Современный экологический кризис и его последствия

Во второй половине XX века человечество вынуждено было ввести в обиход новое понятие современной экологии - экологический кризис. Слово «кризис» происходит от греческого «кризис» или «кринейн», что в буквальном переводе означает - принимать решение.

Под экологическим кризисом в настоящее время понимают критическое состояние окружающей среды, вызванное деятельностью человечества и характеризующееся несоответствием развития производительных сил и производственных отношений в человеческом обществе ресурсно-экологическим возможностям биосферы.

Использование термина «экологический кризис» для обозначения экологических проблем учитывает тот факт, что человек как природное существо является прежде всего частью экосистемы, которая видоизменяется в результате его деятельности (прежде всего производственной). Природные и общественные явления представляют собой единое целое и их взаимодействие проявляется в разрушении экосистемы. Экологический кризис представляет собой нарушение равновесия между природными условиями и влиянием человека на окружающую природную среду.

Сейчас уже очевидно для всех, что экологический кризис - понятие общеглобальное и общечеловеческое, касающееся каждого из населяющих Землю людей.

Что конкретно может указывать на приближающуюся катастрофу?

Вот лишь неполный список негативных явлений, указывающих на общее неблагополучие:

1. глобальное потепление, парниковый эффект, сдвиг климатических зон;

2. озоновые дыры, истоньшение озонового экрана;

3. глобальное загрязнение окружающей среды;

4. неутилизируемые радиоактивные отходы;

5. водная и ветровая эрозия и сокращение площадей плодородных почв;

6. демографический взрыв, урбанизация;

7. истощение невозобновляемых минеральных ресурсов;

8. энергетический кризис;

9. резкий рост числа ранее неизвестных и зачастую неизлечимых болезней;

10. недостаток продуктов питания, перманентное состояние голода большей части населения планеты;

11. Истощение ресурсов мирового океана и его загрязнение.

Общая экономическая нагрузка на экологические системы упрощенно зависят от трех факторов: численности населения, среднего уровня потребления и широкого применения различных технологий. Уменьшить степень ущерба, наносимого окружающей среде обществом потребителей, можно изменив сельскохозяйственные модели, транспортные системы, методы городского планирования, интенсивность потребления энергоресурсов, пересмотрев существующие промышленные технологии и т.п. Однако при изменении технологий может быть снижен и уровень материальных запросов. И это постепенно происходит из-за удорожания жизни, что напрямую связано с экологическими проблемами. Так, огромные монстры из мира автомобилей, оснащенные моторами в несколько сот лошадиных сил, были вынуждены уступить дорогу малолитражным экономичным машинам с малым расходом горючего и удобными для маневрирования формами.

Все мелкие кризисы, порожденные деятельностью человека (не только техногенной) и его отношением к окружающей природе, в конце концов привели к всеобъемлющему, глобальному кризису биосферы. При продолжающихся темпах воздействия на окружающую среду в ближайшем будущем можно будет говорить не столько о дигрессии отдельных элементов биосферы, сколько о необратимом процессе - изменении геологически сложившейся ее организованности. Возникнет (или уже возникла) опасность распада очень хрупкой системы жизнеобеспеченности на планете.

Однако, несмотря на кажущуюся первопричину неблагоприятных последствий хозяйственной деятельности человека, многие ученые подчеркивают, что охрану природной среды нужно начинать не с борьбы с антропогенными факторами, а с порождающими их причинами, в первую очередь с социально-экономическими. Влияние ухудшения состояния окружающей среды на жизнь и здоровье людей наблюдается в каждом обществе, а причины и следствия могут быть различными. Подлинная перспектива выхода из экологического кризиса в изменении производственной деятельности человека, его образа жизни, его сознания.

Возникла не только острая необходимость, но и возможность изменить суть технологической цивилизации, придать ей природоохранительный характер. Одно из направлений такого развития - создание безопасных производств. Используя достижения науки, технологический прогресс может быть организован таким образом, чтобы отходы производства не загрязняли окружающую среду, а вновь поступали в производственный цикл как вторичное сырьё. Пример даёт сама природа: углекислый газ, выделяемый животными, поглощается растениями, которые выделяют кислород, необходимый для дыхания животных. Безотходным является такое производство, в котором всё исходное сырьё в конечном счёте превращается в ту или иную продукцию. Если учесть, что 98% исходного сырья современная промышленность переводит в отходы, то станет понятной необходимость задачи создания безотходного производства.

