987 и 1988 гг. В 1988 г. среднегодовая температура оказалась на 0,4 °С выше, чем в 1950-1980 гг. Расчеты некоторых ученых показывают, что в 2005 г. она будет на 1,3 °С, а в 2050 г. на 2-4 °С больше, чем в 1950-1980 гг. Масштабы потепления за этот относительно короткий срок будут сопоставимы с потеплением, произошедшим на Земле после ледникового периода, а значит, экологические последствия могут быть катастрофическими. В первую очередь это связано с предполагаемым повышением уровня Мирового океана, вследствие таяния полярных льдов, сокращения площадей горного оледенения и т. д. Моделируя экологические последствия повышения уровня океана всего лишь на 0,5-2,0 м к концу ХХI в., ученые установили, что это неизбежно приведет к нарушению климатического равновесия, затоплению приморских равнин в более чем 30 странах, деградации многолетнемерзлых пород, заболачиванию обширных территорий и к другим неблагоприятным последствиям.
Однако ряд ученых видят в предполагаемом глобальном потеплении климата и положительные экологические последствия (Вронский, 1993; Парниковый эффект…, 1989). Повышение концентрации CO2 в атмосфере и связанное с ним увеличение фотосинтеза, а также возрастание увлажнения климата могут, по их мнению, привести к увеличению продуктивности как естественных фитоценозов (лесов, лугов, саванн и др.), так и агроценозов (культурных растений, садов, виноградников и др.).
По вопросу о степени влияния парниковых газов на глобальное потепление климата так же нет единства во мнениях. Так, в отчете Межправительственной группы экспертов по проблеме изменения климата (1992) отмечается, что наблюдающееся в последнее столетие потепление климата на 0,3-0,6 °С могло быть обусловлено преимущественно природной изменчивостью ряда климатических факторов.
В связи с этими данными, акад. К. Я. Кондратьев (1993) считает, что нет никаких оснований для одностороннего увлечения стереотипом «парникового» потепления и выдвижения задачи по сокращению выбросов парниковых газов как центральной в проблеме предотвращения нежелательных изменений глобального климата.
По его мнению, важнейшим фактором антропогенного воздействия на глобальный климат является деградация биосферы, а следовательно, в первую очередь необходимо заботиться о сохранении биосферы как основного фактора глобальной экологической безопасности. Человек, используя мощность порядка 10 ТВт, разрушил или сильно нарушил на 60% суши нормальное функционирование естественных сообществ организмов (Данилов-Данильян, Горшков и др., 1995). В результате из биогенного круговорота веществ изъята значительная их масса, которая ранее затрачивалась биотой на стабилизацию климатических условий. На фоне постоянного сокращения площадей с ненарушенными сообществами, деградированная, резко снизившая свою ассимилирующую емкость биосфера становится важнейшим источником повышенного выброса в атмосферу диоксида углерода и других парниковых газов.
На Международной конференции в Торонто (Канада) в 1985 г. перед энергетикой всего мира была поставлена задача сократить к 2005 г. на 20% промышленные выбросы углерода в атмосферу. На Конференции ООН в Киото (Япония) в 1997 г. правительствами большинства стран мира был подписан Киотский протокол ¾ международное соглашение о контроле за выбросами парниковых газов в 2008-2012 гг. Цель протокола ¾ в течение 5 лет создать новый экономический механизм снижения выбросов ¾ торговлю квотами. Предусмотрено, что страны, подписавшие протокол, могут перераспределять (например, перепродавать) между собой разрешенные им объемы выбросов.
К началу 2005 г. Киотский протокол ратифицировали 124 государства, в том числе и Российская Федерация, после чего он вступил в силу. Но очевидно, что ощутимый экологический эффект может быть получен лишь при сочетании этих мер с глобальным направлением экологической политики ¾ максимально возможным сохранением сообществ организмов, природных экосистем и всей биосферы Земли.
Нарушение озонового слоя
Озоновый слой (озоносфера) охватывает весь земной шар и располагается на высотах от 10 до 50 км с максимальной концентрацией озона на высоте 20-25 км. Насыщенность атмосферы озоном постоянно меняется в любой части планеты, достигая максимума весной в приполярной области.
Впервые истощение озонового слоя привлекло внимание широкой общественности в 1985 г., когда над Антарктидой было обнаружено пространство с пониженным (до 50%) содержанием озона, получившее название «озоновой дыры». С тех пор результаты измерений подтверждают повсеместное уменьшение озонового слоя практически на всей планете. Так, например, в России за последние 10 лет концентрация озонового слоя снизилась на 4-6% в зимнее время и на 3% ¾ в летнее.
