Углекислота в оболочках земли.

Парниковый эффект: мифы и реалии.

Киотский протокол, призванный сплотить борцов с парниковым эффектом, лишен каких-либо научных обоснований, но его ритуальное обсуждение и пропаганда продолжаются и по сей день. Тем не менее он высветил настоятельную необходимость для всего мирового сообщества сбалансировать потребление атмосферного кислорода - окислителя органического горючего, о чем, пожалуй, весьма аргументировано сказано в статье Виталия Болдырева "Атмосферным кислородом по глобализации и кредиторам" (см. "ПВ" № 5-6, мар, 2001г.). Ограниченность природных запасов органического горючего и необходимость сбалансированного использования атмосферы в огневой электроэнергетике делают на сегодня безальтернативным для человечества развитие атомной энергетики.
Рассуждения о вреде парникового эффекта для климата Земли стали на столько расхожими, что об этом говорят все кому не лень. Между тем научные данные о динамике изменения углекислоты в атмосфере и парниковому эффекту, собранные во едино, показывают совсем другую картину мира.

Миф первый: опасность потепления климата.

Общепринятые оценки метеорологов показывают, что повышение содержания углекислотного газа в атмосфере приведет к повышению температуры практически только в высоких широтах, особенно в северном полушарии, где "совсем недавно было гигантское оледенение". Причем в основном это потепление произойдет зимой. По оценки специалистом Института сельхозметеорологии Роскомгидромета, повышение концентрации СО₂ в два раза приведет к удвоению хозяйственной полезной площади России с 5 до 11 млн. км2. По хозяйственной полезной площади Россия занимает сейчас скромное пятое место в мире после Бразилии, США, Австралии и Китая. Наибольший эффект от потепления будет иметь Россия, в которой западная граница проходит примерно по январской изотерме 0° С. в два раза приведет к удвоению хозяйственной полезной площади России с 5 до 11 млн. км2. По хозяйственной полезной площади Россия занимает сейчас скромное пятое место в мире после Бразилии, США, Австралии и Китая. Наибольший эффект от потепления будет иметь Россия, в которой западная граница проходит примерно по январской изотерме 0° С.
Отечественные "зеленые" механически повторяют про опасность потепления, не осознавая, что живут в холодной стране. При ожидаемом потеплении в большинстве районов России климат станет очень благоприятным, близким к субтропическому. Нечерноземная мало продуктивная зона центральной России станет плодоносной, продолжительность сельскохозяйственного года в ней утроится, Кубань превратиться в саванну, в Сибири морозы прекратятся, и там будут выращивать хлопок, а северный морской путь освободиться ото льда и станет самым экономичным морским путем между Европой и Дальним Востоком.
Важно , что потепление за счет повышения температуры будет происходить в основном зимой. Лето в России останется практически таким же относительно не жарким. Причем это повышение температуры произойдет за несколько лет вслед за повышением концентрации СО₂, так как материковых льдов давно нет, а время нагрева атмосферы не превышает двух месяцев. Одним словом фантастика! На климате низких широт удвоение концентрации СО₂ практически не скажется, разве только северный ветер зимой не будет там столь холодным, как сейчас. До наступления последней ледниковой эпохи средняя температура Земли была на 5-6° С выше, и в районе Якутска росли леса грецких орехов.

Миф второй:Угроза потопа.

В разных источниках указываются разные значения повышения уровня Мирового океана в пределах до 0,2-1,4 метра. Доверчивые специалисты при этом восклицают: Всемирный потоп! Однако почти все ледники в северном полушарии растаяли 9000 лет назад. Осталась только Гренландия. Льды же Северного Ледовитого океана при таянии не повысят уровень Мирового океана даже на 1 мм согласно всем известному из школьной физики закону Архимеда. Гренландский ледник не растает по той же причине, что и Атлантический. Дело в том, что оледенение имеет место быть при температуре ниже нуля, а температура Антарктиды в зависимости от сезона равна 30-90 °С ниже нуля. При ожидаемом потеплении условия сохранения Антарктического ледника практически не изменяется. Скорее всего из-за увеличения испарений количество влаги, поступающей в Антарктиду, возрастет, из-за этого ледник может существенно увеличиться и соответственно возрастет сход айсбергов. Гренландия - это маленькая Антарктида. При ожидаемом в 21 веке повышении температуры в высоких широтах на 4 °С температура на ледниках Гренландии сохраниться существенно ниже нуля, и из-за увеличения циркуляции влаги в атмосфере выпадение снега в Гренландии и частота схода там айсбергов увеличится. Данные палеоклиматологии подтверждают эти прогнозы. Гренландский и Антарктический ледники существуют многие десятки миллионов лет и пережили периоды несравненно более сильного потепления, чем это ожидаемое. Поэтому никакого существенного повышения уровня Мирового океана не следует ожидать ни в 21 веке, ни в более отдаленные времена.

Миф третий: Вредность СО₂

Сколько поднято шума в связи с увеличением содержания СО₂ в атмосфере, что в сознании широких масс, наверное, создалось мнение о его вредности. Однако это не так. При концентрации углекислого газа ниже 1% он не оказывает вредного влияния на животных. Более того, слишком низкое содержание СО₂ в воздухе для некоторых людей является причиной астматических болезней. Их не даром лечат по методу профессора Бутейко задержкой дыхания. Ведь присутствие СО₂ совершенно необходимо для эффективного дыхания. По-видимому, этот результат (точнее пережиток) эволюции. Ведь животный мир возник при весьма высокой концентрации углекислого газа. Еще 600 млн. лет назад, когда животный мир начал трансформироваться в современные виды, концентрация кислорода в воздухе составляла всего 2%. Предки приматов возникли примерно 20 миллионов лет назад, когда концентрация СО₂ была втрое выше, т.е. 0,1%. Для растений углекислота является самым необходимым жизненным веществом, так как другой возможности усвоения растениями углерода в природе не существует. Поэтому СО₂ ни в коем случае нельзя считать вредным веществом для здоровья животных и тем более растений. Экспериментально показано, что с повышением концентрации в воздухе углекислого газа урожайность всех культур возрастает. По мнению некоторых врачей, человеку полезнее высокогорный воздух, где абсолютная концентрация кислорода вдвое меньше . В обыденном сознании сформировалось мнение , что леса являются "легкими планеты". Но леса и растительность вообще в основном поглощают СО₂. Очищать воздух от углекислого газа бессмысленно, так как его уже практически там нет: осталось всего 0.035%. Таким образом , и в этом смысле обыденное сознание отягощено мифами.

