--PAGE_BREAK--3. Источники разрушения озонового слоя
Среди разрушители озонного слоя можно выделить:
1) Фреоны.
Озон разрушается под воздействием соединений хлора, известных как фреоны, которые, также разрушаясь под воздействием солнечной радиации, освобождают хлор, «отрывающий» от молекул озона «третий» атом. Хлор в соединения не образовывает, но служит катализатором «разрыва». Таким образом, один атом хлора способен «погубить» много озона. Считается, что соединения хлора способны оставаться в атмосфере от 50 до 1500 лет (в зависимости от состава вещества) Земли. Наблюдения за озоновым слоем планеты проводились антарктическими экспедициями с середины 50-х.
Озоновая дыра над Антарктидой, увеличивающаяся по весне и уменьшающаяся к осени, была обнаружена в 1985 году. Открытие метеорологов вызвало цепь последствий экономического характера. Дело в том, что в существовании «дыры» была обвинена химическая промышленность, производящая вещества, содержащие фреоны, способствующие разрушению озона (от дезодорантов до холодильных установок).
В вопросе о том насколько человек повинен в образовании «озоновых дыр» — единого мнения нет.
С одной стороны – да, безусловно повинен. Производство соединений, приводящих к разрушению озона, следует свести к минимуму, а лучше и вообще прекратить. То есть отказаться от целого сектора промышленности, с оборотом в многие миллиарды долларов. А если не отказаться — то перевести ее на «безопасные» рельсы, что тоже стоит денег.
Точка зрения скептиков: человеческое влияние на атмосферные процессы, при всей его разрушительности в локальном плане, в планетарном масштабе — ничтожно. Антифреоновая кампания «зеленых» имеет вполне прозрачную экономическую и политическую подоплеку: с ее помощью крупные американские корпорации (Дюпон, например), душат своих зарубежных конкурентов, навязывая соглашения по «охране окружающей среды» на государственном уровне и насильно вводя новый технологический виток, который более слабые в экономическом отношении государства выдержать не в состоянии.
2) Высотные самолёты.
Разрушению озонного слоя способствуют не только фреоны, выделяющиеся в атмосферу и попадающие в стратосферу. К разрушению озонного слоя причастны и окислы азота, которые образуются при ядерных взрывах. Но окислы азота образуются и в камерах сгорания турбореактивных двигателей высотных самолётов. Окислы азота образуются из азота и кислорода, которые там находятся. Скорость образования окислов азота тем больше, чем выше температура, т. е. чем больше мощность двигателя.
Важна не только мощность двигателя самолёта, но и высота, на которой он летает и выпускает разрушающие озон окислы азота. Чем выше образуется окись или закись азота, тем он губительнее для озона.
Общее количество окиси азота, которое выбрасывается в атмосферу в год, оценивается в 1 млрд. т. Примерно треть этого количества выбрасывается самолётами выше среднего уровня тропопаузы (11 км). Что касается самолётов, то наиболее вредными являются выбросы военных самолётов, количество которых исчисляется десятками тысяч. Они летают преимущественно на высотах озонного слоя.
3) Минеральные удобрения.
Озон в стратосфере может уменьшаться и за счет того, что в стратосферу попадает закись азота N2O, которая образуется при денитрификации связанного почвенными бактериями азота. Такую же денитрификацию связанного азота производят и микроорганизмы в верхнем слое океанов и морей. Процесс денитрификации напрямую связан с количеством связанного азота в почве. Таким образом, можно быть уверенным в том, что с ростом количества вносимых в почву минеральных удобрений будет в такой же мере увеличиваться и количество образованной закиси азота N2O. Далее, из закиси азота образуются окислы азота, которые и приводят к разрушению стратосферного озона.
4) Ядерные взрывы.
При ядерных взрывах выделяется очень много энергии в виде тепла. Температура, равная 60000К устанавливается уже через несколько секунд после ядерного взрыва. Это энергия огненного шара. В сильно нагретой атмосфере происходят такие преобразования химических веществ, какие при нормальных или не происходят, или протекают очень медленно. Что касается озона, его исчезновения, то наиболее опасными для него являются образующиеся при этих преобразованиях окислы азота. Так, за период с 1952 по 1971 г. в результате ядерных взрывов в атмосфере образовалось около 3 млн т. окислов азота. Дальнейшая судьба их такова: они в результате перемешивания атмосферы попадают на разные высоты, в том числе и в атмосферу. Там они вступают в химические реакции с участием озона, приводя к его разрушению.
5) Сжигание топлива.
Закись азота обнаруживается и в дымовых газах электростанций. Собственно, о том, что окись и двуокись азота присутствуют в продуктах сгорания, было известно давно. Но эти высшие окислы не влияют на озон. Они, конечно, загрязняют атмосферу, способствуют образованию в ней смога, но довольно быстро удаляются из тропосферы. Закись же азота, как уже говорилось, опасна для озона. При низких температурах она образуется в таких реакциях:
N2 + O + M = N2O + M,
2NH3 + 2O2 =N2O = 3H2.
