Материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления пользователям Интернета и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
© 2018 - 2024
Введение (Атмосфера, роль, строение, состав). Изменение климата Земли. Влияние природных процессов и антропогенной деятельности на глобальное изменение климата на планете. Основные техногенные источники выбросов парниковых газов (диоксид углерода, метан и др.) в атмосферу Земли. Суть «парникового эффекта». Разрушение озонового слоя планеты. Состояние озонового слоя на нынешнем этапе и последствия его разрушения для здоровья людей. Киотский протокол.
Введение (Атмосфера, роль, строение, состав).
Атмосфера – это наиболее легкая оболочка нашей планеты, граничащая с космическим пространством.
Без этой оболочки на Земле было бы невозможно жить. Всякое живое существо всю свою жизнь на Земле и в воде дышит, питая кровь кислородом (1). Дышат также и растения, поглощая углекислый газ и выделяя кислород. Газовая оболочка предохраняет Землю от чрезмерного нагревания и охлаждения (2), т. к. воздух (в виду наличия в нем углекислого газа) легко пропускает солнечные лучи, нагревающие землю, и не пропускает тепловые излучения. Поэтому на Земле не бывает резких переходов от жары к холоду. Если бы не было воздушной оболочки Земли, то в течение суток температура менялась бы до 200°С. Благодаря атмосфере средняя температура у поверхности земли составляет 15°С.
Атмосфера является надежным щитом (3), спасающим живые организмы земли от губительных ультрафиолетовых, рентгеновских и космических излучений, частично поглощая, частично рассеивая в верхних слоях все вредные излучения.
Велико значение атмосферы в распространении влаги (4) в виду присутствия туманов и переноса дождевых облаков. В среде атмосферы хорошо распространяется звук и свет (5). Не будь этого, на Земле царила бы мертвая тишина и мрак, была бы невозможна человеческая речь.
Атмосфера – газовая оболочка Земли. Ее масса около 5,9 1015 т. Она имеет слоистое строение и состоит из нескольких сфер, между которыми располагаются переходные слои – паузы. В сферах изменяется количество воздуха и его температура.
Наиболее плотный слой воздуха, прилегающий к земной поверхности, носит название тропосферы. Протяженность ее по высоте в средних широтах составляет 10-12 км над уровнем моря, на полюсах – 7-10, над экватором 16-18 км. В тропосфере сосредоточено более 4/5 массы земной атмосферы. Из-за неравномерности нагрева земной поверхности в ней образуются мощные вертикальные токи воздуха, отмечаются неустойчивость температуры, относительной влажности, давления и т. д. Температура воздуха в тропосфере по высоте уменьшается на 0,6° на каждые 100 м и колеблется от +40 до –50°С.
Выше тропосферы находится стратосфера. Между ними расположена тропопауза. Стратосфера имеет протяженность около 40 км. Воздух в ней разрежен, влажность невысокая. Температура воздуха от границы тропосферы до высоты 30 км постоянная (около –50°С), а затем начинает повышаться и на высоте 50 км достигает 10°С. В стратосфере под воздействием космического излучения и коротковолновой части ультрафиолетового излучения Солнца молекулы воздуха ионизируются, в результате чего образуется озон. Озоновый слой находится на высоте 25-40 км.
Стратопауза отделяет стратосферу от лежащей выше мезосферы. Выше мезосферы расположена термосфера (или ионосфера), между которыми имеется мезопауза. Для термосферы характерно непрерывное повышение температуры с увеличением высоты. На высоте 150 км температура достигает 200-240°С, на уровне 200 км – 500°С, а на высоте 500-600 км превышает 1500°С. В термосфере газы очень разрежены. Молекулы их движутся с большой скоростью, но редко сталкиваются между собой и поэтому не могут вызвать даже небольшого нагревания находящегося здесь тела.
Атмосфера состоит в основном из кислорода и азота.