Экологическая ситуация вызывает необходимость оценивать последствия любой деятельности, связанной вмешательством в природную среду.

Еще совсем недавно казалось, что основная цель человечества - сделать людей богатыми и сытыми. Однако теперь этого уже мало.

Вспомним сказку о золотой антилопе, где жадный правитель был заживо погребен под огромной горой золотых монет. Он стал богатым? - Да! Но он не смог выжить, имея все это богатство. Аналогично в современном человеческом обществе богатства и сытости уже недостаточно для выживания. Нужна также благоприятная среда жизни.

В настоящее время ни одна страна мира не может автономно решить весь спектр экологических проблем, которые сопутствуют человеку в его повседневной жизни. Однако выход из экологического кризиса возможен. Нужно только объединить усилия всех стран для осуществления международного сотрудничества в этом вопросе.

Глобальное антропогенное воздействие человека на биосферу: парниковый эффект, нарушение озонового экрана, образование кислотных осадков

Взаимодействие общества и природы не является каким-либо новым, присущим только современной эпохе, феноменом на нашей планете. Этот процесс начался с мо­мента появления человека на Земле. Однако лишь в наши дни он превратился в фактор, угрожающий дальнейшему существованию цивилизации. Для процесса взаимо­действия общества и природы характерно прог­рессирующее возрастание антропогенного давления на природную среду.

К середине XX ст. масштабы человеческой деятельности достигли и начали превышать масштабы могущественных стихийных явлений. С каждым годом под жилую застройку, промышленные объекты, инженерные сооружения, дороги, карьеры изыма­ются все большие площади плодородных земель. Массово вырубаются леса, особенно в таежном и тропическом поясах. С лица Земли исчезают все новые и новые виды животных и растений, в связи с чем угрожающе обедняется генофонд планеты. Быстро исчерпываются полезные ископа­емые. Хозяйственная деятельность активизирует опасные экзогеодинамические процессы — водную и ветровую эрозию, оползни, обвалы, сели, карстопровальные явления, лавины, катастрофические паводки, пылевые бури, заболочивание, засоление и опустынивание земель, обмеление и исчезновение рек и озер и т. п. Атмосферный воздух, почва, растительность, поверхностные и подземные воды интенсивно загрязняются вредными газовыми выбросами, неочищенными стоками и твердыми отходами промышлен­ных предприятий, бытовым мусором, канализационными и животноводческими стоками, выхлопами транспорта, мине­ральными удобрениями и ядохимикатами, радиоактивными веществами. Загрязнение окружающей среды достигло таких масштабов, что начало реально угрожать здоровью настоя­щего и будущих поколений людей.

Происходящий между обществом и природой вещест­венно-энергетический обмен нарушил круговорот веществ и естественные энергетические процессы в биосфере. Быстро возрастающее антропогенное давление на природу повредило регенерационные механизмы биосферы, что создало реальную опасность, возникно­вения необратимых глобальных деградационных процес­сов, которые могут сделать окружающую среду непригодной для дальнейшего развития цивилизации и самого существования человечества.

Суть экологической угрозы состоит в том, что растущее давление антропогенных факторов на биосферу может привести к полному разрыву естественных циклов воспро­изводства биологических ресурсов, самоочищения почвы, вод, атмосферы. Это порождает резкое и стре­мительное ухудшение экологической обстановки, что может повлечь за собой скоротечную гибель населения планеты. О грядущих деструктивных процессах говорят уже достаточно давно: о нарастании «пар­никового эффекта», расползании озоновых дыр, выпадении все большего количества кислотных осадков.

Перечисленные отрицательные тенденции в развитии биосферы все больше и больше приобретают глобальный характер и представляют в настоящее время особую угрозу для будущего человечества.

Остановимся более подробно на этих проблемах.

Парниковый эффект.