Масштаб этого явления очень значителен. Таким путём в атмосфере ежегодно образуется примерно 3 млн т. закиси азота! Эта цифра говорит о том, что этот источник разрушения озона существенный.
4. Озоновая дыра над Антарктикой
Возникновение “озоновых дыр” (сезонное уменьшение содержания озона вдвое и более) впервые наблюдали в конце 70-х годов над Антарктидой. В последующие годы длительность существования и площадь “озоновых дыр” росли, и к настоящему времени они уже захватили южные регионы Австралии, Чили и Аргентины. Параллельно, хотя и с некоторым запозданием, развился процесс истощения озона над Северным полушарием. Вначале 90-х годов наблюдали 20 – 25 % его уменьшения над Скандинавией, Прибалтикой и северо-западными областями России. В отличных от приполярных широтных зон истощение озона менее выражено однако и здесь оно является статистически достоверным (1,5–6,2% за последнее десятилетие).
О значительном уменьшении общего содержания озона над Антарктикой впервые было сообщено в 1985 г. Британской антарктической службой на основании анализа данных озонометрической станции Хэлли-Бей (76 гр. ю. ш.). Уменьшение озона наблюдалось этой службой и на Аргентинских островах (65 гр. ю. ш.).
С 28 августа по 29 сентября 1987 г. было выполнено 13 полётов самолёта-лаборатории над Антарктикой. Эксперимент позволил зарегистрировать зарождение озонной дыры. Были получены её размеры. Исследования показали, что наибольшее уменьшение количества озона имело место на высотах 14 — 19 км. Здесь же приборы зарегистрировали наибольшее количество аэрозолей (аэрозольные слои). Оказалось, что, чем больше имеется аэрозолей на данной высоте, тем меньше там озона. Самолёт — лаборатория зарегистрировал уменьшение озона, равное 50%. Ниже 14 км. изменений озона было несущественным.
Уже к началу октября 1985 г. озонная дыра (минимум количества озона) охватывает уровни с давлением от 100 до 25 гПа, а в декабре диапазон высот, на которых она наблюдается, расширяется.
Во многих экспериментах измерялось не только количество озона и других малых составляющих атмосферы, но и температуры. Была установлена самая тесная связь между количеством озона в стратосфере и температурой воздуха там же. Оказалось, что характер изменения количества озона тесно связан с тепловым режимом стратосферы над Антарктидой.
Образование и развитие озонной дыры в Антарктиде наблюдали английские учёные и в 1987 г. Весной общее содержание озона уменьшилось на 25%.
Американские исследователи проводили измерения в Антарктике зимой и ранней весной 1987 г. озона и других малых составляющих атмосферы (HCl, HF, NO, NO2, HNO3, ClONO2, N2O, CH4) c помощью специального спектрометра. Данные этих измерений позволили очертить область вокруг Южного полюса, в которой количество озона уменьшено. Оказалось, что эта область совпадает практически в точности с крайним полярным стратосферным вихрем. При переходе через край вихря резко менялось количество не только озона, но и других малых составляющих, оказывающих влияние на разрушение озона. В пределах озонной дыры (или, другими словами, полярного стратосферного вихря) концентрация HCl, NO2 и азотной кислоты была значительно меньше, чем за пределами вихря. Это имеет место потому, что хлорины в продолжении холодной полярной ночи разрушают озон в соответствующих реакциях, выступая в них как катализаторы. Именно в каталитическом цикле с участием хлора происходит основное уменьшение концентрации озона (по крайней мере 80% этого уменьшения).
Эти реакции протекают на поверхности частиц, составляющих полярные стратосферные облака. Значит, чем больше площадь этой поверхности, т. е. чем больше частиц стратосферных облаков, а значит, и самих облаков, тем быстрее в конце концов распадается озон, а значит, тем эффективнее образуется озонная дыра.
продолжение
--PAGE_BREAK-- 5. Чем грозит озоновая дыра
Истощение озонового слоя может оказать значительное влияние на экологию Мирового океана. Многие из имеющихся в нем систем испытывают стресс уже при существующих уровнях естественной Ультрафиолетовой радиации, и увеличение ее интенсивности для некоторых из них может оказаться катастрофическим. В результате воздействия ультрафиолетового излучения у водных организмов нарушается адаптивное поведение (ориентация и миграция), подавляются фотосинтез и ферментативные реакции, а также процессы размножения и развития, особенно на ранних стадиях. Поскольку чувствительность к ультрафиолетовой радиации разных компонентов водных экосистем существенно различается, то в результате разрушения стратосферного озона следует ожидать не только уменьшения общей биомассы, но и изменение структуры водных экосистем. В этих условиях могут погибать и вытесняться полезные чувствительные формы и усиленно размножаться резистентные, токсичные для окружающей среды, например сине-зеленые водоросли.
