Изменение климата земли, разрушение озонового слоя. Загрязнение воздушного бассейна и вод мирового океана.

Климат не является константным. Он изменялся и изменяется на протяжении всей истории Земли. В основе т изменений могут лежать космические или геоморфологические причины. Однако основной причиной изменения современной климатической обстановки является хозяйственная деятельность человека, которая стимулирует возникновение парникового эффекта.

В связи с интенсивным развитием промышленности и транспорта изменился пылевой состав атмосферы.

Однако более значительным фактором, способствующим потеплению климата, является увеличение концентрации в нижних слоях атмосферы парниковых газов (углекислый газ, метан, сернистые соединения, оксид азота, гексафторид серы, озон, фреоны). Они, пропуская тепловые солнечные лучи к поверхности Земли, препятствуют тепловому излучению в обратном направлении — в космическое пространство. В результате накопления парниковых газов повсеместно на планете наблюдается повышение температуры. За последние 10 лет температура воздуха вблизи поверхности земли возросла на 0,15°С.

Основным парниковым газом является углекислый газ, концентрация которого неуклонно растет из-за сжигания органического топлива, а также уничтожения лесных и болотных экосистем, которые являются эффективными фиксаторами углерода. За последние 10 лет количество выбросов в атмосферу углекислого газа увеличилось в 2,5 раза. По прогнозам ученых к 2025 г. температура может повыситься на 2,2—2,5°С, а к 2100 г. — на 4,5—6°С. К концу ХХ в. концентрация углекислого газа повысилась с 0,030% до 0, 039%.

Последствиями глобального потепления выступает таяние полярных льдов в Антарктиде и Арктике, ледников и снежников в горах. С конца 1960 г. установлено 10%-ое снижение площади снежного покрова. Отступают горные ледники в Северном полушарии, наблюдается сильное и быстрое таяние ледников Гренландии.

Парниковый эффект вызывает перераспределение переноса влаги воздушных масс. Это может привести к тому, что многие засушливые районы планеты в течение небольшого промежутка времени превратятся в пустыни. Все вышеперечисленные явления ведут к повышению уровня Мирового океана. В настоящее время подъем уровня Мирового океана составляет примерно 0,25 м за 100 лет. Только за 1993—1996 гг. он повышался со скоростью 5,8 мм в год. Однако средняя скорость его подъема в последние годы прошлого века в целом была около 3,5 мм в год. Поступление значительного количества талых вод в океан может привести к подъему его уровня до 0,9 м уже к 2100 г. По прогнозам ученых при повышении температуры более чем на 1,5—2°С площади льдов на Земле могут сокращаться катастрофически, что должно привести к еще большему повышению уровня Мирового океана (до 2 м). Подобное повышение вызовет затопление наиболее биопродуктивных областей биосферы (прибрежных тропических лесов, коралловых рифов и т. д.), что может вызвать экологический кризис планетарного масштаба.

Затопление ряда регионов может привести и к серьезным социальным потрясениям — миграции населения в центральные материковые районы и перераспределению территории всех государств.

Озон, трехатомная форма кислорода, образуется в верхних слоях атмосферы под действием жесткого (коротковолнового) ультрафиолетового излучения Солнца. Благ.ря способности задерживать это излучение озон создает экран, защищающий все формы жизни, включая человека, от канцерогенного и мутагенного действия УФ-излучения. По оценкам специалистов, в атмосфере содержится около 3 млрд т озона, однако это всего лишь 0,000 06% атмосферных газов.

Наиболее эффективно процесс образования озона проходит в верхних слоях атмосферы, на высоте 25—50 км, где под действием жесткого УФ-излучения Солнца возникает практически весь озон [20]. Основная масса озона располагается на высоте около 40 км. Достаточно небольшое его количество может образовываться при грозовых разрядах и других электрических явлениях вблизи поверхности Земли.

Естественные колебания содержания озона вызваны циклическими изменениями активности Солнца и выбросами вулканических газов при извержениях.

Синтез озона идет в дневное время, причем в тропиках интенсивнее, чем в средних и высоких широтах. Самопроизвольный распад озона и его разрушение во взаимодействии с различными атмосферными примесями идут постоянно в любое время суток. В результате возникает динамическое равновесие между синтезом и распадом озона. Колебание его концентрации составляет всего 0,5—1%.