<span style='font-size:18.0pt'>Еще в 1827 году французский физик Жозеф Фурье предположил, что атмосфера земли выполняет функцию своего рода стекла в теплице: воздух пропускает солнечное тепло, не давая ему при этом испариться обратно в космос. И он был прав. Этот эффект достигается благодаря некоторым атмосферным газам второстепенного значения, каковыми являются, например, водяные испарения и углекислый газ. Они пропускают видимый и «ближний» инфракрасный свет, излучаемый солнцем, но поглощают «далекое» инфракрасное излучение, имеющее более низкую частоту и образующееся при нагревании земной поверхности солнечными лучами. Если бы этого не происходило, Земля была бы примерно на 30 градусов холоднее, чем сейчас, и жизнь бы на ней практически замерла. <o:p></o:p></span>

Средняя температура Земли в настоящее время составляет около 15^оС. 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 хлорфторуглероды (ХФУ). Без газового одеяла, окутывающего Землю, температура на ее поверхности была бы ниже на 30-40 градусов. Существование живых организмов в таком случае было бы весьма проблематичным.

Средняя температура на пла­нете за последние 100 лет выросла на 0,7 гра­дуса. Это неоспоримый, под­твержденный измерениями факт, вызванный неуклонным повыше­нием содержания в атмосфере промышленных выбросов. Эти выбросы влияют на среднюю температуру в 5 раз сильнее, чем солнечная активность. Содержа­ние углерода в атмосфере увеличилось по сравнению с девствен­ной допромышленной эпохой почти наполовину. В 2,5 раза вы­росла концентрация метана, от­равлен воздух и другими газами. Это называется парниковым эф­фектом.

Итак, парниковые газы временно удерживают тепло в нашей атмосфере, благодаря чему создается так называемый парниковый эффект. В результате техногенной деятельности человека некоторые парниковые газы увеличивают долю своего участия в общем балансе атмосферы. Это касается прежде всего углекислого газа, содержание которого из десятилетия в десятилетие неуклонно растет. Углекислый газ создает 50% парникового эффекта, на долю ХФУ приходится 15-20% и на долю метана - 18%.

В первой половине XX в. содержание углекислого газа в атмосфере оценивалось равным 0,03%. В 1956 г. ученые провели специальные исследования в рамках Первого международного геофизического года. Приведенная величина была уточнена и составила 0,028%. В 1985 г. измерения были проведены снова, и оказалось, что количество углекислого газа в атмосфере возросло до 0,034%. Таким образом, увеличение содержания в атмосфере углекислого газа - факт доказанный.

За последние 200 лет в результате антропогенной деятельности содержание оксида углерода в атмосфере увеличилось на 25%. Связано это, с одной стороны с интенсивным сжиганием ископаемого топлива: газа, нефти, сланцев, угля и др., а с другой - с ежегодным уменьшением площадей лесов на нашей планете, которые являются основными поглотителями углекислого газа. К тому же развитие таких отраслей сельского хозяйства, как рисоводство и животноводство, а также увеличение площадей городских свалок приводит к увеличению выделения метана, оксида азота и некоторых других газов. Следовательно, если количество вещества, поглощающего в инфракрасной области (например, углекислого газа) растет, то земная поверхность поглощает больше энергии и ее температура увеличивается.

Вторым по значению "парниковым" газом является метан. Его содержание в атмосфере ежегодно увеличивается на 1% в год. Биологические превращения метана способны осуществлять только очень специфические бактерии. Наиболее значимые его поставщики - свалки, крупный рогатый скот, рисовники. Запасы газа на свалках крупных городов можно рассматривать как небольшие газовые месторождения. Что касается рисовых полей, то, как выяснилось, несмотря на большой выход метана, в атмосферу его поступает относительно мало, поскольку большая часть расщепляется бактериями, связанными с корневой системой риса. Так что на поступление метана в атмосферу рисовые сельскохозяйственные экосистемы оказывают умеренное влияние.

Так где же метан максимально концентрируется в атмосфере? Такие максимумы были найдены в высоких широтах Северного полушария. Ученые установили, что в тундре, особенно над кочками с пушицей, довольно много метана. Там были найдены бактерии, в частности метаносарцина, образующая метан при низких положительных температурах (+5^оС).

Таким образом, сегодня уже не остается сомнений, что тенденция использования преимущественно ископаемого топлива неизбежно ведет к глобальному катастрофическому изменению климата. При нынешних темпах использования угля и нефти в ближайшие 50 лет прогнозируется повышение среднегодовой температуры на планете в пределах от 1,5^оС (близ экватора) до 5^оС (в высоких широтах).