Газовый состав атмосферы (объемная доля в %) следующий:
– азот – 78,09 %;
– кислород – 20,94 %;
– аргон – 0,93 %;
– диоксид углерода – 0,033 %;
– неон – 1,8*10-3 %;
– гелий – 5,2*10-4 %
– водород – 5*10-5 %
– озон – 2*10-6 %
– криптон – 1*10-4 %
– ксенон – 8*10-6 %
– оксид азота – 2,5*10-4 %
– метан – 1,5*10-4 %
– диоксид азота – 1,5*10-4 %
– диоксид серы – 2*10-8 %
– оксид углерода – 1*10-5 %
– аммиак – 1*10-6 %
На высоте 110-120 км кислород почти весь становится атомарным. Предполагается, что выше 400-500 км и азот находится в атомарном состоянии. Кислородно-азотный состав сохраняется примерно до высоты 400-600 км. Выше 600 км в атмосфере начинает преобладать гелий. Гелиевая корона Земли простирается примерно до высоты 1600 км, а выше 2000-3000 км преобладает водород.
Изменение климата Земли. Влияние природных процессов и антропогенной деятельности на глобальное изменение климата на планете
В результате изучения материалов метеорологических наблюдений, выполняемых во всех районах земного шара, установлено, что климат не является постоянным, а подвержен определенным изменениям. Начавшееся в конце XIX в. потепление особенно усилилось в 1920-30-х гг., однако затем началось медленное похолодание, которое прекратилось в 1960-е гг. Исследования геологами осадочных отложений земной коры показали, что в прошедшие эпохи происходили гораздо большие изменения климата. Поскольку эти изменения были обусловлены природными процессами их называют естественными.
Наряду с естественными факторами на глобальные климатические условия оказывает всевозрастающее влияние хозяйственная деятельность человека. Это влияние начало проявляться тысячи лет назад, когда в связи с развитием земледелия в засушливых районах стало широко применяться искусственное орошение. Распространение земледелия в лесной зоне также приводило к некоторым изменениям климата, так как требовало вырубки лесов на больших пространствах. Однако изменения климата в основном ограничивались изменениями метеорологических условий только в нижнем слое воздуха в тех районах, где осуществлялись значительные хозяйственные мероприятия.
Во второй половине XX в. в связи с быстрым развитием промышленности и ростом энерговооруженности возникли угрозы изменения климата на всей планете. Современными научными исследованиями установлено, что влияние антропогенной деятельности на глобальный климат связано с действием нескольких факторов, из которых наибольшее значение имеют:
Прогнозируются следующие последствия глобального потепления:
повышение уровня мирового океана, вследствие таяния ледников и полярных льдов (за последние 100 лет на 10-25 см), что, в свою очередь, оборачивается затоплением территорий, смещением границ болот и низинных районов, повышением солености воды в устьях рек, а также потенциальной утратой мест проживания человека;
изменение количества осадков (количество осадков повышается в северной части Европы и снижается в южной);
изменение гидрологического режима, количества и качества водных ресурсов;
воздействие на экологические системы, сельское и лесное хозяйство (смешение климатических зон в северном направлении и миграция видов дикой фауны, изменение сезонности роста и продуктивности угодий в сельском и лесном хозяйстве).
Все перечисленные выше факторы могут оказать катастрофическое воздействие на здоровье людей, экономику и на общество в целом. Растущая частота засух и последующий кризис сельского хозяйства повышают угрозу голода и социальной стабильности в некоторых регионах мира. Сложности с водоснабжением в странах с теплым климатом стимулируют распространение тропических и субтропических болезней. По мере усиления тенденций к потеплению погодные условия становятся более изменчивыми, а климатические стихийные бедствия — более разрушительными. Возрастает ущерб, наносимый стихийными бедствиями мировому хозяйству. Лишь за один 1998 г. он превысил ущерб, нанесенный стихийными бедствиями за все 1980-е гг., десятки тысяч людей погибли и около 25 млн «экологических беженцев» вынуждены были покинуть свои дома.
Основные техногенные источники выбросов парниковых газов (диоксид углерода, метан и др.) в атмосферу Земли Суть «парникового эффекта».
Развитие научно-технического прогресса, безусловно, облегчает жизнь человеку, но наносит непоправимый вред окружающей среде. Во многом это связано со сжиганием топлива. В связи с этим источники парниковых газов могут быть следующими:
Энергетическая отрасль. Сюда входят электростанции, которые снабжают ресурсами промышленные предприятия и жилые объекты. Промышленность и строительство. К данной категории относят предприятия всех отраслей. Учет осуществляется по топливу, использованному в процессе производства, а также на вспомогательные нужды.