Эффективность водных пищевых цепей в решающей степени определяется продуктивностью их начального звена – фитопланктона. Расчеты показывают, что в случае 25%-го разрушения стратосферного озона следует ожидать 35%-го снижения первичной продуктивности в поверхностных слоях океана и 10%-го снижения во всем слое фотосинтеза. Значимость прогнозируемых изменений становится очевидной, если принять во внимание, что фитопланктон утилизирует более половины углекислого газа в процессе глобального фотосинтеза, и лишь 10-го снижения интенсивности этого процесса эквивалентно удвоению выброса углекислого газа в атмосферу в результате сжигания полезных ископаемых. Кроме того, ультрафиолетовая радиация подавляет продукцию фитопланктоном диметилсульфида, играющего важную роль в формировании облачности. Последние два феномена могут вызвать долговременные изменения глобального климата и уровня Мирового океана.
Из биообъектов вторичных звеньев водных пищевых цепей ультрафиолетовое излучение способно непосредственно поражать икру и мальков рыб, личинки креветок, устриц и крабов, а также других мелких животных. В условиях истощения стратосферного озона прогнозируется рост и гибель мальков промысловых рыб и, кроме того, снижение улова в результате уменьшения первичной продуктивности Мирового океана.
В отличие от водных организмов, высшие растения могут частично адаптироваться к увеличению интенсивности естественной ультрафиолетовой радиации, однако в условиях 10-20%-й редукции озонового слоя у них наблюдается торможение роста, уменьшение продуктивности и изменения состава, снижающие пищевую ценность. Чувствительность к ультрафиолетовой радиации может существенно различаться как у растений разных видов, так и у разных линий одного вида. Культуры, районированные в южных регионах, более резистентные по сравнению с районированными в зонах умеренного климата.
Очень важную, хотя и посредственную, роль в формировании продуктивности сельскохозяйственных растений играют почвенные микроорганизмы, оказывающие значительное влияние на плодородие почв. В этом смысле особый интерес представляют фототрофные цианобактерии, обитающие в самых верхних слоях почв и способные утилизировать азот воздуха с последующим использованием его растениями в процессе фотосинтеза. Эти микроорганизмы (особенно на рисовых полях) подвергаются непосредственному воздействию ультрафиолетовой радиации. Радиация способна инактивировать ключевой фермент ассимиляции азота – нитрогеназу. Таким образом, в результате разрушения озонового слоя следует ожидать уменьшение плодородия почв. Весьма вероятным является также вытеснение и отмирания других полезных форм почвенных микроорганизмов, чувствительных к ультрафиолетовой радиации, и размножением устойчивых форм, часть которых может оказаться патогенными.
Для человека естественная ультрафиолетовая радиация фактором риска уже при существующем состоянии озонового слоя. Реакции на ее воздействие разнообразны и противоречивы. Некоторые из них (образование витаминами Д, увеличение общей неспецифической резистентности, лечебный эффект при некоторых кожных заболеваниях) улучшает состояние здоровья, другие (ожоги кожи и глаз, старение кожи, катаракто- и канцерогенез) ухудшают его.
Типичной реакцией на переоблучение глаз является возникновение фотокератоконьюнктивита – острого воспаления наружных оболочек глаза (роговицы и конъюнктивы). Он обычно развивается в условиях интенсивного отражения солнечного света от естественных поверхностей (снежное высокогорье, арктические и пустынных зоны) и сопровождается болевыми ощущениями или ощущением постороннего тела в глазу, слезотечением, светобоязнью и спазмом век. Ожог глаз можно получить за 2 часа в заснеженных зонах и за 6 – 8 часов в песчаной пустыне.
Длительное воздействие ультрафиолетовой радиации на глаз может вызвать возникновение катаракты, дегенерацию роговицы и сетчатки, птеригий (разрастание ткани конъюнктивы) и меланому сосудистой оболочки глаза. Хотя все эти заболевания очень опасны, чаще других встречается катаракта, обычно развивающаяся без видимых изменений роговицы. Увеличение частоты катаракт считают основным следствием разрушения стратосферного озона по отношению к глазу .
В результате переоблучения кожи развивается асептическое воспаление, или эритема, сопровождающаяся помимо болевых ощущений изменениями тепловой и сенсорной чувствительности кожи, угнетением потоотделения и ухудшением общего состояния. В умеренных широтах эритему можно получить за полчаса на открытом солнце в середине летнего дня. Обычно эритема развивается с латентным периодом 1 – 8 часов и сохраняется около суток. Величина минимальной эритемной дозы растет с увеличением степени пигментации кожи.
