Методические указания к практическому занятию №2

Проблемы роста концентрации парниковых газов

В атмосфере и изменения глобального климата

(сопровождается изучением видеоматериалов в режиме «Power Point» - см. отдельный файл мультимедиа)

Схема сбора, обработки и изложения материалов:

- суть проблемы, ее научное объяснение и увязка с обес­печением защиты террито­рий, объектов биосферы, населения;

- причины, источники, виновники возникновения проблемы;

- результаты, последствия, итоги проблемы в настоящее время;

- то же самое – в перспективе и увязка с задачами защиты планеты в целом.

- рассмотрение перечисленных материалов на примере г.Новороссийска и его окрестностей с использованием материалов мультимедиа в режиме Power Point.

Цель занятия:

Демонстрация взаимосвязи глобальных экологических процессов на примере изменения климата.

 

Факторы изменения глобального климата

Изменения климата обусловлены переменами в земной атмосфере, процессами, происходящими в других частях Земли, таких как океаны, ледники, а также эффектами, сопутствующими деятельности человека. Внешние процессы, формирующие климат, — это изменения солнечной радиации и орбиты Земли:

• изменение размеров и взаимного расположения материков и океанов,
• изменение светимости солнца,
• изменения параметров орбиты Земли,
• изменение прозрачности атмосферы и ее состава в результате изменений вулканической активности Земли,
• изменение концентрации парниковых газов (СО₂ и CH₄) в атмосфере,
• изменение отражательной способности поверхности Земли (альбедо),
• изменение количества тепла, имеющегося в глубинах океана.

Вулканизм

Вулканы являются также частью геохимического цикла углерода. На протяжении многих геологических периодов диоксид углерода высвобождался из недр Земли в атмосферу, нейтрализуя тем самым количество СО₂, изъятого из атмосферы и связанного осадочными породами и другими геологическими поглотителями СО₂. Однако этот вклад не сравнится по величине с антропогенной эмиссией оксида углерода, которая, по оценкам Геологической службы США, в 130 раз превышает количество СО₂, эмитированного вулканами.

Парниковые газы

Парниковые газы являются главной причиной глобального потепления. Парниковые газы имеют также значение для понимания климатической истории Земли. Парниковый эффект, возникающий в результате нагревания атмосферы тепловой энергией, удерживаемой парниковыми газами, является ключевым процессом, регулирующим её температуру.

В течение последних 600 млн. лет концентрация диоксида углерода в атмосфере варьировались из-за воздействия геологических и биологических процессов. Растущий уровень диоксида углерода считается главной причиной глобального потепления, начиная с 1950 года

Чтобы предотвратить резкое потепление в ближайшие годы, концентрация углекислоты должна быть снижена до уровня, существовавшего до индустриальной эпохи - 0,035% (сейчас – 0,038% и увеличивается на 0,0002% в год, в основном из-за сжигания ископаемого топлива и вырубки лесов).

 

Антропогенное воздействие на изменение климата

Главной проблемами сегодня являются растущая из-за сжигания топлива концентрация СО₂ в атмосфере, аэрозоли в атмосфере, влияющие на её охлаждение, и цементная промышленность. Другие факторы, такие как землепользование, уменьшение озонового слоя, животноводство и вырубка лесов, также влияют на климат, но значительно в меньшей степени.

Рассмотрим в качестве примеров некоторые промышленные комплексы и другие виды человеческой деятельности, при которых в атмосферу выделяется большие объемы углекислого газа:

Сжигание топлива

Начав расти во время промышленной революции в 1850-х годах и постепенно ускоряясь, потребление человечеством топлива привело к тому, что концентрация СО₂ в атмосфере возросла с 0,028% 0,038%. При таком росте спроецированная на конец 21-го века концентрация будет составлять более 0,056%. Известно, что сейчас уровень СО₂ в атмосфере выше, чем когда-либо за последние 750 000 лет. Вместе с увеличивающейся концентрацией метана эти изменения предвещают рост температуры на 1.4-5.6°С в промежутке между 1990 и 2100 годами.

Цементная промышленность

Производство цемента является интенсивным источником выбросов СО₂. Диоксид углерода образуется, когда карбонат кальция(CaCO₃) нагревают, чтобы получить ингредиент цемента оксид кальция (СаО или негашёная известь). Производство цемента является причиной приблизительно 2.5 % выбросов СО₂ индустриальных процессов (энергетический и промышленный сектора).