Транспорт. Вредные вещества в атмосферу выделяют не только автомобили, но также воздушные средства передвижения, поезда, водный транспорт и трубопроводы. Учитывается только топливо, использованное на непосредственное перемещение грузов или пассажиров. Затраты энергии на внутренние хозяйственные перевозки сюда не относятся.
Коммунальный сектор. Это сфера услуг и ЖКХ. Значение имеет тот объем топлива, который был потрачен на обеспечение конечного энергопотребления.
Итак, парниковые газы в атмосфере - это основная причина изменения климата в сторону потепления. Последствия (повторимся) могут быть следующими:
Повышение влажности климата за счет увеличения количества осадков. Тем не менее, это справедливо только для тех регионов, которые и так постоянно страдают от аномальных ливней и снегопадов. А в засушливых районах ситуация станет еще более плачевной, что приведет к дефициту питьевой воды.
Повышение уровня мирового океана. Это может привести к затоплению части территорий островных и прибрежных государств.
Исчезновение до 40 % видов растений и животных. Это прямое последствие изменения среды обитания и роста.
Уменьшение площади ледников, а также таяние снега на горных вершинах. Это опасно не только в плане исчезновения видов флоры и фауны, но также в плане схода лавин, селей и оползней.
Снижение производительности сельского хозяйства в странах с засушливым климатом. Там же, где условия можно считать умеренными, есть вероятность повышения урожайности, но это не спасет население от голода.
Нехватка питьевой воды, которая связана с иссушением подземных источников. Это явление может быть связано не только с перегреванием Земли, но также с таянием ледников.
Ухудшение состояния здоровья человека. Это связано не только с ухудшением качества воздуха и повышенной радиацией, но также и с сокращением количества продуктов питания.
Суть «парникового эффекта».
Немного о парниковом эффекте. Для того чтобы в полной мере оценить разрушительную силу парникового эффекта, стоит обратить внимание на планету Венера. Из-за того что ее атмосфера практически полностью состоит из углекислого газа, температура воздуха у поверхности достигает 500 градусов. Учитывая выбросы парниковых газов в атмосферу Земли, ученые не исключают аналогичного развития событий в будущем.
Средняя температура Земли в настоящее время составляет около 15 °С. При данной температуре поверхность планеты, и атмосфера находятся в тепловом равновесии. Нагреваясь энергией Солнца и инфракрасным излучением атмосферы, поверхность Земли возвращает в атмосферу в среднем эквивалентное количество энергии. Это энергия испарения, конвекции, теплопроводности и инфракрасного излучения.
В последнее столетие деятельность человека, связанная с техническим прогрессом, привносит дисбаланс в соотношение поглощаемой и выделяемой энергии. До вмешательства человека в глобальные процессы Земли изменения, происходящие на ее поверхности и в атмосфере, были связаны с содержанием в природе газов, которые с легкой руки ученых были названы «парниковыми». К таким газам относятся диоксид углерода, метан, оксид азота и водяной пар. Сейчас к ним добавились антропогенные хлорфторуглеводороды (ХФУ). Без газового одеяла, окутывающего Землю, температура на ее поверхности была бы ниже на 30-40 градусов. Существование живых организмов в таких условиях было бы весьма проблематичным.
Итак, парниковые газы временно удерживают тепло в атмосфере, благодаря чему создается так называемый парниковый эффект, состоящий в том, что молекулы диоксида углерода и др. парниковых газов, пропускают короткие волны солнечного излучения, нагревающие поверхность Земли, но задерживают длинноволновое (инфракрасное) тепловое излучение. Следует, однако, признать, что этот термин не совсем правилен. Стекло парника действительно пропускает солнечный свет и задерживает инфракрасное излучение, но процесс этот происходит только благодаря рассеянию тепла посредством конвекции. Однако термин «парниковый эффект» понятен каждому, и он прижился в научной терминологии.
Еще раз повторим.