Повышение температуры в результате парникового эффекта грозит небывалым экологическим, экономическим и социальным взрывом. Уровень воды в океанах может подняться на 1-2 м за счет морской воды и таяния полярных льдов. Если уровень моря поднимется примерно на метр - что является худшим сценарием - то к 2100 году под водой окажутся около 1 процента территории Египта, 6 процентов территории Нидерландов, 17,5 процента территории Бангладеш и 80 процентов атолла Маджуро, входящего в состав Маршалловых островов. Это станет началом трагедии для 46 млн. людей. Отрицательные тенденции парникового эффекта проявляются уже в наши дни. В июле 2002 года с ма­ленького островного государства Тувалу (26 кв. км, 11 тысяч чело­век) в Тихом океане раздался при­зыв о помощи. Тувалу медленно, но верно уходит под воду — самая высокая точка в государстве воз­вышается над уровнем океана все­го на 5 метров.

Повышение температуры вызовет понижение влажности почвы во многих регионах Земли. Засухи и тайфуны станут привычным явлением. Ледовый покров Арктики со­кратится на 15%. В наступившем столетии в Се­верном полушарии ледовое по­крытие рек и озер будет держать­ся на 2 недели меньше, чем в XX веке. Растают ледовые покровы в горах Южной Америки, Африки, Китая и Тибета.

Глобальное потепление отразится и на состоянии лесов планеты. Лесная растительность, как известно, может существовать в очень узких пределах температуры и влажности. Большая часть ее может погибнуть, сложная экологическая система окажется на стадии разрушения, а это повлечет за собой катастрофическое уменьшение генетического разнообразия растений.

Исследования показали, что для избежания глобальной катастрофы необходимо уменьшить выбросы углерода в атмосферу до 2 млрд. т в год (одна треть нынешнего объема). Учитывая естественный прирост населения, к 2030-2050 гг. на душу населения должно выбрасываться не более 1/8 объема углерода, приходящегося сегодня в среднем на одного жителя Европы.

Проблема сохранения озонового слоя Земли. Озоновый слой - это воздушный слой в верхних слоях атмосферы (стратосфере) состоящий из особой формы кислорода - озона. Живые организмы на Земле защищены от коротковолнового ультрафиолетового излучения (УФ) Солнца, которое губительно для всего живого, так называемым озоновым экраном (озоновым слоем). Газ озон имеет существенное эколого-биологическое значение и является одним из важных компонентов атмосферы, несмотря на то, что процентное содержание его невелико - менее 0,0001%. Связано это с тем, что именно озон активно поглощает УФ излучение.

Озон - это форма молекулярного кислорода (О₃). Основное его количество сосредоточено в стратосфере на высоте 15-25 км (верхняя граница - 45-50 км). Ирония состоит в том, что те же самые молекулы озона в тропосфере (нижний слой атмосферы) представляют собой опасные элементы, разрушающие живую ткань, включая легкие человека. Однако, здесь озона весьма малое количество, и образуется он лишь во время грозовых разрядов.

Начало образования озона в стратосфере связано с реакций расщепления молекулярного кислорода коротковолновым (λ<242 нм) УФ-излучением Солнца:

 

О₂ + hν → О + О

 

Далее происходит взаимодействие атомов кислорода (в присутствии третьего тела М) с его же молекулами. В результате образуется молекула озона (рис. 29):

 

О + О₂ + М → О₃ + М

 

В 1985 г. специалисты по исследованию атмосферы из Британской Антарктической Службы сообщили о совершенно неожиданном факте: весеннее содержание озона в атмосфере над станцией Халли-Бей в Антарктиде уменьшилось за период с 1977 по 1984 г. на 40%. Вскоре этот вывод подтвердили другие исследователи, показавшие также, что область пониженного содержания озона простирается за пределы Антарктиды и по высоте охватывает слой от 12 до 24 км, т.е. значительную часть нижней стратосферы. Фактически это означало, что в полярной атмосфере имеется озонная "дыра". В начале 80-х по измерениям со спутника "Нимбус-7" аналогичная дыра была обнаружена и в Арктике, правда она охватывала значительно меньшую площадь и падение уровня озона в ней было не так велико - около 9%. В среднем по Земле с 1979 по 1990 г. содержание озона упало на 5%.

