Создано множество классификаций загрязнений.

Создано множество классификаций загрязнений.

1.  По объектам: загрязнение вод (поверхностных и подземных), загрязнение атмосферы, загрязнение почв, загрязнение космического пространства и т. п.

2.  По масштабам: локальное, региональное, глобальное.

3.  По природе действующих факторов: физическое, химическое, биологическое (см. рис. 16).

4.  По характеру воздействия на объекты окружающей среды (см. табл. 14).

Большинство загрязнителей - химические вещества, возникающие в качестве побочных продуктов или отходов добычи, переработки и использовании ресурсов. Имея в виду то. что предметом нашего изучения является именно «Химия окружающей среды», мы в первую очередь и наиболее подробно остановимся на химических загрязнениях.

В настоящее время в повседневном использовании в мире применяется около 80000 синтетических веществ. В ходе промышленного и сельскохозяйственного производства образуется порядка 100000 веществ. Так или иначе, все эти вещества попадают в окружающую среду. Для того чтобы можно было охватить все многообразие загрязняющих химических агентов в среде, нам необходима классификация.

Загрязнители чрезвычайно разнообразны и, по самому определению, один источник загрязнения может давать большое число загрязнителей. Можно различать несколько разных типов загрязнителей, хотя это деление достаточно условно и многие загрязнители могут быть отнесены к нескольким типам. Можно классифицировать загрязняющие вещества по их поведению в окружающей среде.

Биологически р азложимые вещества - те, которые подвергаются атаке микроорганизмов, ведущей к их деградации и полному удалению. Обычно это отходы жизнедеятельности организмов и включают наиболее распространенные загрязнители: хозяйственно-бытовые стоки. Сюда же можно отнести стоки сельского хозяйства и пищевой промышленности. Поскольку эти вещества являются подходящим субстратом для микробной активности, биоразложимые вещества остаются в активном состоянии до тех пор, пока они не захораниваются достаточно глубоко в осадки или не разлагаются полностью.

Биологически неразложимые вещества не изменяются под действием микроорганизмов.

  Инертные загрязнители, такие как твердые частицы. тяжелые металлы, многие синтетические органические вещества сохраняются в окружающей среде в неизменной форме, несмотря на то, что они могут растворяться или транспортироваться.

Химически разложимые вещества, такие как, например, кислоты, уничтожаются в ходе химических реакций в окружающей среде.

Факторами, определяющими тяжесть воздействия загрязняющих веществ, являются:

1) их биологическая активность (сила токсического или другого воздействия на биоту);

2)  концентрация;

3)  время жизни в среде или устойчивость.

 

Виды загрязняющих веществ

Любое инородное вещество как вредное, так и нейтральное, не оказывающее вредного воздействия на окружающую среду, можно определить как примесь или чужеродное вещество, в англоязычной, а по ее примеру теперь и в отечественной литературе называемое ко н таминантом (примесь, инородное вещество, постороннее вещество, грязь).

Если вещества вызывают деградацию окружающей среды, они называются загрязнителями. Теперь и в русскоязычных публикациях загрязнители достаточно часто называют поллютантам - загрязняющий агент, загрязняющая примесь, загрязнение, токсичная составляющая.

Однако техногенные отходы, попадающие в природную среду, далеко не обязательно являются загрязнителями. Они могут служить пищей или субстратом для развития организмов, выигрывающих от их присутствия. Такие вещества становятся загрязнителями только в том случае, если их концентрации настолько велики, что они вызывают стресс у организмов или экосистем. Даже в этом случае некоторые специфические организмы могут выигрывать от присутствия этих отбросов.

Загрязнители воздействуют на природу несколькими путями. Некоторые из них токсичны, оказывая прямое действие на метаболизм водных организмов. Такие вещества называются токсикантами, или ядовитыми веществами. Практически нет загрязнителей токсичных для всех видов организмов (разве что высококонцентрированные вещества). Гораздо более обычно непрямое действие — неблагоприятное для организмов изменение физических или химических свойств среды. Сильное загрязнение полностью уничтожает жизнь и соответственно, экологические системы. Для большинства типов и концентраций токсикантов, тем не менее, такое экстремальное воздействие не характерно. В большинстве случаев токсиканты избирательно удаляют чувствительные виды, создавая более благоприятные условия для других видов за счет появления новых источников пищи, новых местообитаний, исчезновения конкурентов или хищников. Таким образом, загрязнения вызывают экологические сдвиги. Это часто наблюдается в областях воздействия постоянных источников загрязнения. Среда в таких случаях постоянно изменена. Временные воздействия, как правило, не вызывают таких последствий.

Специфическую группу загрязнителей составляют мутагены - генетически активные вещества, вызывающие мутации (изменения) наследственной информации подвергающихся их действию организмов. В потомстве этих организмов могут проявляться мутантные — генетически измененные, особи. Мутагенное действие, как правило, сопряжено с канцерогенным для многоклеточных растений и животных. Канцерогены - вещества, стимулирующие рост злокачественных новообразований (раковых опухолей) у обработанных ими организмов. Иногда их называют онкогенами. Кроме того, ряд веществ способен нарушать нормальное развитие эмбрионов многоклеточных организмов, вызывая появле­ние измененных дефектных особей. Их не следует путать с мутантными особями. Такие вещества называются тератогенами.