Суть «парникового эффекта» заключается в следующем. В атмосфере содержатся в определенной концентрации «радиационно активные» газы, имеющие большое значение для жизни на Земле, поскольку задерживают тепло в нижних слоях атмосферы. Без этих газов температура земной поверхности была бы примерно на 33°С ниже. Однако повышение концентрации парниковых газов (углекислого газа — С02, метана — СН4, закиси азота — N,0, хлорфторуглеродов и др.) у земной поверхности приводит к формированию определенной «газовой завесы», которая не пропускает избыточное инфракрасное излучение от поверхности Земли обратно в космос, как это должно быть при нормальной концентрации этих газов. В результате значительная часть энергии остается в приземном слое, что вызывает потепление у самой ее поверхности.
Основной вклад в потепление вносит углекислый газ (65% от всех источников). Рост концентрации углекислого газа в атмосфере определяется образованием С02 в результате сжигания угля, нефтепродуктов и других видов топлива. Поступление углекислого газа в атмосферу столь велико, что прекращение этого процесса в ближайшие десятилетия представляется технически неосуществимым. Кроме того, объем потребления энергии в развивающихся странах начинает быстро расти. Постепенный рост количества СО, и других парниковых газов в атмосфере уже оказывает заметное влияние на климат Земли, изменяя его в сторону потепления. Общая тенденция к повышению глобальной средней температуры у поверхности земли усиливается, что уже привело в XX в. к повышению средней температуры воздуха на 0,6°С.
В результате четырехкратного увеличения во второй половине XX в. объема выбросов углеродистых соединений атмосфера Земли стала нагреваться возрастающими темпами. Согласно прогнозам ООН, последующее глобальное повышение температуры воздуха в XXI столетия составит от 1,5 до 4°С.
Откуда берутся парниковые газы? Парниковые газы присутствуют в атмосферах всех планет Солнечной системы. Высокая концентрация данных веществ становится причиной возникновения одноименного явления. Речь идет о парниковом эффекте. Для начала стоит сказать о его положительной стороне. Именно благодаря данному явлению, на Земле поддерживается оптимальная температура для зарождения и поддержания различных форм жизни. Тем не менее, когда концентрация парниковых газов завышена, можно говорить о серьезной экологической проблеме. Изначально причиной появления парниковых газов были естественные природные процессы. Так, первые из них образовались в результате нагревания Земли солнечными лучами. Таким образом, часть тепловой энергии не уходила в космическое пространство, а отражалась газами. В результате создавался эффект нагревания, аналогичный тому, который происходит в теплицах. В тот момент, когда климат Земли только формировался, значительная доля парниковых газов вырабатывалась вулканами. На тот момент водяной пар и углекислый газ в огромных количествах попадали в атмосферу и концентрировались в ней. Тогда парниковый эффект был настолько сильным, что Мировой океан буквально закипал. И лишь с появлением на планете зеленой биосферы (растений) ситуация стабилизировалась. Сегодня проблема парникового эффекта особенно актуальна. Она во многом обусловлена развитием промышленности, а также безответственного отношения к природным ресурсам. Как ни странно, не только промышленное производство становится причиной ухудшения экологии. Даже такая, безобидная на первый взгляд, отрасль, как сельское хозяйство, также представляет собой опасность. Наиболее разрушительным является животноводство (а именно продукты жизнедеятельности крупного скота), а также использование химических удобрений. Также неблагоприятно сказывается на атмосфере выращивание риса.
Водный пар Водяной пар - это парниковый газ естественного происхождения. Несмотря на то, что он выглядит безобидным, именно на него приходится 60 % парникового эффекта, который является причиной глобального потепления. Учитывая, что температура воздуха непрерывно повышается, значение концентрации водяного пара в воздухе становится все выше, а потому есть основания говорить о замкнутой цепи. Положительной стороной испарения воды можно считать так называемый антипарниковый эффект. Данное явление заключается в формировании значительной массы облаков. Они, в свою очередь, в некоторой степени защищают атмосферу от перегрева посредством попадания солнечных лучей. Поддерживается некоторое равновесие.
Углекислый газ Углекислый газ - парниковый газ, который является одним из самых распространенных в атмосфере. Его источником могут послужить вулканические выбросы, а также процесс жизнедеятельности биосферы (а особенно человека). Безусловно, часть углекислого газа поглощается растениями. Тем не менее, за счет процесса гниения они выделяют аналогичное количество данного вещества. Ученые утверждают, что последующее увеличение концентрации газа в атмосфере может привести к катастрофическим последствиям, а потому постоянно проводятся изыскания путей очищения воздуха.