СО2 и парниковый эффект.

По оценкам ученых, без парникового эффекта средняя температура поверхности Земли была бы на 30 градусов ниже нуля и никакой жизни на ней скорее всего не было бы. Именно парниковый эффект, являясь природным одеялом, создает благоприятные условия жизни на земле. Парниковый эффект , то есть степень поглощения инфракрасного излучения земной поверхности, обусловлен наличием многоатомных газов (СО₂, пары H₂0, СН₄), непрозрачных для теплового излучения. В наше время парниковый эффект в среднем на 78% порожден парами воды и только на 22% углекислым газом при их объемном соотношении 1:10. Вкладом других газов можно пренебречь.
Влияние парникового эффекта на климат в зависимости от концентрации СО₂ хорошо известно метеорологам. Он в основном повышает температуру зимой в высоких широтах и практически не влияет на температурный режим низких широт . Это объясняется следующим. Вышеупомянутое соотношение вкладов водяного пара и СО₂ в парниковый эффект наблюдается только раз в год. В высоких широтах при снижении зимней температуры концентрация водяного пара в атмосфере резко снижается, так как он конденсируется и выпадает в виде осадков. В результате парниковый эффект резко снижается и температура атмосферы уменьшается. Кибернетики сказали бы, что имеет место сильная обратная связь. При дальнейшем снижении температуры водяной пар вымораживается из атмосферы, на землю выпадает снег и резко увеличивается отражение лучистой энергии, поступающей от солнца. Физики и метеорологи сказали бы, что увеличивается альбедо (доля отраженной лучистой энергии) Земли. Это вторая сильная обратная связь. А вот концентрация СО₂ в атмосфере не зависит от этих факторов. Именно парниковый эффект от СО₂ сохраняет тепло в атмосфере при вымораживании из нее водяного пара. Увеличение концентрации СО₂ приведет к тому, что снижение температуры и вымораживание водяного пара, а также выпадение снега и увеличение альбедо будет проходить в существенно меньшей степени.
Итак, наличие СО₂ в атмосфере играет важную роль для улучшения климата, прежде всего в зимнее время. Но наличие СО₂ в атмосфере еще важнее для стабилизации климата при воздействии случайных факторов, приводящих к временному похолоданию, которые в отсутствие СО₂ могли бы вызвать оледенение. Очень показательно, например, сравнение климата на Марсе и Венере. Уровень температуры на Марсе таков, что там не только вода, но и СО₂ вымораживаются из атмосферы настолько, что давление марсианской атмосферы, состоящей в основном из СО₂, составляет всего 0,6% земной. Поэтому на Марсе наблюдаются водяные и углекислотные льды. На Венере, получающей в два раза больше тепла от Солнца, атмосфера также в основном состоит из СО₂ и имеет давление 90 атмосфер. Из-за мощного парникового эффекта температура на поверхности Венеры составляет 500 С.
Парниковый эффект и оледенение, по имеющимся научным данным, взаимно связаны. На рисунке приведены кривые изменения концентрации СО₂ в атмосфере и температуры за последние 160 тысяч лет. Эти данные получены анализом состава воздушных пузырьков в толще ледников Антарктиды. На кривых хорошо видно почти полное совпадение максимумов концентрации СО₂ и температуры, что объясняется малой тепловой инерцией атмосферы и отсутствием материковых льдов. Следует отметить, что максимумы температуры и содержания СО₂ совпадали и похоже способствовали появлению неандертальцев 100000 лет назад и сельскохозяйственной революции примерно 5000 лет назад.

Максимум последнего оледенения был примерно 20000 лет назад. Он соответствовал концентрации СО2 в атмосфере , равной всего 0.02%, что почти в два раза меньше ,чем сейчас. Тогда ледники занимали всю территорию Канады , значительную территорию США в всю Северную Европу включая Берлин, Москву , Киев и Санкт-Петербург. Общая площадь материковых льдов в Северном полушарии тогда составляла 23 млн.км2 ,толщина слоя льда - 1.5 км, объем материковых льдов превышал 37 млн. км3. Ледниковая эпоха характеризуется крайне неустойчивым климатом. Небольшое случайное похолодание приводит из-за сильных обратных связей к росту ледников, а потепление к их быстрому таянию. Поэтому ледниковая эпоха характерна быстрыми колебаниями температуры с периодом 10000 лет.

Именно быстрое возрастание концентрации СО₂ привело за 9000 лет к почти полному таянию этих ледников. Остались лишь ледники в Антарктиде и Гренландии, консервация которых обусловлена близостью к полюсу, водным окружением и замкнутой циркуляцией холодных течений.
При изменении концентрации СО₂ потепление может быть очень быстрым, если нет материковых льдов , так как нагрев атмосферы ввиду ее тепловой инерции составляет около 2 месяцев. Но для таяния льдов необходимо больше времени , так как требуется много тепла. На таяние материковых ледников не влияет антропогенный фактор.
В сознании широкой общественности потепление почти всегда соединяется с повышением температуры летом и засухой зимой. Однако это не так в случае увеличения концентрации СО₂. Количество влаги, поступающей на сушу, зависит в первую очередь от интенсивности испарения водной поверхности. При потеплении количество образующегося пара увеличится, во-первых, за счет увеличения площади испарения на освободившейся от океанических и материковых льдов в высоких и средних широтах и, во-вторых, за счет увеличения средней температуры. Таяние высокогорных ледников не грозит мелением рек, так как количество влаги в горах не уменьшится. И лишь изменится сезонное распределения поступления воды в горные реки. Эти теоретические рассуждения вполне поддерживаются данными палеоклиматологии . А вот каждое оледенение сопровождалось засухой , так как накопление на суше материковых льдов приводило в сокращению площади мирового океана на 30% и одновременно снижалась температура атмосферы и водной поверхности.