Утончение слоя озона может привести к серьезным последствиям для человечества. Падение концентрации озона на 1% приводит в среднем к увеличению интенсивности жесткого ультрафиолета у поверхности земли на 2%. По своему воздействию на живые организмы жесткий ультрафиолет близок к ионизирующим излучениям, однако, из-за большей, чем у γ-излучения длины волны он не способен проникать глубоко в ткани, и поэтому поражает только поверхностные органы. Жесткий ультрафиолет обладает достаточной энергией для разрушения ДНК и других органических молекул.

Такие лучи способны вызывать у человека рак кожи, в особенности быстротекущую злокачественную меланому, катаракту и иммунную недостаточность, а также наносить вред животным и растениям. Естественно, жесткий ультрафиолет способен вызывать и обычные ожоги кожи и роговицы. Уже сейчас во всем мире заметно увеличение числа заболевания раком кожи, однако значительно количество других факторов (например, возросшая популярность загара, приводящая к тому, что люди больше времени проводят на солнце, таким образом получая большую дозу УФ облучения) не позволяет однозначно утверждать, что в этом повинно уменьшение содержания озона. Жесткий ультрафиолет плохо поглощается водой и поэтому представляет большую опасность для морских экосистем.

Впервые мысль об опасности разрушения озонного слоя была высказана еще в конце 1960-х годов. Большую тревогу со стороны экологов привлекло влияние выбросов водяного пара и оксидов азота (NO_X), которые выбрасываются реактивными двигателями сверхзвуковых самолетов и ракет на высоте 20-25 км. Именно на этой же высоте находится защитный слой молекул озона, которые задерживают жесткое ультрафиолетовое излучение космоса. Такие опасения основаны на свойстве оксида азота разрушать озон:

 

2NO + O₃ = N₂O +2O₂

 

Когда на отечественные Ту-144 и англо-французские "Конкорды" возлагались большие надежды, было подсчитано, что предполагаемый авиапарк "убьет" за несколько лет до 15% озона, который в высших слоях атмосферы защищает все живое от губительного жесткого излучения. Эта цифра заметно превышала ущерб, наносимый озоновому щиту основным его врагом - фреонами.

Как выяснилось, не только продукты сгорания топлива разлагают озон, но и сама ударная волна от сверхзвукового самолета. Подсчитано, что этой мощной волной самолет типа Ту-144, перелетая из Москвы в Алма-Ату, уничтожает несколько тонн озона.

В 1974 г. Исследования ученых показали, что вызывать разрушение озонового слоя могут такие химические соединения, как хлорфторуглероды (ХФУ). Начиная с этого времени так называемая хлорфторуглеродная проблема стала одной из основных в исследованиях по загрязнению атмосферы. К фторхлоруглеродам, в частности, относятся фреоны. Они уже более 60 лет используются как хладагенты в холодильниках и кондиционерах, пропелленты для аэрозольных смесей (в бытовых аэрозольных баллончиках), пенообразующие агенты в огнетушителях, очистители для электронных приборов, при химической чистке одежды, при производстве пенопластиков. Почти все количество производимого в мире фреона (или фторорганических соединений) в конечном счете поднимается в верхние слои атмосферы и разлагается там под влиянием ультрафиолетовых лучей. Осколки фреоновых молекул разрушительно действуют на слой атмосферного озона. ХФУ уже разрушили от 3 до 5% озонового слоя атмосферы.

Когда молекулы ХФУ поднимаются до высоты примерно 25 км, где концентрация озона максимальна, они подвергаются интенсивному воздействию ультрафиолетового излучения, которое не проникает на меньшие высоты из-за экранирующего действия озона. Ультрафиолет разрушает устойчивые в обычных условиях молекулы ХФУ, которые распадаются на компоненты обладающие высокой реакционной способностью, 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 ХФУ 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 уже попавших в атмосферу ХФУ будет продолжаться несколько десятилетий. Считается, что время жизни в атмосфере для двух наиболее широко используемых ХФУ - фреон-11 и фреон-составляет 75 и 100 лет соответственно.