Метан. Метан - это парниковый газ, который живет в атмосфере около 10 лет. Учитывая, что этот период является сравнительно коротким, у данного вещества наблюдается наибольший потенциал для устранения последствий глобального потепления. Несмотря на это, парниковый потенциал метана более, чем в 25 раз опаснее углекислоты. Источник парниковых газов (если речь идет о метане) - это продукты жизнедеятельности скота, выращивание риса, а также процесс горения. Наибольшая концентрация данного вещества наблюдалась в первом тысячелетии, когда сельское хозяйство и скотоводство были основными видами деятельности. К 1700 году данный показатель значительно снизился. На протяжении нескольких последних столетий концентрация метана снова стала расти, что связано с большим количеством сжигаемого топлива, а также разработкой месторождений угля. На данный момент отмечается рекордный показатель метана в атмосфере. Тем не мене за последнее десятилетие скорость роста данного показателя немного замедлилась
Озон Без такого газа, как озон, жизнь на Земле была бы невозможной, ведь он выступает в качестве барьера от агрессивных солнечных лучей. Но защитную функцию выполняет лишь стратосферный газ. Если же говорить о тропосферном, то он является токсичным. Если принять во внимание данный парниковый газ в пересчете на углекислый газ, то на него приходится 25 % эффекта глобального потепления. Время жизни вредного озона составляет около 22 дней. Он удаляется из атмосферы путем связывания в почве и последующего разложения под действием ультрафиолета. Отмечается, что показатель содержания озона может значительно варьироваться по географическому признаку.
Закись азота. Около 40% закиси азота поступает в атмосферу из-за использования удобрений и развития химической промышленности. Наибольшее количество данного газа вырабатывается в тропических районах. Здесь эмисируется до 70 % вещества.
Новый газ? Недавно канадские ученые заявили, что открыли новый парниковый газ. Его название - перфтортрибутиламин. С середины ХХ века он используется в области электротехники. В природе данное вещество не встречается. Ученые выяснили, что PFTBA прогревает атмосферу в 7000 раз сильнее, чем углекислый газ. Тем не менее, на данный момент концентрация данного вещества ничтожно мала и не несет угрозы экологии. На данный момент задача исследователей заключается в том, чтобы контролировать количества данного газа в атмосфере. Если будет отмечен рост показателя, это может привести к значительному изменению климатических условий и радиационного фона. На данный же момент нет оснований принимать какие-либо меры по реорганизации производственного процесса.
Разрушение озонового слоя планеты. Состояние озонового слоя на нынешнем этапе и последствия его разрушения для здоровья людей.
Важнейшей составной частью атмосферы, влияющей на климат, и защищающей все живое на Земле от излучения Солнца, является озоносфера. Основная масса озона находится на высотах от 10 до 50 км, А его максимум - на 18 -26 км. Всего в стратосфере содержится 3,3 триллиона тон озона. В слое озоносферы озон находится в очень разреженном состоянии.
Роль озона в сохранении биологической жизни на Земле исключительно велика. Молекулы озона поглощают жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца именно в той спектральной области, является наиболее разрушительной для биологических систем. Органические молекулы разрушаются ультрафиолетовым (УФ) излучением. Это касается также и молекул ДНК, отвечающие, как известно, за передачу наследственных признаков. Озоновый слой, как щит, не только предохраняет живое вещество от прямого разрушения, но и обеспечивает ход эволюции.