Углекислота в оболочках земли.

В океане СО₂ содержится в растворенном виде в виде угольной кислоты и ионов различных углекислотных солей, и его в 60 раз больше чем в атмосфере. При повышении концентрации СО₂ в атмосфере большая его часть поглощается океаном. Правда, перемешивание океанической воды длится от 200 до 2000 лет . Океан, следовательно, является гигантским аккумулятором и регулятором концентрации углекислоты в атмосфере. Именно поэтому изменение концентрации СО₂ в атмосфере будут происходить во много раз медленнее , даже несмотря на рост антропогенных выбросов.
В каменноледниковых, сланцевых и иных углеродосодержащих месторождениях угольной кислоты содержится в 300 раз больше по сравнению с атмосферой. Если ее освободить из этих месторождений, то концентрация СО₂ в атмосфере увеличится с 0.035 до 9 %. Такая концентрация наблюдалась во время каменно-угольного геологического периода, когда на земле буйствовала растительность, был теплый устойчивый климат и процветали динозавры. Такая растительность была следствием высокой концентрации углекислоты, которая являлась главной , ничем не заменимой пищей для фотосинтеза. Реальная причина вымирания динозавров - похолодание в связи с наступлением ледникового периода, увядание растительности и недостаток пищи. Они вымирали в течении нескольких миллионов лет: одни виды раньше, другие позже.
Основная масса СО₂ в карбонатных породах , причем в основном на дне океанов. Материковые карбонатные породы сформировались когда эти участки суши были дном морей и океанов. Как же почти весь СО₂ оказался захороненным на дне океанов?
Согласно современным научным представлениям первичная атмосфера образовалась в результате разделения по плотности земных пород. Она состояла из СО₂ , метана , аммиака, сероводорода. Изъятие из первичной атмосферы углекислоты происходило благодаря фотосинтезу в первых живых организмах на Земле. Самозарождение жизни , по мнению ученых, было возможно только в атмосфере без кислорода, и сначала только в океане. Первичный океан был сначала настоящей "газировкой" . Первые сине-зеленые одноклеточные водоросли возникли не менее 3 миллиардов лет назад. Именно они за счет фотосинтеза произвели первый кислород и тем создали условия для жизни животных, энергетическим источником которых является процесс окисления. Первые животные, появившиеся сначала в океане, строили скелеты из известняка СаСО3 и магнезита (доломита) MgСО3. Их скелеты и раковины гигантских размеров откладывались на дне океанов и морей, и эти отложения можно видеть сейчас, в виде месторождения мрамора, меловых гор, известняка. А углекислота была почти начисто извлечена как из воды океана, так и из атмосферы. Кстати, некоторые ученые называют результатом этого процесса первой экологической катастрофы для первых обитателей Земли. Ведь интенсивность фотосинтеза пропорциональна концентрации СО₂ в атмосфере и океане. Когда растительность распространилась на суше, создались условия для начала каменноугольного периода - эпохи карбона. Однако в образовавшиеся каменноугольные, нефтяные и газовые месторождения попало тогда меньшая часть углекислоты, так как для их образования на суше требовались специфические условия, а именно болота, покрытые минеральными осадками. В противном случае органика сгнивает, а СО₂ возвращается обратно в атмосферу. Иное дело океанские отложения из СаСО3 и MgСО3. Они хоронились на всегда, и возвратить и обратно в оборот не в силах даже человечество, как оно делает с СО₂ при сжигании нефти, каменного угля и газа.
В нашу геологическую эпоху в атмосфере остались буквально жалкие остатки прежнего количества СО₂. Чтобы извлечь необходимую для жизни углекислоту, растениям приходится прокачивать через себя огромное количество воздуха, так как в нем содержится мало СО₂ - всего 0,035%. Но даже при низкой в нынешнюю геологическую эпоху интенсивности фотосинтеза на суше и в океане можно за несколько лет выбрать и эти жалкие остатки. Среднее время обращения СО₂ в сегодняшней атмосфере составляет всего пять лет. Почему же углекислота в атмосфере не исчезает? Ее поступление осуществляется за счет гниения и сжигания растительности, извержения вулканов и сжигания человеком каменного угля, нефти и газа, накопленных в недрах Земли. Откуда же появился СО₂ в вулканах?

Топка в преисподней.