Важный вклад в канцерогенный эффект ультрафиолетовой радиации вносит ее иммуносупрессивное действие. Из 2-х существующих типов иммунитета – гуморального и клеточного лишь последний подавляется в результате воздействия ультрафиолетовой радиации. Факторы гуморального иммунитета либо остаются индифферентными, либо в случае хронического облучения в малых дозах активируются, способствуя повышению общей неспецифической резистентности. Помимо снижения способности отторгать раковые клетки кожи (агрессивность против других типов раковых клеток не изменяется) индуцированная ультрафиолетовой радиацией иммуносупрессия может подавлять кожные аллергические реакции, снижать резистентность к инфекционным агентам, а также изменять характер протекания и исход некоторых инфекционных заболеваний.
В результате разрушения стратосферного озона следует ожидать снижения сопротивляемости населения ряду инфекционных заболеваний. Как минимум, в их число необходимо включить болезни с кожной фазой развития или зависящие от клеточного иммунитета: корь, ветряная оспа, герпес и другие вирусные заболевания с кожной сыпью, индуцируемые через кожу паразитарные болезни типа малярии и лейшманиоза, а также зависящие от клеточного иммунитета туберкулез и некоторые грибковые заболевания.
Естественная ультрафиолетовая радиация ответственна за основную часть опухолей кожи, частота которых у белого населения близка к суммарной частоте опухолей всех других типов, вместе взятых. Существующие опухоли подразделяются на два вида: немеланомные (базальноклеточный и плоскоклеточный раки) и злокачественную меланому. Опухоли первого вида преобладают количественно, Слабо метастазируют и легко излечиваются. Частота меланом относительно не велика, однако они быстро растут, рано метастазируют и дают высокую смертность. Так же как и для эритемы, для рака кожи характерна четкая обратная корреляция между эффективностью облучения и степенью пигментатированности кожи. Частота опухолей кожи у негритянского населения более чем в 60 раз, у латиноамериканского – в 7 – 10 раз ниже, чем у белого населения в той же широтной зоне при практически одинаковой частоте опухолей, отличных от рака кожи. Помимо степени пигментатированности, факторами риска для возникновения рака кожи являются наличие родинок, пигментных пятен и веснушек, слабая способность к загару, голубой цвет глаз и рыжий цвет волос.
Ультрафиолетовая радиация играет важную роль в обеспечении организма витамина Д, регулирующим процесс фосфорно-кальциевого обмена. Дефицит витамина Д вызывает рахит и кариес, а также играет важную роль в патогенезе представительной железы, дающей высокую смертность.
Роль ультрафиолетового излучения в обеспечении организма витамином Д нельзя компенсировать лишь за счет потребления его с пищей, поскольку процесс биосинтеза витамина Д в коже является саморегулирующимся и исключает возможность возникновения гипервитаминоза. Это заболевание вызывает отложения кальция в различных тканях организма с их последующим некротическим перерождением.
При возникновении дефицита витамина Д необходима доза ультрафиолетовой радиации, составляющая примерно 60 минимальных эритемных доз в год на открытые участки тела. Для белого населения в умеренных широтах это соответствует ежедневному пребыванию на открытом солнце по полчаса в середине дня с мая по август. Интенсивность синтеза витамина Д убывает с увеличением степени пигментативности, у представителей различных этнических групп может различаться более чем на порядок. Вследствие этого пигментация кожи может быть причиной недостаточности витамина Д у цветных иммигрантов в умеренных и северных широтах .
Наблюдающиеся в настоящее время увеличение степени истощения озонового слоя свидетельствует о недостаточности предпринимаемых усилий по его защите.
продолжение
--PAGE_BREAK-- 6. Проблемы и пути их решения.
Все сказанное выше означает, прежде всего, борьбу с увеличением количества озона в тропосфере и с выбросом хлорсодержащих веществ (особенно фреонов, угрожающих стратосферному озону).
Рассмотрим некоторые проблемы, связанные с разрушением озона и пути их решения.
1. Выхлопы автомобилей.
а) замена топлива в существующем автомобильном транспорте на экологически более чистое.
б) переход на другие источники энергии (например, электромобили, использование солнечной энергии).
2. Загрязнение хлорфторуглеводородами (холодильная техника, аэрозоли).
а) Переход от долгоживущих фреонам на короткоживущие (меньше года).
б) снижение, а затем и полное прекращение производства и использования фреонов.
3. Химические удобрения.
4. Сжигание промышленного топлива.
а) Переход на экологически чистую энергетику.
5. Ядерные взрывы.
6. Выброс отработанных газов при полетах высотных самолетов и крупных ракет.
7. Добыча нефти и природного газа.
Осознание опасности приводит к тому, что международной общественностью предпринимаются все новые и новые шаги в защиту озонового слоя. Рассмотрим некоторые из них.