Если бы толщина озона уменьшилась, это нанесло бы непоправимый вред всем живым организмам. Жесткий ультрафиолет плохо поглощается водой и поэтому представляет большую опасность для морских экосистем. Эксперименты показали, что планктон, обитающий в приповерхностном слое, при увеличении интенсивности жесткого УФ излучения может серьезно пострадать и даже погибнуть полностью. Планктон находится в основании пищевых цепей практически всех морских экосистем, поэтому без преувеличения можно сказать, что практически всю жизнь в приповерхностных слоях морей и океанов может исчезнуть. Растения менее чувствительны к жесткому УФ, но при увеличении дозы могут пострадать и они. Полное исчезновение озонового слоя, несомненно, означало бы и исчезновение высших форм жизни. Что касается людей, то сейчас подсчитано, что даже незначительное снижение толщины слоя озона может увеличить заболеваемость раком кожи. Однако человечество легко найдет способ защититься от жесткого УФ- излучения но при этом рискует умереть от голода. Другое распределение озона по высоте существенно повлияет и на климат, так как изменится характер поглощения УФ-излучения озоном, а следовательно, и температура стратосферы.
Проблема озона, как одного из малых газовых компонентов атмосферы, ранее представляла интерес только для небольшого круга ученых, в настоящее время приобрела глобальное значение. Такая резкая перемена объясняется открытием того факта, что нормальное содержимое озона в атмосфере находится под угрозой в результате хозяйственной деятельности человека.
Если бы все количество озона собрать при нормальном давлении 760 мм.рт. ст. и температуры 273,15 К, то толщина этого слоя составила бы всего 2,5 -3 мм. Озон представляет собой едкий, немного голубоватый газ. Его молекула состоит из трех атомов кислорода (O3), так что озон является «химическим родственником» кислорода. (О2).
Свойства озона:
1- Способность поглощать биологически опасное ультрафиолетовое излучение Солнца.
2- Озон - сильнейший окислитель ( яд), поэтому приземный озон опасен.
3- Поглощение инфракрасного излучения земной поверхности.
4- Способность прямым и косвенным образом влиять на химический состав атмосферы.
Поскольку механизм создания молекул озона находится в балансе с механизмом их разрушения, то среднее количество озона в стратосфере ученые считают величиной сравнительно постоянной с момента образования современной атмосферы Земли.
В отличие от других атмосферных составляющих озон появился в атмосфере исключительно химическим путем и является самым молодым атмосферным компонентом. С экологической точки зрения, ценным свойством озона является его способность поглощать биологически опасное ультрафиолетовое излучение Солнца; в то время как химическое соединение озон является сильнейшим окислителем (попросту ядом), способным при непосредственном контакте отравить ту же флору и фауну. Кроме этого, озон является эффективным парниковым газом. И, наконец, озон влияет на малые активные составляющие атмосферы, а через них - и на стабильные компоненты, которые, как и сам озон поглощают и ультрафиолетовое и инфракрасное излучение. Тем самым озон оказывает не только прямое, но и косвенное влияние на парниковый эффект и уровень ультрафиолетового излучения на поверхности Земли.
Практически единственным источником озона в атмосфере является фотодиссоциация молекулярного кислорода на атомы с последующим быстрым присоединением атома к молекуле O2 с образованием молекулы озона:
O2 + H N = O + O (1)
O + O2 + M = O3 + M (2)
(Здесь М - любая молекула воздуха).
Этот процесс протекает на высотах более 30 км, поскольку ниже этой высоты коротковолновое солнечное излучение не проникает. В результате, довольно высоко в атмосфере появляются молекулы озона и атомы кислорода.
Гибель атмосферного озона происходит в результате следующих процессов:
O3 + H N = O + O2 (3)
O + O3 = O2 + O2 (4)
Таким образом, атомы, образовавшиеся когда-то с молекул кислорода, вновь соединяются в молекулу. Отметим только, что, для того чтобы «развалить» молекулу озона, коротковолновое излучение не требуется. Связь атома О с молекулой О2 в озоне очень слаба поэтому даже при облучении видимым светом молекула озона будет фотодиссоциироваться на исходные составляющие.
Отметим также, что реакция (3) является основным поставщиком атомов кислорода; ее скорость на всех высотах тропосферы и стратосферы на три и более порядка выше скорости реакции (1).
Приведенный выше механизм был предложен в начале 1930-х годов английским геофизиком Чепменом и явился первой попыткой объяснить образование озонового слоя в атмосфере.