Основными причинами, вызывающими разрушение озонового экрана планеты, выступают:

- выбросы в атмосферу фреонов — хлорфторуглеродов, которые используются в качестве хладагентов;

- полеты реактивной авиации и запуски ракет.

Загрязнение воздуха хлором и его соединениями, резко усилившееся с развитием холодильной техники на фреонах, а также выбросами двигателей высотной авиации и ракет с твердотопливными двигателями, ведет к прогрессирующему ослаблению озонового слоя. Для преодоления этой опасности необходимы согласованные действия всех развитых стран по разработке новых, безопасных для озонового слоя технологий в промышленности и транспорте, включая ракетную технику.

Фреоны широко используются в бытовых и промышленных холодильных установках как хладагент, откуда они регулярно попадают в воздух. Дополнительный источник попадания фреонов в воздух создают широко используемые в быту баллончики с дезодорантами, красками, репеллентами и другими веществами, распыляющими носителями которых являются фреоны. Ежегодно в атмосферу выбрасывается около 800 000 т фреонов.

Молекулы фреонов химически не активны, поэтому они безопасны для организмов в нижних слоях атмосферы, но, подымаясь в более высокие слои атмосферы, они ведут себя по-другому. Попадая в озоновый слой и более высокие слои атмосферы, фреоны под действием УФ-излучения легко разрушаются, высвобождая активный хлор, который катализирует распад озона. Хлор активно соединяется с озоном, давая монооксид хлора и кислород. В свою очередь монооксид хлора легко присоединяет второй атом кислорода, при этом хлор освобождается и может вступить в реакцию со следующей молекулой озона. Одна молекула хлора за среднее время своего существования в верхних слоях атмосферы способна разложить 100 000 молекул озона [20].

Хлор также может попадать в атмосферу при утечках и авариях в химической промышленности, он используется в органическом синтезе.

Реактивная авиация является источником попадания в атмосферу хлора и оксидов азота, особенно при полетах на высотах более 20 км при непосредственном контакте с озоновым экраном. Разрушают озоновый слой и ракетные двигатели, в первую очередь твердотопливные. Высокая температура на соплах реактивных двигателей способствует окислению атмосферного азота. По сравнению с хлором оксиды азота менее опасны: одна молекула оксида азота разлагает в среднем всего 10 молекул озона. Опасность оксидов азота заключается в том, что их содержание в воздухе значительно выше, чем хлора.

Озон могут разрушать и другие вещества: окись углерода, водород, окись серы, но по сравнению с хлором и оксидами азота. Они практически безвредны.

За последние 20 лет содержание озона в атмосфере уменьшилось на 4—15% в разных регионах планеты. Наиболее быстро разрушается озоновый экран над полярными областями Земли. Так, площадь озоновой дыры над Антарктидой колеблется от 5 до 10 млн км².

Подобные темпы разрушения озонового слоя могут привести к серьезным экологическим последствиям. Уменьшение содержания озона на 1% ведет к увеличению числа заболеваний раком кожи на 5—7% (около 60 000 случаев).

Повышение уровня жесткого УФ-излучения Солнца способствует возникновению и развитию такого заболевания глаз, как катаракта, которое уже сейчас практически не имеет возрастного ограничения.

Снижение содержания озона в атмосфере на 10% вызовет деградацию ряда водных экосистем, так как фитопланктон, который выступает в этих биологических макросистемах как основной производитель первичной биологической продукции, очень чувствителен к повышению уровня ультрафиолетового излучения.

Вещества-загрязнители мигрируют с воздушными массами, с морскими течениями, встраиваясь в процессы геологического и биологического круговоротов веществ в биосфере. Основными источниками загрязнения окружающей среды являются предприятия энергетики, тяжелой, химической, горнодабывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, автотранспорт, предприятия сельского хозяйства.

В процессе сжигания топлива в атмосферу попадает около 280 видов веществ, большинство из которых представляют опасность для окружающей среды, среди них — оксиды азота и углерода, бензопирен, альдегиды, сернистые и другие соединения. Данные вещества являются основой при возникновении смога — ядовитого тумана, который опасен для всех живых организмов.

Уровень антропогенных выбросов в окружающую среду в конце прошлого века достиг колоссальных объемов: 18 млн т углеводородов, 37 млн т оксидов углерода и 27 млн т взвешенных веществ ежегодно [24].

