Схема круговорота кислорода в природе

вестно, что около 3,5—4 млрд лет назад содержание кислорода в атмо- сфере было в тысячу раз меньше, чем сейчас, так как не было основных продуцентов кислорода — зеленых растений.

Жизнедеятельность живых организмов поддерживается современ- ным соотношением в атмосфере кислорода и углекислого газа. Ес- тественные процессы потребления углекислого газа и кислорода и их поступление в атмосферу сбалансированы (рис. 84, 110).

С развитием промышленности и транспорта кислород стали использовать на процессы горения. Так, на сжигание разных видов топлива сейчас тре- буется от 10 до 25% кислорода, производимого зелеными растениями. Уменьшается поступление кислорода в атмосферу из-за сокращения пло- щадей лесов, саванн, степей и увеличения пустынных территорий. Сокра- щается число продуцентов кислорода и в водных экосистемах из-за за- грязнения рек, озер, морей и океанов. Ученые полагают, что в ближай- шие 150—180 лет количество кислорода в атмосфере может сократиться на 1/3 по сравнению с современным его содержанием.

Увеличение потребления кислорода происходит одновременно с уве- личением выделения в атмосферу диоксида углерода. За последние

 

228

100 лет количество углекислого газа в атмосфере увеличилось на 10    15% 9 а к 2200 г. может возрасти до 25%, т. е. с 0,0324% сейчас до 0,04% концу столетия. Некоторое увеличение СО2 в атмосфере положительно сказывается на продуктивности растений. Например, насыщение углекис- лым газом воздуха теплиц повышает урожайность овощей за счет интен-

сификации процессов фотосинтеза. Однако общее увеличение содержания СО в атмосфере приводит к сложным глобальным явлениям. Углекислый газ свободно пропускает коротковолновое солнечное излучение, но задер- ясивает тепловые лучи, идущие от нагретой земной поверхности. Это яв- ление получило название парникового эффекта. Считается, что за счет парникового эффекта средняя температура Земли в начале XXI века по- высится на 1—1,5 С. Дополнительный нагрев нижних слоев атмосферы дает сжигание топлива. Это особенно заметно в крупных городах, где тем- пература в центре на 2—4 °С выше среднегодовой для данного района. По- вышение среднегодовой температуры нижних слоев атмосферы Земли мо- жет вызвать таяние ледников Антарктиды и Гренландии, что приведет к повышению уровня Мирового океана, затоплению низменных участков материков, усилению тектонических процессов, изменению климата.

Противоположный эффект дает запыление и задымление атмосфе- ры. Механические частицы отражают солнечные лучи, увеличивают от- ражательную способность (альбедо) Земли, уменьшают ее нагревание. Преобладание этих процессов может привести к увеличению леднико-

 

 

Рис. 112.

Загрязнение воздуха городов автомобильным транспортом и промышленными предприятиями

 

вых шапок на полюсах, резкому похолоданию и наступлению леднико- вого периода.

В настоящее время проводятся исследования теплового баланса Зем- ли, чтобы найти пути управления им.

Загрязнение атмосферы может быть естественным и искусствен- ным (или антропогенным). Естественное загрязнение происходит при извержении вулканов (рис. 111), выветривании горных пород, пыльных бурях, лесных пожарах, выносе в атмосферу кристалликов солей. В нор- ме природные источники не вызывают существенных загрязнений.

Источниками искусственного загрязнения служат промышленные, транспортные и бытовые выбросы. Основные поставщики загрязнений — промышленные предприятия. Они выделяют в атмосферу несгоревшие

при выплавке железа, меди, производстве серной кислоты и др. Серни-

ТЬ1Й газ служит причиной выпадения кислотных дождей.

При высокой концентрации сернистого газа, пыли, дыма во влаж- ную тихую погоду в промышленных районах возникает белый, или влаж- ный, смог — ядовитый туман, резко ухудшающий условия жизни лю- дей. В Лондоне во время такого смога из-за обострения легочных и сер-

дечных заболеваний с 5 по 9 декабря 1952 г. умерло на 4000 человек больше, чем обычно.

Под воздействием интенсивного солнечного излучения химические вещества, выбрасываемые в атмосферу промышленными предприятия- ми и транспортом, могут вступать в реакции друг с другом, образуя вы- сокотоксичные соединения. Такой вид смога получил название фотохи- мического,

В больших городах и густонаселенных районах первенство в загряз- нении атмосферы переходит от промышленности к автомобильному транспорту. С выхлопными газами в атмосферу поступают угарный газ, оксиды азота, углеводороды (в том числе обладающие канцерогенными свойствами). В некоторые сорта бензина в качестве антидетонатора до- бавляют тетраэтилсвинец, при этом в атмосферу с выхлопными газами поступают мелкие частички свинцовой пыли. Наибольшее количество загрязнений поступает от автомобилей с плохо отлаженными двигателя- ми и работающими на холостом ходу.