В настоящее время истощение озонового слоя признано всеми как серьезная угроза глобальной экологической безопасности. Снижение концентрации озона ослабляет способность атмосферы защищать все живое на Земле от жесткого ультрафиолетового излучения (УФ-радиация). Живые организмы весьма уязвимы для ультрафиолетового излучения, ибо энергии даже одного фотона из этих лучей достаточно, чтобы разрушить химические связи в большинстве органических молекул (Воронов, 1993). Не случайно поэтому в районах с пониженным содержанием озона многочисленны солнечные ожоги, наблюдается увеличение заболевания людей раком кожи и др. Так например, по мнению ряда ученых-экологов, к 2030 г. в России при сохранении нынешних темпов истощения озонового слоя заболеют раком кожи дополнительно шесть миллионов человек. Кроме кожных заболеваний возможно развитие глазных болезней (катаракта и др.), подавление иммунной системы и т. д.
Установлено также, что растения под влиянием сильного ультрафиолетового излучения постепенно теряют свою способность к фотосинтезу, а нарушения жизнедеятельности планктона приводят к разрыву трофических цепей биоты водных экосистем и т. д.
Наука еще до конца не установила, каковы же основные процессы, нарушающие озоновый слой.
Предполагается как естественное, так и антропогенное происхождение «озоновых дыр». Последнее, по мнению большинства ученых, более вероятно и связано с повышенным содержанием хлорфторуглеродов (фреонов). Фреоны широко применяются в промышленном производстве и в быту (хладоагрегаты, растворители, распылители, аэрозольные упаковки и др.). Поднимаясь в атмосферу, фреоны разлагаются с выделением оксида хлора, губительно действующего на молекулы озона.
По данным международной экологической организации «Гринпис», основными поставщиками хлорфторуглеродов (фреонов) являются США ¾ 30,85%, Япония ¾ 12,42%, Великобритания ¾ 8,62% и Россия ¾ 8,0%. США пробили в озоновом слое «дыру» площадью 7 млн км2, Япония ¾ 3 млн км2, что в семь раз больше, чем площадь самой Японии. В последнее время в США и ряде западных стран построены заводы по производству новых видов хладореагентов (гидрохлорфторуглеродов) с низким потенциалом разрушения озонового слоя.
Согласно протоколу Монреальской конференции (1987 г.), пересмотренному затем в Лондоне (1991 г.) и Копенгагене (1992 г.), предусматривалось значительное снижение выбросов хлорфторуглерода. В соответсвии с Законом РФ «Об охране окружающей среды» (2002) охрана озонового слоя атмосферы от экологически опасных изменений обеспечивается посредством регулирования производства и использования веществ, разрушающих озоновый слой атмосферы, на основе международных договоров Российской Федерации и ее законодательства. В будущем необходимо продолжать решать проблему защиты людей от УФ-радиации, поскольку многие из хлорфторуглеродов могут сохраняться в атмосфере сотни лет.
Ряд ученых продолжают настаивать на естественном происхождении «озоновой дыры». Причины ее возникновения они видят в естественной изменчивости озоносферы, циклической активности Солнца, другие связывают эти процессы с рифтогенезом и дегазацией Земли, т. е. с прорывом глубинных газов (водород, метан, азот и др.) через рифтовые разломы земной коры.
Кислотные дожди
Одна из важнейших экологических проблем, с которой связывают окисление природной среды, ¾ кислотные дожди. Образуются они при промышленных выбросах в атмосферу диоксида серы и оксидов азота, которые, соединяясь с атмосферной влагой, образуют серную и азотную кислоты (рис. 13.3). В результате дождь и снег оказываются подкисленными (число рН ниже 5,6). В Баварии (ФРГ) в августе 1981 г. выпадали дожди с кислотностью рН = 3,5. Максимальная зарегистрированная кислотность осадков в Западной Европе ¾ рН = 2,3.
Рис. 13.3. Кислотные осадки: их образование и вредное воздействие на экосистемы
(по Б. Небелу)
Суммарные мировые антропогенные выбросы двух главных загрязнителей воздуха ¾ виновников подкисления атмосферной влаги ¾ SO2 и NОx ¾ составляют ежегодно более 255 млн т (1994 г.). На огромной территории природная среда закисляется, что весьма негативно отражается на состоянии всех экосистем. Выяснилось, что природные экосистемы подвергаются разрушению даже при меньшем уровне загрязнения воздуха, чем тот, который опасен для человека. «Озера и реки, лишенные рыбы, гибнущие леса ¾ вот печальные последствия индустриализации планеты» (Х. Френч, 1992).
