Усиление парникового эффекта
Парниковым эффектом называется разогрев приземного слоя воздуха, вызванный тем, что атмосфера поглощает длинноволновое тепловое излучение земной поверхности, в которое превращается большая часть достигшей Земли световой энергии Солнца. Благодаря этому температура на поверхности Земли на 33о С теплее, чем было бы в отсутствие этого процесса. Без парникового эффекта биосфера бы проста замерзла.
Парниковый эффект усиливается с повышением концентрации в атмосфере углекислого газа (а также метана, пыли и некоторых других веществ, загрязняющих атмосферу). По этой причине при сжигании большого количества ископаемого топлива, разрушении гумуса почв, осушении болот и уменьшении «стока» атмосферного углерода в растительность в результате сведения лесов происходит потепление климата. Этот эффект на 50% зависит от диоксида углерода, на 33% – от метана и на 17% – от всех прочих газов и пыли.
Потепление климата вызовет катастрофические изменения в биосфере, участятся засухи, начнется таяние ледников полярных шапок, Гренландии и горных массивов и поднимется уровень мирового океана. К 2030 году ожидается повышение уровня океана на 20 см, а к 2100 – на 60 см. В результате могут быть затоплены приморские равнинные страны (в том числе, такие густонаселенные, как Бангладеш). Некоторые страны с холодным климатом (Скандинавские, Канада, Россия) окажутся в выигрышном положении, так как улучшатся климатические условия для их сельского хозяйства. Однако из-за уменьшения количества осадков резко снизится производство зерна в североамериканских прериях, которые являются его главным производителем в глобальном масштабе. Общее производство зерна в мире снизится (рис. 102).
Международное сообщество предпринимает усилия для того, чтобы обязать все страны снизить промышленные выбросы углекислого газа. Об этом подписан целый ряд международных документов, необходимость решения этой проблемы специально отмечена в документах Международной конференции по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро в 1992 г.
Контрольные вопросы
1. В чем заключаются физические причины парникового эффекта?
2. Какими будут последствия для биосферы, если парниковый эффект будет продолжать усиливаться?
Справочный материал
В настоящее время содержание углекислого газа в атмосфере составляет 336 частей на 1 миллион, ежегодное увеличение его содержания оценивается в 1–2 части на 1 миллион. При повышении концентрации диоксида углерода до 400–500 частей произойдет потепление поверхности всей планеты в среднем на 1–1,5 градуса, а при концентрации 600-700 частей – на 4–5 градусов.
Одним из виновников усиления парникового эффекта является авиация: при работе двигателей самолетов образуется очень много диоксида углерода. Подсчитано, что одно пассажирское место в самолете «производит» на 1 км пути 684 г оксида углерода (автомобиля – 83 г, а электропоезда – 31 г). Один современный лайнер при перелете из Европы в Америку сжигает 100 т горючего и выделяет в атмосферу 80 т углекислого газа. Для сравнения: 1 га леса выделяет в год 200 кг кислорода. Значит, чтобы компенсировать затраты кислорода на такой полет 500 га леса должны давать кислород в течение года.
Несмотря на документы конференции в Рио-де-Жанейро (1992), которые обязывали все страны уменьшить выбросы углекислого газа в атмосферу, положительный результат был достигнут только в Германии, которая снизила выбросы на 10%. В России выбросы углекислого газа уменьшились на 27,4%, но это произошло в результате спада производства. В то же время Индонезия увеличила выбросы углекислого газа почти на 40%, Китай и Индия – на 30%, Бразилия – на 20%.
В США, доля которых в глобальном выбросе углекислого газа составляет 27,9%, выбросы увеличились на 6,2%. Эта страна является печальным рекордсменом в загрязнении окружающей среды. При среднемировом количестве выбросов углекислого газа на одного человека – 0,9 т (в России – 2,9, в Индии – 0,3), в США выбрасывается в атмосферу ежегодно 5,3 т на каждого американца
Гипотеза о неизбежности потепления климата и таяния льдов с последующим повышением уровня океана признается не всеми. Существуют другие гипотезы, в соответствии с которыми потеплению климата будут препятствовать океанические течения, похолодание в высоких широтах и увеличение облачности.