Самое опасное загрязнение атмосферы и всей окружающей среды — радиоактивное. Оно представляет угрозу для здоровья и жизни людей, животных и растений не только ныне живущих поколений, но и их по- томков из-за появления многочисленных мутационных уродств. Послед- ствия такого мутагенного влияния на растения, животных и человека изу- чены еще плохо и труднопредсказуемы. В районах умеренного радиоак- тивного загрязнения увеличивается число людей, заболевших лейкозами. Источниками  радиоактивного  загрязнения  служат  эксперименталь- ные взрывы атомных и водородных бомб. Радиоактивные вещества выде- ляются в атмосферу при изготовлении ядерного оружия, атомными реак- торами электростанций, при дезактивации радиоактивных отходов и др. Сейчас стало понятно, что не существует такой малой дозы ионизи-

рующего излучения, которая была бы безопасна.

Серьезные отрицательные последствия для человека и других жи- вых организмов влечет за собой загрязнение воздуха хлорфторметана- ми> или фреонами (CFC1, CF C1). Их используют в холодильных уста-

частицы топлива, пыль, сажу, золу. В индустриальных районах выпада-               н

3          2   2

ет свыше 1 т пылевых частиц на 1 км2 в сутки. Мощными поставщиками тончайшей пыли в атмосферу служат цементные заводы (рис. 112).

Главный химический загрязнитель атмосферы — сернистый газ (SO2), выделяющийся при сжигании каменного угля, сланцев, нефти*

230

овках, в производстве полупроводников и аэрозольных баллончиков.

Утечка фреонов приводит к появлению их у тонкого озонового слоя

в  стратосфере, расположенного на высоте 20—50 км. Толщина этого

°Лоя очень небольшая: 2 мм на экваторе и 4 мм у полюсов при нормаль- ных условиях. Максимальная концентрация озона здесь 8 частей

231

ых ДЫР отмечено над территориями Антарктиды, Австралии, Южной Америки, некоторых районов Евразии.

Меры по охране атмосферы. Длительное время локальные загряз- нения атмосферы сравнительно быстро разбавлялись массами чистого воздуха. Пыль, дым, газы рассеивались воздушными потоками и выпа- дали на землю с дождем и снегом, нейтрализовались, вступая в реакции с природными соединениями.

Сейчас объемы и скорость выбросов превосходят возможности природы к их разбавлению и нейтрализации. Поэтому необходи- мы специальные меры для устранения опасного загрязнения ат- мосферы.

Основные усилия сейчас направлены на предупреждение выбросов за- грязняющих веществ в атмосферу. На предприятиях устанавливают пылеулавливающее и газоочистное оборудование. Таким образом задер- живается около 3/4 всех выбросов. В настоящее время продолжается поиск более совершенных способов их очистки.

Другое важное направление — это создание и внедрение безотход- ных технологий, строительство таких промышленных комплексов, в которых используются все исходное сырье и любые отходы предпри- ятий. Безотходные технологии ценны сходством с процессами, происхо- дящими в биосфере, где отходов не существует, так как все биологиче- ские выделения утилизируются различными звеньями экосистем. При- мерами таких технологических процессов могут служить замкнутые циклы воздуха и воды, при которых полностью исключаются выбросы отходов в окружающую среду.

Благодаря современным исследованиям разработаны и внедряются в практику приемы, снижающие и предотвращающие загрязнение от вы-

 

 

на миллион частей других газов. Озоновый экран поглощает жесткое ультрафиолетовое излучение с длиной волны 290 нм и менее, поэтому Д° поверхности Земли доходят ультрафиолетовые лучи, полезные для чело- века и других высших животных и губительные для микроорганизмов. При разложении фреонов под действием ультрафиолетовых лучей выде- ляются хлор и фтор, которые взаимодействуют с озоном. Есть опасность, что слой озонового экрана резко уменьшится, и это приведет к росту числа заболеваний раком кожи из-за проникновения на землю жесткого ультра- фиолетового излучения. Утончение озонового экрана, появление озояо-

 

232

хлопных газов автомобилей. Частично загрязнения снижают, устанав ливая в двигателях автомобилей фильтры и дожигающие устройства, ис- ключая содержащие свинец добавки, организуя четкое движение транс- порта на улицах, без частой смены режимов работы двигателей. Карди- нальное решение проблемы загрязнений атмосферы автотранспортом -_ замена двигателей внутреннего сгорания иными. Созданы образцы газо- турбинных, роторных, солнечных и иных двигателей.

Наиболее перспективные средства передвижения — электромобили Современные их модели еще несовершенны: у них сравнительно неболь- шая скорость и короткий пробег без подзарядки, что не позволяет им конкурировать с современными автомобилями. Для уменьшения содер- жания токсических веществ в выхлопных газах автомобилей в некото- рых странах переходят на другие виды топлива вместо бензина, напри- мер метан, спирт.

Важное значение в борьбе с загрязнениями атмосферы имеет озеле- нение городов и промышленных центров. Растения обогащают воздух кислородом. На деревьях и кустах оседает до 72% частиц пыли и до 60% диоксида серы. Поэтому в городских парках, скверах, садах пыли в де- сятки раз меньше, чем на открытых улицах и площадях.

Многие виды деревьев и кустарников выделяют фитонциды — био- логически активные вещества, убивающие бактерии. Зеленые расте- ния регулируют микроклимат города, поглощают и снижают город- ской шум.

 

 

Q Парниковый эффект. • Возрастающее загрязнение и изменение Баланс азота,         баланса газов в атмосфере требуют стро-

кислорода,                                 гого соблюдения мер по ее охране: уста- углекислого газа.    новления на предприятиях очистных со- Естественное  оружений,  использования циклических

и искусственное                       процессов в производстве,