Опасность представляют, как правило, не сами кислотные осадки, а протекающие под их влиянием процессы. Под действием кислотных осадков из почвы выщелачиваются не только жизненно необходимые растениям питательные вещества, но и токсичные тяжелые и легкие металлы ¾ свинец, кадмий, алюминий и др. Впоследствии они сами или образующиеся токсичные соединения усваиваются растениями и другими почвенными организмами, что ведет к весьма негативным последствиям. Например, возрастание в подкисленной воде содержания алюминия всего лишь до 0,2 мг на один литр летально для рыб. Резко сокращается развитие фитопланктона, так как фосфаты, активизирующие этот процесс, соединяются с алюминием и становятся менее доступными для освоения. Алюминий снижает также прирост древесины. Токсичность тяжелых металлов (кадмия, свинца и др.) проявляется еще в большей степени.
Пятьдесят миллионов гектаров леса в 25 европейских странах страдают от действия сложной смеси загрязняющих веществ, включающей кислотные дожди, озон, токсичные металлы и др. Гибнут хвойные горные леса на северных Аппалачах и в Баварии. Отмечены случаи поражения хвойных и лиственных лесов в Карелии, Сибири и в других районах нашей страны.
Воздействие кислотных дождей снижает устойчивость лесов к засухам, болезням, природным загрязнениям, что приводит к еще более выраженной их деградации как природных экосистем.
Ярким примером негативного воздействия кислотных осадков на природные экосистемы является закисление озер. Особенно интенсивно оно происходит в Канаде, Швеции, Норвегии и на юге Финляндии (табл. 13.4). Объясняется это тем, что значительная часть выбросов серы в таких промышленно развитых странах, как США, ФРГ и Великобритания, выпадают именно на их территории (рис. 13.4). Озера в этих странах наиболее уязвимы и потому, что коренные породы, слагающие их ложе, обычно представлены гранитогнейсами и гранитами, которые не способны нейтрализовать кислотные осадки, в отличие, например, от известняков, которые создают щелочную среду и препятствуют закислению. Сильно закислены и многие озера на севере США.
Таблица 13.4
Закисление озер в мире (по данным «XX век последние 10 лет», 1992)
Рис. 13.4. Загрязнение (окисление) почвы в странах Северной Европы вследствие выпадения
кислотных дождей, переносящих из промышленных районов Англии, ФРГ и Польши большое
количество оксидов серы (SO2). Цифрами показана кислотность поверхностных вод
Закисление озер опасно не только для популяций различных видов рыб (в том числе лососевых, сиговых и др.), но часто влечет за собой постепенную гибель планктона, многочисленных видов водорослей и других его обитателей. Озера становятся практически безжизненными.
В нашей стране площадь значительного закисления от выпадения кислотных осадков достигает несколько десятков миллионов гектаров. Отмечены и частые случаи закисления озер (Карелия и др.). Повышенная кислотность осадков наблюдается вдоль западной границы (трансграничный перенос серы и других загрязняющих веществ) и фрагментарно на побережье Таймыра и Якутии. В районе г. Норильска и на Северном Урале огромные площади тайги и лесотундры стали почти безжизненными из-за выбросов диоксида серы Норильским горно-химическим комбинатом.
Контрольные вопросы
1. Почему охрана природного воздуха является ключевой проблемой оздоровления окружающей среды?
2. Назовите главные загрязнители (поллютанты) атмосферного воздуха.
3. Оцените роль различных отраслей хозяйства в загрязнении атмосферы.
4. Приведите примеры пагубного влияния высокотоксичных загрязнителей (поллютантов) на живые организмы.
5. Как называется ядовитая смесь дыма, тумана и пыли? К каким экологическим последствиям она приводит?
6. Какой загрязнитель атмосферного воздуха наиболее опасен для хвойных деревьев? Раскройте механизм проникновения токсичного вещества в растения.
7. Каковы важнейшие экологические последствия глобального загрязнения атмосферы?
8. Чем вызваны кислотные дожди? Каково их влияние на природные экосистемы?
9. Почему истощение озонового слоя Земли относится к числу важнейших экологических проблем?
10. Что понимают под закислением озер?