Скотоводство

Согласно отчету ООН от 2006 года скот является причиной 18% выбросов парниковых газов в мире. Это включает в себя и изменения в землепользовании, т. е. вырубку леса под пастбища. В дополнение к выбросам СО₂, скотоводство является причиной выброса 65% оксида азота и 37% метана, имеющих антропогенное происхождение.

В масштабе нескольких столетий на 2005 год средняя температура воздуха у поверхности Земли увеличилась с доиндустриальной эпохи (примерно с 1750 года) на 0,7 °С.

 

Роль СО₂ и других парниковых газов в глобальное изменении климата.

Парниковые газы: двуокись углерода, метан, фреоны, закись азота, озон. Сейчас главная доля в глобальном парниковом эффекте приходится на углекис­лый газ, а на долю остальных газов приходится примерно 15-20%.

Результаты этого эф­фекта будут различными:

· для биосферы Земли он имеет как отрицательные (изменение климата, подъем уровня океана, деградация вечной мерзлоты и прибрежных экосистем и пр.), так и положи­тельные экологические последствия (возрастание продуктивности естественных растительных формаций, увеличение урожайности культурных растений и пр.);

· глобальное потепление неизбежно приведет к значительным социально-экономическим последствиям, связанным с различной деятельностью человека (энергетика, сельское и лесное хозяйство, здравоохранение и пр.);

· потепление поверхностных вод Мирового океана и климата Земли в целом приведет к перестройке атмосферных процессов и усилению штормовой активности в умеренных и тропических широтах. Однако изменения в прибрежной зоне арктических морей мо­гут иметь не только негативный характер, но и приведут к положительным социально-экономическим последствиям. Среди них — улучшение ледовой обстановки на трассе Северного морского пути, т.е. возможность более длительного в течение года плавания судов в арктических морях;

· при глобальном потеплении климата будет отмечаться увеличение испаренияс поверхности вод океана и связанное с ним возрастание увлажненности климата. В результате совместного действия этих двух факторов возможно ожидать значительное увеличение речного стока, примерно на 10 %, особенно в Европе и Африке;

· повышение концентрации СО₂в атмосфере может увеличить интенсивность процесса фотосинтеза и, значит, будет способствовать увеличению продуктивности как естественных лесных формаций, так и культурных растений. Подсчитано, что при удвоении концентрации СО₂ ожидается значительное повышение продуктивности древесных растений (более 90% наземной флоры), у кото­рых фотосинтетический аппарат без всякой адаптации готов к усвоению повышенного содержания диоксида углерода.

Совместное обсуждение:

- сопоставление роли различных природных процессов и явлений в изменении глобального климата и попытка построения их рейтинга в этой роли;

- сопоставление роли различных видов деятельности человека в этом же процессе и объяснение главенствующей роли – сжигание органического топлива;

- рассмотрение физической сущности «парникового» процесса для некоторых газов;

- выяснение причины «главного парникового газа» для СО₂;

- попытка подведения баланса благоприятных и неблагоприятных последствий глобального изменения климата для биосферы и человеческого сообщества.

Независимо от причин (природных, техногенных, либо от их совокупного дейст­вия) глобальные изменения климата явились следствием повышения среднегодовой тем­пературы приземного слоя атмосферы планеты. Большинство ученых считают, что за по­следние 100-150 лет главной причиной этого процесса явилось чрезвычайно быстрый рост концентрации СО₂ , которая и вызвала «парниковый эффект.

Итак, изменения климата в скором будущем абсолютно неизбежны. Они станут заметными и необратимыми уже в ближайшие несколько десятилетий. В связи с этим возникают предложения о грандиозных технически проектах, осуществление которых могли бы приостановить этот процесс за счет применения некоторых геоинженерных методов, например, изъятия углекислоты из атмосферы и её захоронения в глубинных тектонических разломах земной коры, или закачивания углекислого газа в породы океанического дна. Однако несложные расчеты показывают, что изъятие всего 0,005% этого газа (ориентировочное количество прироста техногенных выбросов СО₂ в атмосферу за 3-5 лет) по этой технологии будет стоить, по меньшей мере, 20 триллионов долларов. Эти расходы не осилить даже совместно всему человеческому сообществу.