1)Создание различных организаций по охране озонового слоя (ЮНЕП, КОСПАР, МАГА)
2)Проведение конференций.
а) Венская конференция (сентябрь 1987г.). На ней был обсужден и подписан Монреальский протокол:
–необходимость постоянного контроля за изготовлением, продажей, и применением наиболее опасных для озона веществ (фреоны, бромсодержащие соединения и др.)
–использование хлорфторуглеводородов по сравнению с уровнем 1986 г. должно быть уменьшено на 20% к 1993 г. и в два раза к 1998г.
б) В начале 1990г. учение пришли к выводу, что ограничения Монреальского протокола недостаточны и были внесены предложения о полном прекращении производства и выбросов в атмосферу уже в 1991–1992гг. тех фреонов, которые ограничиваются Монреальским протоколом.
Проблема сохранения озонового слоя относится к глобальным проблемам человечества. Поэтому она обсуждается на многих форумах самого разного уровня вплоть до советско-американских встреч на высшем уровне (в Вашингтоне, США в декабре 1987г.)
Остается лишь верить в то, что глубокое осознание грозящей человечеству опасности подвигнет правительство всех стран на принятие необходимых мер по уменьшению выбросов вредных для озона веществ.
7. Основные мероприятия по защите озонового слоя
Поскольку наиболее активный разрушитель озонового щита Земли – хлор, основные меры, разрабатываемые для сдерживания истощения озона, сводятся к снижению выбросов в атмосферу хлора и хлорсодержащих соединений, прежде всего фреонов. Одна из главных технологических задач, решения которой ищут во всех промышленно развитых странах, — замена фреонов на другие хладагенты, не содержащие хлора и вместе с тем не уступающие фреонам по основным физическим свойствам и химической инертности.
Другая задача, уже практически решенная в ракетоносителе «Энергия», заключается в переводе ракетной техники и высотной реактивной авиации на экологически безопасные виды топлива и двигатели.
Снижение выбросов оксидов азота наземными промышленными, энергетическими и транспортными системами имеет значение не только для снижения кислотности осадков и решения проблемы «кислых дождей».
Окислы азота не полностью вымываются осадками, часть их достигает высот, на которых существует озоновый слой, и вносит свою лепту в его истощение.
Хотя окислы азота, по сравнению с хлором, в 10 тысяч раз менее активны как разрушители озона, их выброс в атмосферу многократно превышает выброс хлора. Это повышает важность разработки двигателей, энергетических установок, котлов, новых видов топлива и способов его сжигания, которые сводили бы к минимуму образование и выброс в атмосферу окислов азота.
Первая международная конвенция по мерам предохранения озонового слоя была заключена в Вене в 1985 году. Через несколько месяцев после нее была обнаружена «озоновая дыра» в Южном полушарии. После этого в Монреале был подписан протокол, обязывающий страны-участницы избавляться от своих вредных фреонов. В 1990, 1992 и 1997 гг. список разрушительных веществ пополнялся. В случае его соблюдения всеми странами (а Китай, например, и Индия конвенцию не подписали, рассудив, что она им «не по карману») прогнозисты обещали восстановление озонового слоя к 2150 году. Главными производителями вредных для озона соединений (90% от общемирового объема) называются развивающиеся страны (которые, по сути, являются потребителями устаревшей продукции «цивилизованных» стран) и страны бывшего СССР.
В то же время заявлено, что выброс фреонов в атмосферу, в 1986 году, достигавший 1.1 миллиона тонн, к 1996 г. снизился до 160 тысяч тонн. Без Монреальской конвенции к 2010 году мы имели бы 8 миллионов тонн годовых выбросов.
продолжение
--PAGE_BREAK--Заключение.
Все глобальные экологические проблемы взаимосвязаны, и ни одна из них не должна рассматриваться в изоляции от других.
Краткий обзор некоторых факторов воздействия на природную среду показывает, что до сих пор не установлено значение многих химических и биохимических последствий этого воздействия. С другой стороны, уже сегодня можно оценить все угрожающее многообразие антропогенного вмешательства и наносимого им ущерба окружающей среде.
Источниками вмешательства являются:
1. Постоянное стремление к росту производства и потребления.
2. Постоянный рост численности населения, который приводит к тому, что даже незначительная нагрузка на природу в каждом отдельном случае в целом превращается в глобальную проблему.
3. Односторонний подход к техническому прогрессу, который в этом столетии привел к появлению целого потока технических товаров и химических продуктов, чуждых природе, а то и враждебных ей.