РАЗРУШЕНИЕ ОЗОНОВОГО СЛОЯ
В настоящее время отмечено ухудшение состояния озонового слоя и образование «озоновых дыр» (областей с пониженным содержанием озона) над полюсами Земли, что представляет экологическую опасность. Временные «дыры» возникают также над обширными районами вне полюсов (в том числе и над континентальными районами России). Причиной этих явлений является попадание в озоновый слой хлора и оксидов азота, которые образуются в почве из минеральных удобрений при их разрушении микроорганизмами, а также содержатся в выхлопных газах автомобилей. Эти вещества разрушают озон с более высокой скоростью, чем он может образовываться из кислорода под влиянием ультрафиолетовых лучей.
Сохранение озонового слоя – одна из глобальных задач мирового сообщества. Для прекращения разрушения озонового слоя и его восстановления необходимо отказаться от использования хлорсодержащих веществ – хлорфторуглеродов (фреонов), используемых в аэрозольных упаковках и холодильных установках. Необходимо также уменьшение количества выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания и доз азотных минеральных удобрений в сельском хозяйстве.
Содержание озона может увеличиваться в приземном слое атмосферы, так как озон является фотооксидантом, образующимся из оксида азота и углеводородов под влиянием ультрафиолетовых лучей. В этом случае он оказывается опасным загрязнителем, вызывающим раздражение дыхательных путей человека и ухудшающим состояние лесов. Однако отрицательно сказывается на здоровье человека и чрезмерно низкое содержание озона в атмосфере.
Контрольные вопросы
1. Какую роль в жизни биосферы играет озоновый слой?
2. Какие факторы вызывают разрушение озонового слоя?
Справочный материал
Вследствие разрушения озонового слоя повышается вероятность заболевания человека раком кожи. Этим объясняется высокое распространение этой болезни в Австралии: при населении в 17 млн. человек раком кожи ежегодно заболевает 140 тыс. человек, из которых 1 тыс. умирает.
В России достигнуты несомненные успехи по сокращению производства веществ, разрушающих озоновый слой. С 1990 по 1996 гг. их количество снизилось с 205 до 13 тысяч т. Ряд предприятий России производит холодильники с хладагентами, не разрушающими озоновый слой.
КИСЛОТНЫЕ ДОЖДИ
Кислотные дожди – это выпадение осадков, в которых содержатся серная и азотная кислоты. При этом происходит самоочищение атмосферы от загрязнения. Причиной кислотных дождей являются выбросы в атмосферу оксидов серы и азота предприятиями топливно-энергетического комплекса, металлургическими и химическими заводами, а также транспортом. Кислотные дожди (а также кислотный туман) вызывают подкисление почв, снижение приростов леса и урожайности сельскохозяйственных культур. При высоких нагрузках кислотных дождей может происходить усыхание лесов и гибель рыб и многих других организмов в озерах. Кроме того, кислотные дожди переводят в растворимое состояние соединения тяжелых металлов, которые усваиваются растениями, а затем с пищей попадают в организм животных и человека, что вызывает у них болезни. Кислотные дожди разрушают памятники архитектуры.
Вследствие атмосферного переноса загрязнения ввиду преобладания ветров западного направления европейская часть России получает значительно больше (примерно в 8 раз) кислотных дождей от наших западных соседей (ФРГ, Чехия, Словакия, Польша), чем переносится в страны Центральной Европы с территории России. Главным «экспортером» сернокислых осадков оказалась Великобритания (она «поставляет» в другие страны в 11 раз больше оксидов серы, чем получает сама), за ней следуют Германия, Польша, Чехия и Словакия.
В настоящее время от кислотных дождей в Европе пострадало почти 50 млн. га лесов, что составляет 35% от общей площади лесных массивов континента. В некоторых странах (Чехия, Словакия, Греция, Англия, Германия, Норвегия, Польша) доля пораженных лесов составляет более половины общей площади массивов.
Пагубная роль кислотных дождей может быть уменьшена только при сокращении выбросов в атмосферу диоксида серы за счет использования на предприятиях новых малоотходных технологий и фильтров на дымовых трубах.
Однако кислотные дожди в ряде случаев могут быть и полезны. В частности, они обогащают почву азотом и серой, которых на очень больших территориях явно недостаточно для получения высоких урожаев. Если же такие дожди выпадают в районах распространения карбонатных, а тем более щелочных почв, то они снижают щелочность, увеличивая подвижность элементов питания, их доступность для растений.