В геологии утвердилась теория движения океанских плит, которая также хорошо объясняет и движение континентов. Сущность этой теории состоит в том, что тепло, выделяющееся в недрах Земли за счет радиоактивного распада долгоживущих ядер и физико-химических процессов, не может быть отведено только за счет теплопроводности из-за больших размеров планеты. Поэтому тепло отводиться за счет очень медленной циркуляции относительно пластичных пород в недрах Земли. Этот процесс хорошо известен в быте, например, таким путем отводится тепло от кипящей воды в чайнике. Именно этот конвективный процесс обуславливает движение плит земной коры, при котором смещающаяся плита задвигается под соседнюю плиту. Этот процесс геологи называют субдукцией. Типичным местом субдукции океанских плит являются островные дуги Японии, Камчатки, острова Океании, Кордильеры в Южной и Северной Америке. За время движения океанских плит на них образуется слой осадков в основном из СО₂ и MgСО3, т.е. из скелетов мелких морских животных и моллюсков, в том числе кораллов. Этот слой имеет максимальную толщину в местах субдукции. Когда такой слой толщиной 1-2 км попадает на большие глубины мантии, он нагревается до высоких температур и происходит разложение СО₂ и MgСО3 с образованием углекислого газа, а также водяного пара, молекулы которого содержаться в кристаллических породах. Выделяющийся в недрах СО₂ и пар резко повышают подземное давление, что и приводит к образованию вулканов, извергающих в больших количествах СО₂ и пар. Таким образом в природу возвращается углекислота, казалось бы, навечно погребенная на дне океана. Эти процессы будут происходить до тех пор, пока в недрах Земли выделяется тепло. Если Земля остынет на столько, что движение плит прекратиться, то жизнь на Земле также быстро, буквально за несколько сотен лет, прекратиться.
По данным геологической науки, вулканы в наше время выбрасывают несколько миллиардов тонн СО₂ в год. Можно оценить количество углекислого газа, выброшенного вулканами в прошлом, следующим образом. По данным геологии, за последних 10 миллионов лет 5% поверхности нашей планеты за счет движения плит было задвинуто под соседние плиты. Принимая максимальную толщину отложений в океанических плитах, равную 1-2 км, получим, что в среднем за год в течение этих 10 миллионов лет выбрасывалось всего по 2,5 - миллиардов тонн СО₂. Увеличение количества СО₂, выбрасываемого сейчас вулканами, произошло из-за того, что толщина карбонатных пород на конце океанических плит стала больше или возросла скорость движения плит. Это означает, что наступает конец большой ледниковой эпохи. Поэтому никакие ограничения выбросов СО₂ не дадут существенного эффекта и потепление на Земле неизбежно!
Захоронение СО₂ на дне океана в карбонатных породах происходит за многие десятки и сотни миллионов лет. Плиты наибольшего размера до места субдукции старой коры со слоем отложений максимальной толщины движутся 200-300 миллионов лет. Если жизнь в океане процветает, то накопление отложений на дне океана будет велико. Когда этот слой через 200 миллионов лет будет подныривать под другую плиту, вулканы будут выбрасывать соответственно большее количество СО₂. Однако жизнь расцветает по своим закономерностям и, в частности, стремиться к максимальному размножению. Следовательно, увеличивающаяся растительность сможет съесть всю углекислоту за соответственно меньше время. Тогда количество отложений СО₂ в океане уменьшается, и через 200-300 миллионов лет вулканы начинают выбрасывать меньше углекислоты. В результате наступает похолодание и возникают ледники. Таким образом, жизнь на Земле, прежде всего в океане, сама по себе является причиной оледенения, возникающего с периодом 200-300 миллионов лет. Именно такую периодичность давно заметили геологи. Кстати заметим, что перед каждым потепление увеличивается активность вулканов. Самое древнее оледенение было 2,6 миллиарда лет тому назад. Оно произошло через 300 миллионов лет после возникновения жизни на Земле в виде сине-зеленых водорослей. Оледенение развивалось в низких широтах на первом большом континенте, которому дали название Монгея. По нашему мнению, главной причиной монгойского оледенения явилось уменьшение концентрации СО₂ в атмосфере из-за жизнедеятельности первых растений. Последующие оледенения происходили только в высоких широтах.
Человечество живет в ледниковую геологическую эпоху, которая началась примерно 3 миллиона лет назад. В ледниковую эпоху климат становится весьма не устойчивым, благодаря упомянутых выше сильных обратных связей. Именно этот период характерен быстрыми колебаниями температуры и площади оледенения. В периода потепления растительность буквально пожирает СО₂, парниковый эффект уменьшается и начинается оледенение. Затем растительность угнетается, и концентрация СО₂восстанавливается за счет постоянного действия вулканов. Жизнь снова расцветает. Период этих колебаний составляет порядка 10000-100000 лет. Эти короткие периодические автоколебания возникают только во время оледенения, так как причиной периодического оледенения является сама жизнь в океане и на суше. Длительные ледниковые эпохи возникают с периодом порядка 200-300 миллионов лет вследствие движения океанических плит и отложения продуктов жизнедеятельности в океане в виде карбонатных пород. Короткие периодические автоколебания климата внутри ледниковой эпохи с периодом порядка 10000-100000 лет возникает вследствие сильных обратных связей в результате поглощения СО₂ из атмосферы растениями. В принципе возможно новое большое оледенение на Земле, а в далеком будущем неизбежно полное оледенение Земли после прекращения движения океанических плит.
Изложенные выше соображения относительно накопления в атмосфере СО₂, возникновения парникового эффекта и потепления приводят к иному, более сложному взгляду на эту проблему. По существу, не климат, а судьба жизни на Земле целиком зависит от того, останется некоторое количество углекислоты в атмосфере или исчезнет, и жизнь на Земле тогда прекратится. Парадоксально, но именно человечество может на некоторое время продлить жизнь на Земле, вернув в оборот хотя бы часть запасов СО₂ из каменноугольных, нефтяных и газовых месторождений. Однако следует помнить , что возможно наступление очередного похолодания и восстановления материковых льдов в Европе и Северной Америке на многие тысячелетия! Это неизмеримо опаснее любого непредусмотренного потепления.
Естественно автор не призывает специально увеличивать выбросы СО₂. Экономия ресурсов, в том числе и ископаемого топлива, уменьшение вредных выбросов и сохранение биологического разнообразия остаются важной задачей. Но изложенное в настоящей статье противоречит общепринятым общественным взглядам на проблему парникового эффекта и положениям, сформулированным в Киотском протоколе. Эти положения, широко рекламируемые экологическими организациями различного толка, не соответствуют имеющимся надежным научным данным и являются, по существу, идеологическими мифами.

Кислотными дождями принято называть любые атмосферные осадки (дождь, снег, град), содержащие какое-либо количество кислот. Наличие кислот приводит к снижению уровня рН. Водородный показатель (рН) – величина, отображающая концентрацию ионов водорода в растворах. Чем ниже уровень рН, тем больше ионов водорода в растворе, тем более кислой является среда.

Для дождевой воды среднее значение рН равно 5,6. В случае, когда рН осадков меньше 5,6 – говорят о кислотных дождях. Соединениями, приводящими к снижению уровня рН осадков, являются оксиды серы, азота, хлористый водород и летучие органические соединения (ЛОС).

Причины кислотных дождей

Кислотные дожди по природе своего происхождения бывают двух типов: естественные (возникают в результате деятельности самой природы) и антропогенные (вызываются деятельностью человека).