Озон в стратосфере постоянно рождается и погибает, следовательно, его слой состоит из равновесного количества. А поскольку это равновесие подвижное, то толщина озонового слоя может меняться. Наблюдаются суточные, сезонные колебания содержания озона, а также циклы, связанные с многолетними изменениями солнечной активности. Наибольшее количество озона (46%) образуется в стратосфере тропического пояса, там максимум его плотности находится примерно на высоте 26 км. от поверхности. В средних широтах он располагается ниже: зимой - на высоте 22 км, а летом - 24 км. В полярных районах высота максимума составляет всего 13 -18 км, И здесь озон наиболее интенсивно переносится в нижние слои атмосферы.
Существует большое количество причин ослабления озонового щита, вызванного антропогенной деятельностью человека.. В целом их можно объединить в две группы.
. Выбросы высотных самолетов и ракет
Во-первых, - это запуски космических ракет. Топливо сгорает, «выжигает» в озоновом слое большие дыры. Когда-то предполагалось, что эти «дыры» затягиваются. Оказалось, нет. Они существуют довольно долго.
Во-вторых, - самолеты. Особенно те, что летят на высотах в 12 -15 км. Пар, выбрасываемый ими и другие вещества разрушают озон. Но, в то же время самолеты, летающие ниже 12 км, дают увеличение озона. В городах он - один из составляющих фотохимического смога.
В-третьих, - окиси азота. Их выбрасывают те же самолеты, но больше всего их выделяется с поверхности почвы, особенно при разложении азотных удобрений.
Поскольку на сегодня полеты на сверхзвуковых самолетах осуществляются не очень часто, они не наносят существенного вреда озоновому слою. Запуски ракет происходят также не слишком часто, но они могут наносить очень серьезный ущерб озоновому слою. Так, при общей массе орбитального корабля «Спейс Шаттл» сто сорок три с половиной тонны в процессе подъема до высоты50 км твердотопливная ракетная система выбрасывает 187 тонн Cl2 и его соединений, 7 тонн оксидов азота и уничтожает за полет 10 миллионов тонн озона. Это очень много, потому что в земной атмосфере содержится всего 3000 000 000 тонн озона.
Оксиды азота играют важную роль в формировании и разрушении озона, причем в стратосфере происходит каталитическое разрушение озона в тропосфере - каталитическое формирование.
2. Хлорфторуглеводороды (ХФУ), или фреоны
Когда-то фреоны рассматривались как идеальные для практического применения химические вещества, поскольку они очень стабильны и неактивны, а значит, не токсичны. Как это ни парадоксально, но именно инертность этих соединений делает их опасными для атмосферного озона. ХФУ не распадаются быстро в тропосфере (нижнем слое атмосферы, простирающимся от поверхности земли до высоты10 км), как это происходит, например, с большей частью окислов азота, и в конце концов проникают в стратосферу, верхняя граница которой располагается на высоте около 50 км. Когда молекулы ХФУ поднимаются до высоты примерно25 км, где концентрация озона максимальна, они подвергаются интенсивному воздействию ультрафиолетового излучения, который не проникает на меньшие высоты из-за экранирующего действия озона. Ультрафиолет разрушает устойчивые в обычных условиях молекулы фреонов, распадаются на компоненты, обладающие высокой реакционной способности, в частности, атомный хлор. Таким образом, ХФУ переносит хлор с поверхности земли через тропосферу и нижние слои атмосферы, где менее инертные соединения хлора разрушаются, в стратосферу, к слою с наибольшей концентрацией озона. Очень важно, что хлор при разрушении озона действует подобно катализатору: в ходе химического процесса его количество не уменьшается. Вследствие этого один атом хлора может разрушить до 100 000 молекул озона, прежде чем будет дезактивирован или вернется в тропосферу. Сейчас выброс фреонов в атмосферу исчисляется миллионами тонн, но следует заметить, что даже в гипотетическом случае полного прекращения производства и использования ХФУ немедленного результата достичь не удастся: действие фреонов, которые уже попали в атмосферу, будет продолжаться несколько десятилетий. Считается, что время жизни в атмосфере для двух наиболее широко используемых ХФУ: фреон-11 (CFCl3) и фреон-12 (CF2 Cl 2 ) составляет 75 и 100 лет соответственно.