Кроме кислотных дождей, большой ущерб могут наносить другие формы кислых осадков, например кислые росы, кислый туман, кислый снег.
Контрольные вопросы
1. Выбросы каких предприятий повинны в образовании кислотных дождей?
2. Каковы последствия выпадения кислотных дождей?
3. Как можно снизить интенсивность кислотных дождей?
Справочный материал
Количество серы и азота, выпадающих в европейской части России с дождевыми осадками за период с 1991 по 1997 гг. уменьшилось почти на 20% за счет снижения собственных выбросов. Однако вклад трансграничного переноса возрос с 60% до 68%. В 1997 г. выпало 1965 т серы и 1571 т азота.
Кислый туман, представляющий собой взвесь мельчайших капелек воды, в которых растворены оксиды серы и азота, образовавшие кислоты. Он для человека опаснее, чем кислотные дожди, так как имеет более кислую реакцию (рН < 2) и, попадая в дыхательные органы человека, поражает слизистые оболочки. Кислый туман не улавливается обычной измерительной техникой и потому ускользает от контроля загрязнения атмосферы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В отличие от остальных видов животных, населяющих нашу планету, вид Homo sapiens – биосоциальный. В результате более высокого уровня социальной организации популяций и способности к накоплению знаний он не только адаптируется к внешней среде, но и адаптирует окружающую среду, делая ее более удобной для своей жизни. При этом адаптация человеком окружающей среды в большинстве случаев носит разрушительный характер, и ее масштабы в ХХ столетии достигли уровня глобальных процессов разрушения биосферы.
Человек нарушает литосферу при добыче полезных ископаемых, создании гидротехнических сооружений и строительстве в городах, что стало причиной землетрясений и проседания поверхности земли на обширных регионах. Он вырубил около половины лесов планеты, сжигал все больше углеродистых энергоносителей на промышленных предприятиях и в двигателях транспортных средств, распахал более 10% площади суши, осушил часть болот. В результате этого нарушился круговорот углерода – увеличилось поступление диоксида углерода в атмосферу, что стало причиной усиления парникового эффекта.
Глобальные последствия имеют нарушения человеком круговоротов воды, азота и фосфора. Водозабор для полива сельскохозяйственных культур резко увеличил испарение, значительная часть пресной воды потеряла свое качество из-за загрязнения. К естественной фиксации азота микроорганизмами и поступлению азота в почву при грозах добавились «поставки» азота с минеральными удобрениями и кислыми дождями. Особенно опасно вмешательство человека в круговорот фосфора, который в отличие от круговоротов воды, углерода или азота – открытый: фосфор, содержащийся в горных породах, постепенно вымывается и оседает на дне водоемов. Применение минеральных фосфорных удобрение резко ускорило этот процесс. Миру угрожает фосфорный голод, что вызовет снижение урожая главных продовольственных культур – зерновых.
Деятельность человека стала причиной нарушения равновесного состояния озонового слоя Земли. Выбросы в атмосферу больших количеств оксидов серы и азота при работе тепловых электростанций стали причиной кислых дождей. Эти дожди разрушают водные экосистемы и снижают плодородие почвы.
В конце ХХ столетия глобальные последствия адаптации человеком среды своего обитания стали столь опасны, что мировое сообщество вынуждено принимать меры для защиты биосферы.
Индивидуальное задание
Тема реферата: «Проявление глобальных последствий влияния человека на биосферу в моем районе».
Свяжитесь с организациями, контролирующими состояние окружающей среды в вашем городе (или административном сельском районе) и соберите данные о том, как проявляются последствия глобальных изменений биосферы человеком. Выявите, какой вклад в разрушение биосферы вносит деятельность человека в вашем районе.
Разобраться в тех глобальных процессах изменения окружающей среды, которые проявились в вашем районе, помогут следующие книги:
Будыко М.Н. Глобальная экология. М.: Мысль, 1977.
Израэль Ю.А., Ровинский Ф.Я. Берегите биосферу. М.: Педагогика, 1987.
Винокурова Н.Ф., Трушин В.В. Глобальная экология: Учеб. Для 10-11 кл. профильн. шк. М.: Просвещение. 1998.