Естественные кислотные дожди

Причин возникновения кислотных дождей естественным путем немного:

деятельность микроорганизмов. Ряд микроорганизмов в процессе своей жизнедеятельности вызывает разрушение органических веществ, что приводит к образованию газообразных соединений серы, которые, естественно, попадают в атмосферу. Количество образуемых таким путем оксидов серы исчисляется порядком 30-40 млн. тонн в год, что составляет примерно 1/3 от общего количества;

вулканическая деятельность поставляет в атмосферу еще 2 млн. тонн соединений серы. Вместе с вулканическими газами в тропосферу попадают диоксид серы, сернистый водород, различные сульфаты и элементарная сера;

распад азотсодержащих природных соединений. Поскольку в основе всех белковых соединений есть азот, то немало процессов приводит к образованию оксидов азота. Например, распад мочи. Звучит не очень приятно, но это жизнь;

грозовые разряды дают порядка 8 млн. тонн соединений азота в год;

горение древесины и другой биомассы.

Антропогенные кислотные дожди

Раз речь пошла об антропогенном воздействии, то не надо обладать большим умом, чтобы догадаться, что речь пойдет о губительном влиянии человечества на состояние планеты. Человек привык жить в комфорте, обеспечивать себя всем необходимым, только вот «убирать» за собой не привык. То ли из ползунков еще не вырос, то ли умом не дорос.

Основной причиной кислотных дождей является загрязнение атмосферы. Если лет тридцать назад в качестве глобальных причин, вызывающих появление в атмосфере соединений, «окисляющих» дождь, назывались промышленные предприятия и тепловые электростанции, то сегодня этот список дополнился автомобильным транспортом.

Теплоэлектростанции и металлургические предприятия «дарят» природе около 255 млн. тонн оксидов серы и азота.

Твердотопливные ракеты также внесли и вносят немалый вклад: запуск одного комплекса «Шаттл» приводит к выбросу в атмосферу более 200 тонн хлористого водорода, около 90 тонн оксидов азота.

Антропогенными источниками оксидов серы являются предприятия, производящие серную кислоту и перерабатывающие нефть.

Выхлопные газы автомобильного транспорта – 40% оксидов азота, попадающего в атмосферу.

Основным источником ЛОС в атмосфере, конечно, являются химические производства, нефтехранилища, бензозаправки и бензоколонки, а также различные растворители, применяемые как в промышленности, так и в быту.

Итоговый результат следующий: человеческая деятельность поставляет в атмосферу более 60% соединений серы, около 40-50% соединений азота и 100% летучих органических соединений.

С точки зрения химии в том, что образуются кислотные дожди, ничего сложного и непонятного нет. Оксиды, попадая в атмосферу, реагируют с молекулами воды, образуя кислоты. Оксиды серы, попадая в воздух, образуют серную кислоту, оксиды азота – азотную. Следует учитывать и такой факт, что в атмосфере над крупными городами всегда содержатся частицы железа и марганца, выступающие катализаторами реакций. Поскольку в природе существует круговорот воды, то вода в виде осадков рано или поздно попадает на землю. Вместе с водой попадает и кислота.

Последствия кислотных дождей

Термин «кислый дождь» впервые появился во второй половине XIX века и был введен в употребление британским химиков, занимавшимся вопросами загрязнения Манчестера. Им было замечено, что существенные изменения в составе дождевой воды вызываются парами и дымом, попадающими в атмосферу в результате деятельности предприятий. В результате проведенных исследований было обнаружено, что кислотные дожди вызывают обесцвечивание тканей, коррозию металла, разрушение стройматериалов и приводят к гибели растительности.

Прошло около ста лет, прежде чем ученые всего мира забили тревогу, говоря о вредном воздействии кислотных дождей. Данная проблема впервые была поднята в 1972 году на конференции ООН, посвященной окружающей среде.

Окисление водных ресурсов. Наиболее чувствительными оказываются реки и озера. Происходит гибель рыб. Несмотря на то, что некоторые виды рыб могут выдерживать незначительное подкисление воды, они тоже погибают из-за утраты кормовых ресурсов. В тех озерах, где уровень рН менее 5,1, не было поймано ни одной рыбы. Объясняется это не только тем, что погибают взрослые экземпляры рыб – при рН равном 5,0, большинство не может вывести мальков из икринок, в результате происходит сокращение числового и видового состава популяций рыб.

Вредное воздействие на растительность. Кислотные дожди действуют на растительный покров прямо и косвенно. Прямое воздействие происходит в высокогорных районах, где кроны деревьев оказываются в прямом смысле погруженными в кислотные облака. Излишне кислая вода разрушает листья и ослабляет растения. Косвенное воздействие происходит за счет снижения уровня питательных веществ в почве и, как следствие, увеличение доли токсичных веществ.

Разрушение творений рук человека. Фасады зданий, памятники культуры и архитектуры, трубопроводы, машины – все подвергается воздействию кислотных дождей. Было проведено много исследований, и все они говорят об одном: за последние три десятилетия процесс воздействия кислотных дождей значительно вырос. В результате под угрозой оказываются не только мраморные скульптуры, витражные стекла старинных зданий, но и изделия из кожи и бумаги, имеющие историческую ценность.

Здоровье человека. Сами по себе кислотные дожди не оказывают непосредственного воздействия на здоровье человека – попав под такой дождь или поплавав в водоеме с подкисленной водой, человек ничем не рискует. Угрозу для здоровья представляют соединения, которые образуются в атмосфере из-за попадания в нее оксидов серы и азота. Образующиеся сульфаты переносятся воздушными потоками на значительные расстояния, вдыхаются многими людьми, и, как показывают исследования, провоцируют развитие бронхитов и астмы. Другим моментом является то, что человек питается дарами природы, гарантировать нормальный состав продуктов питания могут не все поставщики.

Решение проблемы

Поскольку данная проблема носит глобальный характер, то и решить ее можно только сообща. Реальным выходом будет сокращение выбросов деятельности предприятий, как в атмосферу, так и в воду. Вариантов решения всего два: прекращение деятельности предприятий либо установка дорогостоящих фильтров. Есть и третье решение, но оно только в перспективе – создание экологически безопасных производств.