Во все звенья природной системы проникли несовместимые с ней чужеродные вещества, угрожающие во многих случаях самому существованию экосистемы. Возникла необходимость принятия срочных мер, чтобы спасти природу, т.е. резко сократить истощение естественных природных ресурсов и ограничить применение вредных для природы веществ
Но это не означает, что техника, химия, хозяйственная деятельность и экономика должны вернуться к каменному веку; наоборот, это означает необходимость продвижения к новым научным достижениям, опирающимся на познание, когда возникает общность с природой, в которой человек обретет долголетие.
Человечество должно сознавать, что мы только гости природы.
Возможное потепление климата. Парниковый эффект 1. Введение
Проблема изменения климата сегодня чрезвычайно актуальна. Климат на нашей планете меняется, и меняется достаточно быстро, чего уже не отрицает ни один ученый. Однако, на повестке дня стоят опасения, что к естественному изменению климата добавилось потепление, вызванное деятельностью человека.
Изменение климата не означает простое повышение температуры. Под устоявшимся термином «глобальное изменение климата» понимают перестройку всех геосистем. А потепление рассматривают лишь как один из аспектов изменений. Данные наблюдений свидетельствуют о повышении уровня Мирового океана, таянии ледников и вечной мерзлоты, усилении
неравномерности выпадения осадков, изменении режима стока рек и других глобальных изменениях, связанных с неустойчивостью климата.
Последствия климатических изменений проявляются уже сейчас, в том числе в виде увеличения частоты и интенсивности опасных погодных явлений, распространении инфекционных заболеваний. Они наносят значительный экономический ущерб, угрожают стабильному существованию экосистем, а также здоровью и жизни людей. Выводы ученых говорят о том, что продолжающиеся климатические изменения могут в будущем привести к еще более опасным последствиям, если человечество не предпримет соответствующих предупредительных мер.
На явление, ныне называемое парниковым эффектом газообразных примесей атмосферы, впервые указал в 1824 г. французский ученый Жан Батист Жозеф Фурье (1768—1830). Его открытие дополнил в 1861 г. английский физик Джон Тиндаль (1820—1893). Он установил, что, подобно водяному пару, молекулы СО2 также экранируют длинноволновое излучение (4—96 мкм). Если говорить точнее, то его бо’льшую часть.
В 1896 г. шведский ученый Сванте Аррениус (1859—1927) количественно оценил влияние изменения концентрации атмосферного СО2 на температуру земной поверхности. Он учитывал эффект важной положительной обратной связи между ростом температуры и увеличением содержания паров воды в воздухе, что также должно вести к потеплению климата. Ученый считал, что чередование ледниковых и межледниковых эпох в четвертичном периоде связано с колебаниями концентрации атмосферного СО2 и что человечество ставит незапланированный эксперимент над климатической системой планеты, сжигая ископаемое топливо и увеличивая тем самым парниковый эффект. Кроме того, антропогенное увеличение главного газообразного биогенного вещества должно повлиять на состояние сельского хозяйства и лесоводства. Эти представления С. Аррениуса намного опережали его время и актуальны в наши дни.
Английский геолог Р. Шерлок (1875—1948) в 1922 г., опираясь на идеи предшественника и данные о быстро возрастающем использовании ископаемого топлива, писал, что влияние человека на климат уже началось.
Российский ученый А.Е. Ферсман (1883—1945) примерно в то же время подчеркивал, что произошло бы грандиозное изменение геологических процессов, если бы действительно осуществилось удвоение СО2 в воздухе. Он осмысливал факт антропогенного изменения атмосферы очень широко, с точки зрения геохимика.
Во второй половине ХХ в. проблему СО2 под разными углами зрения разрабатывали американцы Г. Пласс, Х. Сюсс, Р. Ревелл; почти тогда же изучали эту проблему ленинградские ученые М.И. Будыко, И.И. Борзенкова, Э.К. Бютнер, К.Я. Винников, К.И.Кобак и их московские коллеги А.А. Величко, Ю.А. Израэль, Г.О. Голицин, А.Л. Яншин. Начиная с 80-х годов публикации по проблеме потепления климата буквально захлестнули мир науки.
В настоящее время существует две диаметрально противоположных точки зрения. Сторонники первой точки зрения утверждают, что в настоящее время происходит глобальное потепление климата. Одни исследователи считают, что это происходит вследствие изменений, происходящих в Космосе, другие – за счет роста парниковых газов. По вопросу причин роста концентрации парниковых газов также есть разногласия. Одни специалисты считают, что в происходящих катаклизмах природы виноват человек, загрязняющий окружающую среду парниковыми газами: диоксидом азота, метаном, фреонами, закисью азота. Другие специалисты считают, что рост концентрации парниковых газов происходит за счет естественных источников – вулканов. И вклад антропогенного фактора очень мал. Действительно, согласно статистических данных от антропогенных источников выбрасывается всего 3,5 % диоксида углерода от общего количества диоксида углерода, поступающего в окружающую среду, а метана – 3,3 %.