В связи с этим очевидно, что необходимо выработать некоторую более или менее реальную стратегию, то есть подготовить систему заранее спланированных действий, ко­торые обеспечили бы для человечества избежание негативных последствий возможных изменений климата. Каковы основные элементы этой стратегии?

Первым и основным элементом является прогноз изменений климата (возможные его варианты нами уже рассмотрены)

Вторым элементом стратегии является оценка по­следствий того, к чему могут привести те или иные естественные или антропогенные из­менения климата.

Третьим элементом стратегии является выработка рекомендаций та­ких действий, которые позволили бы избежать негативных последствий изменений кли­мата или избежать самих изменений этого климата.

На примере одного из районов России попробуем смоделировать возможную ситуацию, вызванную глобальным изменением климата.

 

Оценка последствий изменения глобального климата на примере Причерноморья в целом и г. Новороссийска – в частности

(сопровождается изучением материалов мультимедиа в режиме «Power Point»)

Практическое значение вопроса о климатических условиях будущего зависит от масшта­бов возможных изменений климата и времени их наступления. Задача учёта предстоящих изменений климата в хозяйственной деятельности носит неотложный характер как для нашего государства в целом, так и для отдельных его регионов, особенно прибрежных морских. Значение этой задачи определяется тем, что народное хозяйство всех стран су­щественно зависит от современных климатических условий, причем заметное изменение климата потребует больших капиталовложений, чтобы обеспечить приспособление хозяй­ственной деятельности к новым условиям.

Рассмотрим достаточно «мягкий» сценарий подъёма уровня Мирового океана (всего на 10-25 м) и результаты этого бедствия в прибрежных районах Черного моря. При анализе топографической карты обнаруживается, что тотальному затоплению подвергнутся низменные районы запада Краснодарского края (низовья Ку­бани, Таманский полуостров), а также узкая (всего 0,5 – 5 км шириной), но чрезвычайно важная для страны и плотно населённая прибрежная полоска территории, расположенная между морем и Кавказским хребтом. Это приведёт к абсолютно невосполнимой утрате Россией её единственного субтропического рекреационного района, а также и всех её южных портов.

Исходя из приведенных на топографических картах данных следует, что первоочередными жертвами прогнозируются все прибрежные поселения, города и, конечно же, порты. На примере одного из таких портов, расположенного в Новороссийской бухте, можно рассмотреть вполне вероятный сценарий процесса повышения уровня Мирового океана.

Рассмотрение топографической дислокации жилых, промышленных и инфраструктурных объектов города и его портов достаточно достоверно приводит к ряду выводов: Перво­очередное затопление охватит все прибрежные городские территории, поселки Цемдолина, Кирилловка, Мефодиевка, Гайдук, Алексино, Мысхако, Широкая балка и другие. Кроме того, в бухте будут затоплены все порты, в городе - почти все промышленные предприятия, центральная часть города, административные, деловые, торгово-финансовые, инфраструк­турные, все рекреационные и другие объекты, а также и значительная часть жилого фонда города.

Даже если рассмотреть ещё более мягкий сценарий - повышение уровня Мирового океана всего на 2 м – то и он оставит возможность функционирования портовых сооружений только при штилевой погоде. При волнении моря всего в 1 – 2 балла порт уже не сможет осуще­ствлять погрузочно-разгрузочные работы, так как нормативная высота причалов над уре­зом воды в России, как и в большинстве других государств, составляет 2,7 – 3 м. Но труд­ности в работе порта начнутся гораздо раньше – уже начиная с повышения уровня моря всего на 0,5 – 1 м.

Обеспечение работы порта в рассматриваемых условиях потребует неизбежного его пере­носа на новое место (если это возможно), или реконструкции (надстройки) всех его при­чалов. Возобновление работы порта возможно при реконструкции (надстройки) причалов, что может обойтись десятками миллиардов долларов.

Очевидно, необходимо использовать опыт других государств (США, Англия, Япония, Франция и дру­гие), которые уже законодательно запрещают строительство крупных объектов в прибрежных районах, если в проектах не учтено возможное наступление моря на прибрежные террито­рии.