Слова о том, что каждый человек должен осознавать последствия своих поступков, давно набили оскомину. Но и с тем, что поведение общества складывается из поведения отдельных индивидуумов, не поспоришь. Сложность состоит в том, что человек в вопросах экологии привык отделять себя от человечества: воздух загрязняют предприятия, токсичные отходы попадают в воду из-за недобросовестных фирм и компаний. Они – это они, а я – это я.

Бытовые аспекты и индивидуальные пути решения проблемы

Строго соблюдать правила утилизации растворителей и других веществ, содержащих токсичные и вредные химические соединения.

Отказаться от автомобилей. Возможно? – вряд ли.

Повлиять на установку фильтров, внедрение альтернативных способов производства может далеко не каждый, но вот соблюдение экологической культуры и воспитание подрастающего поколения экологически грамотным и культурным – не только возможно, это должно стать нормой поведения каждого человека.

Никого не удивляет множество книг и фильмов, посвященных результатам техногенного воздействия человека на природу. В фильмах красочно и с пугающей реалистичностью предстают мертвая поверхность планеты, борьба за выживание и различные мутантные формы жизни. Сказка, выдумка? – вполне реальная перспектива. Вдумайтесь, еще не так давно полеты в космос казались выдумкой, гиперболоид инженера Гарина (современные лазерные установки) – фантастикой.

Думая о будущем планеты Земля, стоит думать не о том, что ждет человечество, а о том, в каком мире будут жить дети, внуки и правнуки. Только личная заинтересованность может подвигнуть человека на реальные шаги.

Озоновые дыры — причины и последствия

Озоновой дырой считается локальное падение в озоновом слое Земли концентрации озона. Изначально специалисты предположили, что концентрация озона имеет свойство меняться из-за частиц, которые выбрасываются при любом атомном взрыве. Виновниками длительное время считали высотные самолеты и полеты космических кораблей.

Однако в ходе многочисленных исследований и опытов было доказано, что содержание озона может качественно варьироваться также из-за определенных естественных загрязнителей воздушной среды, содержащих азот.

Основные причины появления озоновых дыр

Давно уже установлено, что основное количество природного озона содержится на высоте от 15 до 50 километров над поверхностью Земли – в стратосфере. Наибольшую пользу озон приносит, поглощая значительное количество ультрафиолетового солнечного излучения, которое иначе оказалось бы губительным для живых организмов на нашей планете. Снижение концентрации озона в определенном месте может быть обусловлено загрязнениями воздушной среды двух типов. К ним можно отнести:

1. Естественные процессы, при которых происходит загрязнение воздуха.

2. Антропогенные загрязнения атмосферы Земли.

В мантии Земли постоянно осуществляются процессы дегазации, вследствие которых выделяются самые разные органические соединения. Порождать такие виды газов могут грязевые вулканы и гидротермальные источники.

Кроме того, в земной коре расположены определенные газы, находящиеся в свободном состоянии. Часть их способна достигать земной поверхности и через трещины диффундировать в атмосферу. Поэтому приземной воздух над нефтегазоносными бассейнами зачастую содержит повышенный уровень метана. Эти виды загрязнений можно отнести к естественным – происходящим в связи с природными явлениями.

Антропогенные загрязнения воздушной среды могут быть вызваны запусками сверхзвуковых самолетов и ракет. Также большое количество самых разных химических соединений выделяется в атмосферу в процессе добывания многочисленных ископаемых из недр земли.

Немалую роль в загрязнении атмосферы играют и большие промышленные города, являющиеся своеобразными антропогенными источниками. Воздушные массы в подобных местностях загрязняются посредством обширного потока автомобильного транспорта, а также из-за выбросов разных промышленных предприятий.

История открытия озоновых дыр в атмосфере

Впервые озоновую дыру обнаружила в 1985 году группа ученых из Великобритании во главе с Джо Фарменом (Joe Farman). Диаметр дыры был более 1000 километров, а находилась она над Антарктидой – в Южном полушарии. Возникая ежегодно в августе, данная озоновая дыра исчезала в период с декабря по январь.

1992 год ознаменовался для ученых тем, что уже над Северным полушарием в Антарктике образовалась еще одна озоновая дыра, с гораздо меньшим диаметром. А в 2008 году диаметр первого обнаруженного в Антарктиде озонового явления достиг максимальных рекордных размеров – 27-ми миллионов квадратных километров.

Возможные последствия расширения озоновых дыр

Так как озоновый слой призван защищать поверхность нашей планеты от переизбытка ультрафиолетового солнечного излучения, то озоновые дыры можно считать реально опасным для живых организмов явлением. Снижение озонового слоя значительно увеличивает поток солнечной радиации, что может влиять на резкий рост числа раковых кожных заболеваний. Не менее губительно появление озоновых дыр для растений и животных на Земле.