Вторая точка зрения заключается в утверждении, что в настоящее время человечество находится вначале очередного ледникового периода. И проблема глобального потепления является наукообразным мифом. В частности такой точки зрения придерживается известный российский географ, профессор А.П. Капица. Он утверждает, что увеличение концентрации углекислого газа не предшествует глобальному потеплению, а идет после него.
продолжение
--PAGE_BREAK--2. Парниковый эффект
Наблюдаемые изменения в климатической системе Земли ученые связывают с аномальным ростом концентрации в атмосфере так называемых «парниковых газов» (углекислый газ, метан, закись азота и др.). Эти газы задерживают инфракрасное излучение, которое испускает земная поверхность, создавая тем самым «парниковый эффект». Явление парникового эффекта позволяет поддерживать на поверхности Земли температуру, при которой возможно возникновение и развитие жизни. Если бы парниковый эффект отсутствовал, средняя температура поверхности земного шара была бы значительно ниже, чем она есть сейчас.
Схема парникового эффекта
Рис
2.
Источники
: Okanagan university college in Canada, Department of geography; University of Oxford, school of geography; United States Environmental Protection Agency (EPA), Washington 1995; Climate Change 1995, IPCC Report.
Однако при повышении концентрации парниковых газов увеличивается непроницаемость атмосферы для инфракрасных лучей, что приводит к повышению температуры Земли.
Климат Земли определяется сложными взаимодействиями между Солнцем, океанами, поверхностью суши и биосферой. Главной движущей силой для погоды и климата является Солнце. Неравномерное нагревание земной поверхности (чем ближе к экватору, тем сильнее) является одной из главных причин ветров и океанических течений.
До настоящего времени изменения климата Земли происходили естественно в результате действия следующих основных факторов: изменение размеров и взаимного расположения материков и океанов, изменений светимости солнца, изменений параметров орбиты земли, изменений прозрачности атмосферы и ее состава. Сильные изменения климата были, вероятнее всего, результатом совместного действия многих факторов.
Прозрачность атмосферы изменяется значительно во время извержения вулканов. Выбросы аэрозолей в атмосферу могут приводить к понижению температуры, вследствие быстрого «затенения» поверхности Земли. Изменения температуры довольно хорошо увязываются с колебаниями вулканической активности, о чем можно судить по осаждению кислот во льдах. В периоды похолоданий осаждение кислот повышается.
Ныне среднеглобальная температура приземного воздуха близка к 288 К, или +15 °С. Планету в основном нагревает коротковолновая солнечная радиация (0,1—2,4 мкм) от абсолютного нуля (–273 °С) до 255 К (–18 °С), а дообогревает ее еще на 33 К (до +15 °С) длинноволновое противоизлучение атмосферы (в сущности, парниковый эффект). Соотношение между оценками прямого радиационного нагревания и парникового дообогревания 255: 33 приблизительное; получены и другие значения парникового эффекта современной атмосферы в 21° и 37°. Впрочем, не факт, что среди этих цифр есть достоверная.
Парниковые газы (СО2, СН4, N2O, тропосферный О3 и фреоны) и пары воды1 возвращают Земле не все ее длинноволновое излучение. Они пропускают его в диапазоне 8—13 мкм. Через это окно прозрачности и еще небольшие щелочки в парниковом покрывале Земли уходит примерно столько тепла, сколько планета получает от Солнца. Однако из-за огромных масштабов сжигания горючих полезных ископаемых, ряда видов производства сельскохозяйственной продукции и сведения лесов паро-газовая шуба Земли становится теплее и теплее. Из-за сжигания ископаемого топлива и сведения лесов с целью изменения землепользования в атмосферу поступает в год более 25 млрд т антропогенного СО2. Большая его часть поглощается океаном, а примерно треть накапливается в атмосфере. В 2000 г. содержание СО2 в воздухе достигло 370 частей на миллион2 (рис. 1).
Рис. 3
Знаменитая гавайская пила — кривая изменения содержания атмосферного СО2 на станции Мауна-Лоа на Гавайских островах. Кривая считается глобальным эталоном; на других станциях значения концентраций несколько отличаются, но траектории их хода в основном похожи
Источник
: Global Environment Outlook 3. UNEP, 2002
Роль парниковых газов и паров воды в дополнительном обогреве Земли различна и со временем меняется. Для периода 20—30-летней давности принималось, что пары воды обеспечивают около 60% дообогрева Земли, а парниковые газы — остальные 40%. В доле обогрева Земли парниковыми газами около 60% потока тепла приходится на углекислый газ, а далее идут метан, фреоны и закись азота. В роли парникового газа выступает также и тропосферный озон.