Повсеместное загрязнение атмосферы является причиной выпадения кислотных дождей, которые наносят огромный вред окружающей среде. Они содержат растворы серной и азотной кислот. Их образованию способствуют в основном оксиды серы (серный (SO3) и сернистый (SO2) газы), оксиды азота, летучие органические соединения (ЛОС) и многие другие вещества.

Главный источник попадания сернистого газа в атмосферу — сжигание органического топлива (угля и горючих сланцев (67%), нефти (12%)), а также выплавка меди (13%) [24]. Основным поставщиком серы в атмосферу являются ТЭС. Соединения азота поступают в атмосферу также при сжигании топлива.

Попадание летучих органических соединений в воздушную среду происходит в основном за счет транспортных средств, при сжигании топлива, при использовании в промышленности и быту красок, органических растворителей, при хранении нефтепродуктов, в результате лесных пожаров. В состав этих веществ входят реакционно-способные алканы (пропан, н-бутан и др.) — 50%, оледины (этилен, пропилен и т. д.) — 23%, ароматические углеводороды — 18%, альдегиды и кетоны — 8%, органические кислоты — 1%.

Довольно заметную роль в образовании кислотных дождей играют аммиак, хлористый и фтористый водород. Аммиак поступает в атмосферу в процессе промышленного производства. Хлорид и фторид водорода образуются преимущественно при сжигании угля и при работе предприятий тяжелой и химической промышленности (в основном при производстве алюминия).

Особенно остро стоит проблема загрязнения водных объектов антропогенными стоками. К концу ХХв. на земном шаре объем загрязненных стоков составлял не менее 530 л на одного человека в сутки. А 1 л такой воды загрязняет 15—20 л чистой воды в водных объектах [24]. Не удивительно, что повсеместно ощущается дефицит пресной воды, который связан не с общепланетарным уменьшением ее количества, а с ее загрязнением.

Среди загрязнителей водной среды на первом месте стоят нефть и нефтепродукты. По данным ученых, в настоящее время до 20% поверхности Мирового океана покрыто нефтяными пленками. Ежегодно в воды попадает около 4 млн т нефти и нефтепродуктов. Одна капля нефти, растекаясь по поверхности воды, занимает площадь 30—150, а 1 т нефти — 12. Толщина нефтяной пленки может достигать толщины 2 см. Она стойка к окислению, достаточно подвижна и может распространяться на расстояние до 300 км от места попадания в воду. Нефть является причиной гибели животных от отравления и потери гидрофобности покровов (птицы, млекопитающие), вызывает нарушение кислородного обмена в водных экосистемах, препятствуя доступу этого жизненно необходимого газа в водную среду. Последствия подобного явления — массовая гибель водных животных и, как следствие, изменение видовой структуры водных биоценозов.

Значительно загрязняются водоемы и водотоки синтетическими поверхностно-активными веществами (СПАВ). Они входят в состав синтетических моющих средств (СМС). Присутствие этих веществ в воде придает ей неприятный вкус и запах. Концентрация СМС в воде 1 мг/л вызывает гибель одноклеточного фито- и зоопланктона, ряда других мелких планктонных организмов, 3 мг / л — гибель планктонных и бентосных ракообразных, а 5 мг / л — гибель большинства видов пресноводных рыб.

Огромную опасность для водоемов и водотоков представляют радиоактивные вещества, соединения тяжелых металлов. Так, ежегодно в воды Мирового океана попадает около 200 000 т свинца, до 5 000 т ртути и кадмия. При захоронении радиоактивных отходов не соблюдаются требования по безопасному затоплению контейнеров (их сбрасывают на глубине менее 400 м вместо 3—4 км, а содержимое контейнеров не заливается стеклом, бетоном, битумом) [24]. В моря иногда осуществляется простой слив радиоактивных отходов.

Заметную долю в процесс загрязнения водной среды вносит сельское хозяйство. Среди основных загрязнителей выступают стоки животноводческих ферм, ядохимикаты, особенно долгоживущие, минеральные удобрения (азотсодержащие, в том числе нитраты, фосфатные, калийные, хлорсодержащие). До 40% используемых на полях удобрений оказывается в воде. Попадание в естественные экосистемы ядохимикатов и минеральных удобрений вызывает массовую гибель рыб, насекомых, птиц и других животных. В Европе 40% всех случаев гибели птиц по вине человека приходится на отравление минеральными удобрениями.