Разрушение озонового слоя Земли фреонами один из самых впечатляющих доказательств того, что хлор действительно является агентом, ответственным за появление озоновой дыры. ,Этот пример появился в сентябре 1987 г., когда ученые пролетели на самолете из Южной Америки прямо к Южному полюсу, в зону озоновой дыры. Увеличение и уменьшение концентрации озона почти точным зеркальным отражением уменьшения и увеличения концентрации ClО. Более того, концентрация Cl в самой озоновой дыре в сотни раз превышает любой уровень, который можно было бы объяснить с точки зрения атмосферной химии. Это явление часто называют «дымовой ружьем». Даже производители ХФУ убедились в том, что озоновую дыру нельзя считать нормальным явлением. Это свидетельство глубоких изменений в атмосфере, вызванных искусственными хлорсодержащими загрязнителями.
Ученым потребовалось несколько лет, чтобы найти объяснение появлению озоновой дыры. Вкратце, что это такое.
Поскольку Антарктида окружена океаном, ветры могут непрерывно циркулировать вокруг континента, на котором нет горных цепей. При южной зиме они образуют вокруг полюсный вихрь, воронку из ветров, что собирает воздух над Антарктидой и удерживает его, не позволяя смешиваться с другой атмосферой. Этот вихрь служит изолированным «реакционным котлом» для полярных атмосферных химических соединений (он значительно сильнее того, что образуется над Северным полюсом, поэтому северная озоновая дыра проявляется значительно слабее).
Киотский протокол
В конце XX в. человечество пришло к пониманию необходимости решения одной из сложнейших и чрезвычайно опасных экологических проблем, связанной с изменением климата, и в середине 1970-х гг. начались активные работы в этом направлении. На Всемирной климатической конференции в Женеве (1979) были заложены основы Всемирной климатической программы. В соответствии с резолюцией Генеральной Ассамблеи ООН об охране глобального климата в интересах нынешнего и будущего поколений принята рамочная Конвенция ООН об изменении климата (1992). Цель конвенции — добиться стабилизации концентрации парниковых газов в атмосфере на таком уровне, который не будет оказывать опасное воздействие на глобальную климатическую систему. Причем решение этой задачи предполагается осуществить в срок, достаточный для естественной адаптации экосистем к изменению климата и позволяющий избежать угрозы производству продовольствия, а также обеспечивающий дальнейшее экономическое развитие на устойчивой основе.
На III Конференции стран, подписавших рамочную Конвенцию ООН об изменении климата (РКИК) в г. Киото был принят Киотский протокол к РКИК (1997), который зафиксировал определенные количественные обязательства по сокращению выбросов парниковых газов для промышленно развитых стран и стран с переходной экономикой. На момент подписания Киотского протокола выбросы парниковых газов распределялись следующим образом: США — 36,1 %, страны ЕС — 25,0, Россия — 17,4, Япония — 8,5, страны Восточной Европы — 7,4, Канада — 3,3, Австралия и Новая Зеландия — 2,3% от общемировых выбросов. Реализация Киотского протокола могла бы привести к значительному прогрессу, так как протокол обязывает промышленно развитые страны пойти на ограничения выбросов и сократить общие выбросы парниковых газов в период 2008-2012 гг. в среднем на 5%, по сравнению с уровнем 1990 г. Достижение первой группы целей, поставленных в Киотском протоколе рассматривается ООН лишь как начало движения в направлении к тому, что необходимо сделать для замедления процесса глобального потепления, а в перспективе — к снижению риска глобального изменения климата.
Большие надежды мировая общественность возлагала на 15-ю конференцию ООН по изменению климата (Копенгаген, 2009). Накануне ее открытия были опубликованы новые данные о распределении выбросов парниковых газов по отдельным странам: Китай — 20,8%; США — 19,9; Россия-5,5; Индия-4,6; Япония-4,3; Германия — 2,8; Канада — 2,0; Великобритания — 1,8; Южная Корея — 1,7; Иран — 1,6% относительно совокупного выброса С02 в атмосферу. На конференции были разработаны рекомендации о сокращении выбросов парниковых газов и ежегодном выделении малым государствам 100 млрд долл. на финансирование экологических программ до 2020 г. Однако разногласия между развитыми и развивающимися странами не позволили принять юридически обязывающий документ по сокращению вредных выбросов.
Дата: 2019-02-25, просмотров: 254.