Трудности с учетом роли водяного пара в современных моделях климата объясняются тем, что рост его содержания ведет к увеличению парникового эффекта, а сопровождающий этот процесс рост облачности увеличивает альбедо (отражающую способность) Земли и снижает ее радиационное нагревание. К этому же ведут такие глобальные процессы, как опустынивание и обезлесение, а также антропогенное увеличение запыленности и особенно выбросы соединений серы в атмосферу.
Краткосрочные похолодания климата наблюдались после мощных извержений вулканов, которые поставляли в атмосферу огромное количество аэрозолей серы. В то же время убыль стратосферного озона («озоновые дыры») должна сопровождаться некоторым ростом радиационного нагревания земной поверхности и нижних слоев атмосферы.
В 2007 г. Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) — наиболее авторитетный международный орган, объединяющий тысячи ученых из 130 стран мира – представила свой «Четвертый оценочный доклад», в котором содержатся обобщенные выводы о прошлых и нынешних климатических изменениях, их воздействии на природу и человека, а также о возможных мерах по противодействию таким изменениям. В этом Докладе говориться, что с 90%-ной вероятностью наблюдаемые изменения климата связаны с деятельностью человека.
Антропогенное происхождение современных климатических изменений, в частности, подтверждают палеоклиматические исследования, основанные на анализе содержания парниковых газов в пузырьках воздуха, вмерзших в лед. Они показывают, что такой концентрации СО2 как сейчас не было за последние 650 000 лет (а за эти годы происходило не одно потепление
нашей планеты). Причем по сравнению с доиндустриальной эпохой (1750 г.) концентрация углекислого газа в атмосферевыросла на треть. Современные глобальные концентрации метана и закиси азота также существенно превысили доиндустриальные значения.
Рост концентрации этих трех основных парниковых газов с середины 18 века, по мнению ученых, с очень высокой степенью вероятности связан с хозяйственной деятельностью человека, в первую очередь – сжиганием углеродного ископаемого топлива (т.е. нефти, газа, угля и др.), промышленными процессами, а также сведением лесов – естественных
поглотителей CO2 из атмосферы.
Рис 4. Нижняя кривая отражает колебания содержания дейтерия (δD) в антарктическом льде, которое является косвенным показателем локальной температуры. Затененные полосы соответствуют нынешнему и предыдущим межледниковым теплым периодам.Источник: Четвертый оценочный доклад МГЭИК, 2007.
Еще одним свидетельством роли человека в происходящих изменениях климата могут послужить результаты сопоставления данных моделирования роста глобальной температуры с данными реальных наблюдений. Учеными
разработаны различные модели прошлых и будущих изменений температуры поверхности Земли. В одних моделях учитывались только естественные причины потепления, в других – дополнительно накладывался антропогенный фактор. При наложении на результаты моделирования данных прямых метеорологических наблюдений оказалось, что они совпадают с теми
моделями, где учитывалось влияние человека (см. приведенный ниже рисунок). То есть, в соответствии с моделями, без воздействия антропогенного фактора температура на Земле была бы сейчас ниже, чем она есть на самом деле.
Рис 5. Изменение глобальной и континентальной температуры: сопоставление результатов моделирования и данных наблюдений. Источник: Четвертый оценочный доклад МГЭИК, 2007.
Научные споры о причастности человека к глобальному изменению климата продолжаются. Ведь абсолютное доказательство антропогенной гипотезы невозможно в принципе: у нас нет второй Земли, чтобы поставить контрольный опыт, поместив ее в точно такие же условия, что и нашу Землю, но исключив влияние человека. Хотим мы того или нет, все суждения
о будущем Земли будут не более, чем предположением. Человек, вынужденный продвигаться в полной тьме по незнакомому помещению, старается шагать как можно осторожнее. Точно так же человеческой цивилизации в условиях неопределенности предпочтительнее исходить из той гипотезы, которая предписывает ей более осторожное собственное поведение.
Именно такой гипотезой и является антропогенная теория изменения климата.
Изменения климата уже происходят и, как утверждают прогнозы ученых, в будущем, вероятно, будут лишь усиливаться. Поэтому вне зависимости от того, причастен ли к ним человек или нет, необходимо предпринимать меры по противодействию этим изменениям, сдерживать темпы роста температуры с тем, чтобы избежать опасных и необратимых
последствий для природы, экономики и общества в будущем.
Также уже сейчас надо пытаться приспособиться (адаптироваться) и минимизировать негативные воздействия прогнозируемых климатических изменений и максимально эффективно использовать выгоду от них там, где это возможно.
Здесь же уместно упомянуть один из ключевых принципов Рамочной конвенции ООН об изменении климата (РКИК ООН) – международного соглашения, направленного на противодействие глобальным климатическим изменениям, согласно которому недостаточная научная определенность не должна использоваться в качестве причины для отсрочки принятия мер,
направленных на предотвращение или сведение к минимуму причин изменения климата и смягчение его отрицательных последствий.
продолжение
--PAGE_BREAK--