Под давлением этих аргументов многие страны начали принимать меры направленные на сокращение производства и использования ХФУ. С 1978 г. в США было запрещено использование ХФУ в аэрозолях. К сожалению, использование ХФУ в других областях ограничено не было. В сентябре 1987 года в Монреале обеспокоенные прогнозами ученых представители 93 промышленных стран подписали первый глобальный договор по климату. В соответствии с ним предусматривается постепенное снижение выбросов ХФУ и других искусственных химических соединений, которые приводят к разрушению защитного озонового слоя нашей планеты. Еще раньше, в 1979 г., в Женеве было проведено Совещание на высоком уровне по охране окружающей среды, на котором были приняты важные международные документы: Конвенция о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния, Резолюция о трансграничном переносе загрязнения воздуха и Декларация по малоотходной и безотходной технологии и использовании отходов. Страны-участницы Конвенции взяли на себя функцию ограничивать и, насколько это возможно, постепенно сокращать и предотвращать загрязнение воздуха.

Согласно достигнутой договоренности развитые страны должны к 1999 г. снизить потребление ХФУ до половины уровня 1986 г. Так, США сократили выбросы таких веществ в 122 раза, страны ЕС - в 70 раз, а Япония вовсе отказалась от их использования.

Для использования в качестве пропеллента в аэрозолях уже найден неплохой заменитель ХФУ - пропан-бутановая смесь. По физическим параметрам она практически не уступает фреонам, но, в отличие от них, огнеопасна. Тем не менее такие аэрозоли уже производятся во многих странах, в том числе и в России. Сложнее обстоит дело с холодильными установками - вторым по величине потребителем фреонов. Дело в том, что из-за полярности молекулы ХФУ имеют высокую теплоту испарения, что очень важно для рабочего тела в холодильниках и кондиционерах. Лучшим известным на сегодня заменителем фреонов является аммиак, но он токсичен и все же уступает ХФУ по физическим параметрам. Неплохие результаты получены для полностью фторированных углеводородов. Во многих странах ведутся разработки новых заменителей и уже достигнуты неплохие практические результаты, но полностью эта проблема еще не решена.

Использование фреонов в настоящее время продолжается, и пока далеко даже до стабилизации уровня ХФУ в атмосфере. Так, по данным сети Глобального мониторинга изменений климата, в фоновых условиях - на берегах Тихого и Атлантического океанов и на островах, вдали от промышленных и густонаселенных районов, концентрация фреонов -11 и -12 в настоящее время растет со скоростью 5-9% в год. Содержание в стратосфере фотохимически активных соединений хлора в настоящее время в 2-3 раза выше по сравнению с уровнем 50-х годов, до начала быстрого производства фреонов.

Проблема кислотных осадков. Развитие промышленности, транспорта, освоение новых источников энергии приводит к тому, что количество промышленных выбросов постоянно увеличиваются. Это связано главным образом с использованием горючих ископаемых на тепловых электростанциях, промышленных предприятиях, в двигателях автомобилей и в системах отопления жилых домов.

В результате сжигания ископаемого топлива в атмосферу земли поступают соединения азота, серы, хлора и некоторые другие элементы. Среди них преобладают оксиды серы - SO₂ и азота - NO_x (N₂O, NO₂). Соединяясь с частицами воды, оксиды сера и азота образуют серную (H₂SO₄) и азотную (HNO₃) кислоты различной концентрации. Из школьного курса химии хорошо известно, что кислотность среды, определяемая водородным показателем (pH), является величиной, характеризующей концентрацию ионов водорода в растворе, и численно равна отрицательному десятичному логарифму этой концентрации: рН=-lg[H+]. Водные растворы могут иметь рН от 0 до 14. Нейтральные растворы имеют рН 7, кислая среда характеризуется значениями рН меньше 7, а щелочная - больше 7 (рис. 31).

До определенного времени проблема кислотных дождей считалась региональной, связанной главным образом с развитием промышленности северного полушария. Однако высокие выбросы серы и азота в местах, где используются техногенные ископаемые, сделали проблему кислотных дождей международной. Выбросы промышленных предприятий могут переноситься воздушными потоками на многие тысячи километров и вызывать кислотные дожди в странах, которые находятся на больших расстояниях от источников загрязнения.