Принято считать, что озоно- вые дыры образуются из-за воздействия озоноразру- шающих веществ, выбрасывае- мых в атмосферу. Фреоны и их аналоги, конечно, могут разру- шать озоновый слой, если попа- дут в него в достаточном количе- стве. Но, будучи тяжелыми газа- ми, попасть туда они не могут, да и действие их должно было бы проявляться прежде всего над местами выбросов, т. е. над мега- полисами и промышленными зонами. Однако чаще всего озо- новые дыры регистрируют над Антарктидой, реже над Арктикой и безлюдными территориями Сибири. Похоже, причина иная. В межпланетном пространстве за Землей тянется протяженный «кометный хвост» из водорода. Откуда он взялся? Как известно, Земля «дышит», выделяя разные газы, в том числе и водород, кото- рый как самый легкий газ подни- мается вверх и покидает Землю. Но «по дороге» водород должен преодолеть озоновый слой, а это не может произойти бесследно, уж очень химически активны оба эти вещества. Гремучий газ (смесь двух частей водорода с одной частью кисло- рода), помещенный в стеклянную банку, взрывается на свету, если в ней появятся хоть несколько молекул озона. А между тем «хвост» у Земли есть. Откуда же он берется? Да оттуда же, откуда и озон. Жесткий ультрафиолет, попадая в молекулу кислорода, разбивает ее на атомы, что в общем-то и предопределяет обра- зование озона, который представ- ляет собой динамическую смесь превращающихся друг в друга атомарной, двухатомной и трех- атомной форм кислорода. Ана- логичная история происходит и с молекулами воды в верхних слоях атмосферы, только распадаются они на молекулы водорода и ато- марный кислород, т. е. опять-таки порождают озон. Процесс напо- минает электролиз, только роль электричества играет ультрафио- лет. В разреженных верхних слоях атмосферы обратная рекомбина- ция успевает произойти далеко не всегда, в частности, из-за быстро- го гравитационного разделения легкого водорода и тяжелого кис- лорода. Первый стремительно поднимается вверх и уходит в космос, второй опускается вниз и пополняет кислородную состав- ляющую атмосферы Земли. А как же знаменитые «зеленые легкие планеты»? Они тоже рабо- тают. Но количество выработан- ного растениями кислорода в точ- ности равно количеству кислоро- да, необходимому для окисления органики, полученной за счет фотосинтеза. Иными словами, если сжечь всю органику, в том числе накопленную за всю исто- рию Земли в виде угля, торфа и т. д. (чисто органическое проис- хождение нефти и природного газа подвергается обоснованным сомнениям), то весь кислород, произведенный растениями, кон- чится. Нетрудно подсчитать, но и так очевидно, что на всю кислород- ную составляющую атмосферы «дров» просто-напросто не хва- тит, а еще надо учитывать, что интенсивно окисляются и веще- ства неорганического происхо- ждения (например, глубинный метан), однако несмотря на это концентрация кислорода в атмо- сфере растет… Но вернемся к озоновым дырам. Чтобы процесс разложе- ния молекул воды шел, необходи- мы две вещи: сырье (вода) и энер- гия (ультрафиолет). И с тем, и с другим в Антарктиде, особенно зимой, плохо. Полярная ночь означает большой дефицит уль- трафиолета. Мороз, отсутствие открытой воды минимизируют испарение, высокое давление препятствует притоку влажного воздуха с океана, что вызывает образование области с очень сухим воздухом. Сочетание этих факторов и вызывает появление устойчивой озоновой дыры, суще- ствующей до тех пор, пока массив сухого воздуха не смешается с влажным океаническим. Воздуш- ные потоки в верхних слоях атмосферы могут переносить его в экваториальные области, а если повезет, то и в другое полушарие. Аналогичная ситуация в Аркти- ке. Там, правда, климат более мягкий, соответственно, и дыры поменьше, и образуются они реже. Вообще-то защиту поверхности Земли от жесткого ультрафиолета осуществляет сам процесс образо- вания озона. Квант, разорвавший молекулу воды на части, Земли не достигает. «Непрозрачность» озо- на для ультрафиолета экспери- ментально недоказуема и в любом случае вторична. Появление озо- новой дыры лишь свидетельствует о серьезном нарушении самого процесса образования озона по сугубо природным причинам, а не из-за зловредного воздействия человека на окружающую среду. Разумеется, это не означает, что ее не надо беречь и можно безнака- занно уничтожать. Наказание все равно будет, но другое. Впрочем, это уже другая история. М.М. Глушаков E-mail: [email protected] О