Установлено, что на долю техногенных выбросов, связанных со сжиганием ископаемого угля, приходится около 60-70% от их общего количества, на долю нефтепродуктов - 20-30% и на остальные производственные процессы - оставшиеся 10%. Сорок процентов выбросов NOx составляют выхлопные газы постоянно растущей армии автомобилей.

Атмосферные осадки, характеризующиеся сильнокислой реакцией (обычно рН<5,6), получили название кислотных (кислых) дождей. Впервые этот термин был введен в употребление британским химиком Робертом Энгусом Смитом более века назад (1872 г.). Занимаясь вопросами загрязнение города Манчестера, Смит доказал, что дым и пары содержат вещества, вызывающие серьезные изменения в химическом составе дождя, и что эти изменения можно заметить не только вблизи источника их выделения, но и "в полях, на большом расстоянии от него". Он также открыл некоторые виды вредных воздействий кислотных дождей: обесцвечивание тканей, коррозию металлических поверхностей, разрушение строительных материалов и гибель растительности.

Специалисты отмечают, что термин "кислотные дожди" недостаточно точен. Для такого типа загрязнителей лучше подходит выражение "кислотные осадки". Действительно, загрязняющие вещества могут выпадать не только в виде дождя, но и в виде снега, облаков, тумана ("влажные осадки"), либо в виде газа и пыли ("сухие осадки") в засушливый период.

Несмотря на то что сигнал тревоги Роберта Смита прозвучал около ста лет назад, индустриальные государства долго игнорировали опасность кислотных осадков. И только в начале 50-х годов канадское правительство разработало программу изучения и мониторинга вод в озерах Новой Шотландии, где наблюдалось быстрое повышение кислотности. В 60-е годы Скандинавия сообщила об уменьшении косяков рыбы и даже ее полном исчезновении в некоторых озерах. В 1972 г. проблема кислотных дождей была впервые поднята Швецией на Конференции ООН по окружающей среде. С этого времени опасность глобального закисления окружающей среды превратилась в одну из наиболее острых проблем, обрушившихся на человечество.

Первыми жертвами кислотных дождей стали водоемы - озера и реки. Особенно пострадали озера Скандинавии, северо-восток США, юго-восток Канады и юго-запад Шотландии. Во многом это связано с тем, что местные почвы и коренные породы не способны в должной мере нейтрализовать кислотные осадки. Повышение кислотности водоемов влечет за собой увеличение содержания алюминия, крайне токсичного для рыб (летальная доза - 0,2 мг/л). Попутно фосфаты, которые играют особую роль в развитии фитопланктона - кормовой базы многих рыб, соединяются с алюминием и становятся менее доступными для ихтиофауны водоемов. Особенно опасно подкисление для океанических мелководий, поскольку уменьшение массы фитопланктона Мирового океана ведет к разрыву пищевых цепей и может изменить экологическое равновесие в океанической экосистеме.

По состоянию на 1985 г. в Швеции из-за кислотных дождей серьезно пострадал рыбный промысел в 2500 озерах. В 1750 из 5000 озер Южной Норвегии полностью исчезла рыба. Исследование водоемов Баварии (Германия) показало, что в последние годы в них наблюдается резкое сокращение численности, а в отдельных случаях и полное исчезновение рыбы. При изучении 17 озер в осенний период было установлено, что показатель рН воды колебался от 4,4 до 7,0. В озерах, где показатель рН составил 4,4; 5,1 и 5,8 не было поймано ни одной рыбы, а в остальных озерах обнаружены только отдельные экземпляры озерной и радужной форели и гольца.

Хотя почвы и являются менее восприимчивыми к подкислению, нежели водоемы, произрастающая на них растительность крайне негативно реагирует на увеличение кислотности. Кислые осадки в виде аэрозолей обволакивают хвою и листву деревьев, проникают в крону, стекают по стволу, накапливаются в почве. Прямой ущерб выражается в химическом ожоге растений, снижении прироста, в изменении состава подпологовой растительности.

Главными виновниками загрязнения воздуха и выпадения кислотных дождей являются США, страны СНГ, Польша, Германия, Великобритания, Канада и Китай.