В пресс-релизе Всемирной метеорологической органи- зации (WMO — междуна- родная структура ООН, занимаю- щаяся изучением погоды, клима- та и водных ресурсов планеты), приуроченном к Международно- му дню охраны озонового слоя, который приходится на 16 сентя- бря (в 1987 г. в этот день был под- писан Монреальский протокол, направленный на спасение озо- нового слоя), обращается внима- ние на то, что размер озоновой дыры над Антарктикой в этом году оказался заметно больше, чем в прошлом. В своем высту- плении по случаю Международ- ного дня охраны озонового слоя Генеральный секретарь ООН Пан Ги Мун подчеркнул, что «после многих десятилетий ожесточен- ной химической атаки на озоно- вый слой атмосфере планеты может понадобиться, по меньшей мере, 50 лет для его полного вос- становления». В 2008 г. девизом этого дня стали слова: «Мон- реальский протокол — глобаль- ное партнерство ради всеобщего блага». Как отмечается в пресс-релизе, наблюдаемые изменения в стра- тосфере могут затянуть восста- новление озонового слоя. В связи с этим ВМО призывает все госу- дарства — члены этой организа- ции, в которых проводятся инструментальные наблюдения в стратосфере, продолжать и раз- вивать эти измерения. Стандартные наблюдения за озоновым слоем уже около полу- века ведут национальные гидро- метеорологические службы госу- дарств — членов ВМО с исполь- зованием наземных спектрофото- метров, установленных почти во всех частях земного шара, специ- альных датчиков, расположенных на метеозондах, самолетов и спут- ников. Спустя 30 лет эти измере- ния удалось объединить в Гло- бальную систему наблюдений за атмосферой (WMO/GAW). Ре- зультаты этих наблюдений послу- жили основой научных оценок стремительного истощения озо- нового слоя, обнародованных в середине 1980-х годов ВМО и Программой ООН по окружаю- щей среде (UNEP) и впослед- ствии способствовавших приня- тию Венской конвенции об охра- не озонового слоя, которую в 1985 г. подписали 22 государства. «Дыра» не затягивается, а расползается Ю.Н. Елдышев заместитель главного редактора журнала «Экология и жизнь» http://www.ecolife.ru 53 Наиболее свежие предыдущие оценки состояния озонового слоя в атмосфере планеты относились к весне 2007 г., а следующий этап этой работы намечен на середину 2009 г. Как известно, Монреальский протокол накладывает ограниче- ния на использование веществ, разрушающих озоновый слой, и, по мнению большинства специа- листов, помогает в борьбе с даль- нейшим истощением этого хруп- кого экрана, защищающего все живое на Земле от губительного ультрафиолетового излучения. Считается также, что он направ- лен на защиту климата, посколь- ку многие из химических веществ, использование которых ограни- чено этим международным согла- шением, могли бы внести нема- лый вклад в глобальное потепле- ние. Речь прежде всего идет о мерах по регулированию выбро- сов некоторых хлорфторуглеро- дов, прежде широко использовав- шихся в холодильных установках. Не случайно в своем выступлении Генеральный секретарь ООН спе- циально подчеркнул, что это международное соглашение мо- жет служить примером адекват- ной реакции на глобальную угро- зу окружающей среде в масштабах целой планеты. С августа 2008 г. ВМО начат выпуск выходящего раз в две недели бюллетеня о состоянии озонового слоя в стратосфере над Антарктикой. В бюллетене публи- куются данные измерений на станциях, входящих во всемир- ную сеть WMO/GAW. Как следует из этих данных, состояние озоно- вого слоя над Антарктикой в 2008 г. хуже, чем в предыдущем, и близко к среднему значению в 1979–2007 гг. При этом озоновая дыра (область с самым тонким озоновым слоем) в 2008 г. имела более округлые очертания — в прошлом году она была более продолговатой. Анализ данных наблюдений позволяет заклю- чить, что в 2008 г. площадь озоно- вой дыры оказалась больше, чем в 2007 г. (но меньше, чем в 2006 г.). Обычно максимальное прояв- ление озоновой дыры над Антар- ктикой приходится на конец сен- тября — начало октября. В этом году она стала расти сравнитель- но поздно, но весьма стремитель- но, и уже к середине сентября ее размеры превысили максималь- ное значение 2007 г., продолжая расти. На 13 сентября 2008 г. ее площадь достигла 27 млн км2 (в 2007 г. максимальная площадь составила 25 млн км2 ). Как считают специалисты, все более убедительны данные о воз- можных связях между истощени- ем озонового слоя и изменениями климата. Рост концентраций пар- никовых газов в атмосфере со- провождается ростом средних значений температур на земной поверхности и в тропосфере. А в стратосфере, на высотах, где располагается озоновый слой (10–50 км, максимальная концен- трация на высотах 20–25 км), наблюдается обратный эффект — охлаждение. Снижение темпера- тур в стратосфере за последние десятилетия надежно установлено как над Антарктикой, так и над Арктикой. Чем ниже температу- ры, тем интенсивнее протекают в атмосфере химические реакции, в которых разрушается озон. При этом концентрация водяного пара в стратосфере увеличивается при- мерно на 1% в год. В более холод- ной и влажной стратосфере обра- зуется все больше полярных стра- тосферных облаков, способствую- щих стремительному истощению озонового слоя над обоими при- полярными регионами. Упомянутые и некоторые дру- гие процессы в атмосфере могут серьезно затормозить восстанов- ление озонового слоя, на которое мировое сообщество так надея- лось. Поэтому, по мнению спе- циалистов ВМО, так важно раз- вивать исследования динамики стратосферного озона и расши- рять инструментальные наблюде- ния в стратосфере, особенно в приполярных районах. Эти иссле- дования составили значительную часть программы Международ- ного полярного года, который проводился ВМО вместе с Между- народным советом по науке (ICSU) в 2007–2008 гг. (его торже- ственное закрытие состоится 25 февраля 2009 г. в Женеве) и итоги которого ученым всего мира еще предстоит подвести в скором будущем. Более полную инф

слайд

Всем известно, что нашу планету окутывает довольно плотный озоновый слой, располагающийся на высоте 12–50 км над поверхностью земли. Эта воздушная прослойка является надежной защитой всего живого от опасного ультрафиолета и позволяет избежать губительного воздействия солнечного излучения.

Именно благодаря озоновому слою когда-то микроорганизмы сумели выбраться из океанов на сушу и способствовали появлению высокоразвитых форм жизни. Однако с начала XX столетия озоновая прослойка начала разрушаться, в результате чего в некоторых местах стратосферы стали появляться озоновые дыры.

слайд

Первая большая озоновая дыра была обнаружена над Антарктидой в 1985 году. Ее диаметр составлял около 1000 км, причем она появлялась каждый год в августе, а к началу зимы исчезала. Тогда исследователи определили, что концентрация озона над материком снижена на 50 %, а наибольшее его уменьшение было зафиксировано на высотах от 14 до 19 км.

Впоследствии еще одна крупная дыра (меньших размеров) была обнаружена над Арктикой, сейчас же ученым известны сотни подобных явлений, хотя самой огромной по-прежнему остается та, что возникает над Антарктидой.

Существует множество причин появления озоновых дыр, но важнейшая из них – загрязнение природной среды человеком. Помимо атомов хлора, молекулы озона разрушают водород, кислород, бром и другие продукты сгорания, попадающие в атмосферу из-за выбросов фабрик, заводов, дымовых газовых ТЭЦ.

слайд

В силу ослабления озонового слоя увеличивается поток солнечной радиации, что в свою очередь, может привести к гибели растений и животных. Влияние озоновых дыр на человека выражается прежде всего в увеличении числа раковых заболеваний кожи. Ученые подсчитали, что если концентрация озона в атмосфере упадет хотя бы на 1%, то число больных раком возрастет примерно на 7000 человек в год.

Именно поэтому сейчас экологи бьют тревогу и пытаются предпринять все необходимые меры для защиты озонового слоя, а конструкторы разрабатывают экологически безопасные механизмы (самолеты, ракетные системы, наземный транспорт), выбрасывающие в атмосферу меньшее количество окислов азота.

Анализ экспериментов в Арктике и Антарктике позволяет сделать вывод о том, что молекулы озона в полярной стратосфере разрушаются при столкновении с заряженными частицами, в основном с ионами, а не в результате химических реакций с участием хлорных соединений. Источник заряженных частиц в полярной стратосфере – космические лучи. Ионизация атмосферных газов усиливается в высоких широтах. Ионы «прилипают» к частицам полярных стратосферных облаков и затем, накапливаются на их верхней и нижней границе в результате функционирования глобальной электрической цепи (слабых токов, текущих вертикально в атмосфере). В полярном вихре озон опускается вместе с воздухом в область с повышенным содержанием заряженных частиц, что ускоряет процессы разрушения молекул озона и приводит к появлению над полярными регионами Земли областей пониженного (по сравнению с нормой) содержания озона – озоновых дыр