Эвтрофирование

Еще одно важное последствие бытового загрязнения вытекает из того, что коммунальные сточные воды, кроме большого количества органических веществ, несут и много биогенных элементов. Результатом этого становится антропогенное эвтрофирование водоемов и водотоков.

Еще в 1915 г. Тинеманн предложил различать по трофности (от греч. трофе — питание) эвтрофные («хорошо питающиеся», «тучные») и олиготрофные («недостаточно питающиеся», «тощие») водоемы. Первоначально классификация основывалась на соотношении объемов эпилимниона (верхнего, трофогенного - «питающего» слоя озера) и гиполимниона (нижнего, трофолитического - «питающегося» слоя). Классификация оказалась очень удачной, естественной и применяется, в несколько модифицированном виде (добавлены гиперэвтрофные, мезотрофные, ультраолиготрофные, дистрофные водные объекты) по настоящее время.

Отличительным признаком олиготрофных водоемов является высокая прозрачность воды благодаря низкой численности планктонных водорослей, обусловленной низким содержанием биогенов. Содержание кислорода в воде в течение всего года близко к насыщению. Из-за малости биомассы первичных продуцентов биомассы на высших трофических уровнях также невысоки. Дно водоемов песчаное или каменистое. Как правило, относительно глубокие и узкие озера. При малости биомасс компонентов, отличаются высоким разнообразием состава. Фауна и флора представлены видами, характерными для олигосапробных водоемов.

Эвтрофные водоемы. Простейшим индикатором эвтрофности является низкая прозрачность воды, вызванная массовым развитием планктонных водорослей. Желто-зеленый цвет типичен для эвтрофных вод. Высокое содержание биогенов и варьирующее содержание кислорода. Концентрация кислорода в гиполимнионе значительно снижается как во время летней стратификации, так и подо льдом зимой. Во всех эвтрофных озерах вода в верхнем слое перенасыщена кислородом в дневное время суток благодаря фотосинтезу, а в ночное время уровень содержания кислорода падает из-за дыхания. Донные осадки эвтрофных озер чрезвычайно богаты биогенами, благодаря накоплению органического вещества, поступающего из фотической зоны. Поначалу это ведет к росту биомассы укорененных макрофитов. Затем рост фитопланктона затеняет погруженные растения. Плотные заросли полупогруженных макрофитов от этого не страдают и часто присутствуют вдоль берегов эвтрофных озер. Эвтрофные озера, как правило, очень рыбопродуктивны. Летние и зимние заморы рыбы типичны для эвтрофных вод.

Стадии эвтрофирования

При эвтрофировании водная экосистема последовательно проходит несколько стадий. Сначала происходит накопление минеральных солей азота и/или фосфора в воде. Эта стадия, как правило, непродолжительна, т.к. поступающий лимитирующий элемент немедленно вовлекается в кругооборот и наступает стадия интенсивного развития водорослей в эпилимнионе. Нарастает биомасса фитопланктона, увеличивается мутность воды, повышается концентрация кислорода в верхних слоях воды.

Затем наступает стадия отмирания водорослей, происходят аэробная деградация детрита, образование хемоклина. Интенсивно отлагаются донные илы с повышенным содержанием органики. Отмечаются изменения зооценоза (замещение лососевых рыб карповыми).

Наконец, наступает полное исчезновение кислорода в глубинных слоях и начинается анаэробное брожение. Характерно образование сероводорода, сероорганических соединений и аммиака.

Загрязнение углеводородами

А) Нефтепродукты

В настоящее время поверхность Мирового океана на огромных площадях оказалась покрытой углеводородной пленкой. Причинами этого считают:

•  сброс отходов нефтеперегонных заводов

•  сброс балласта и промывка танков нефтевозов после транспортировки

•  большое число аварий с нефтеналивными судами

Состав нефтяных загрязнений

Нефти из разных месторождений существенно отличаются по химическому составу. Естественно, что основные химические элементы нефти -углерод (80-87%) и водород (10-15%). Кроме того, в гетероциклических соединениях нефти содержатся также обычные для органических соединений сера (0-10 %), кислород (0-5 %) и азот (0-1 %). Помимо этих элементов, сырая нефть включает целый ряд металлов в следовых количествах - V, Ni, Fe, Al, Na, Ca, Cu, U.

Формы нефтяных загрязнений

В море нефть встречается в самых разных формах:

· мономолекулярные пленки,

·  пленки толщиной до нескольких миллиметров,

· пленки на скалах,

· нефть в донных осадках,

·  эмульсии «вода в нефти» или «нефть в воде»,

·  нефтяные агрегаты.

Сразу же при попадании нефти в морскую среду обычно образуется слик (поверхностная пленка). В первые часы существования нефтяного слика доминируют физико-химические процессы. Затем важнейшее значение приобретает микробная деструкция. В целом судьба нефтяного слика в море характеризуется общей цепью последовательных процессов: испарение, эмульгирование, растворимость, окисление, образование агрегатов, седиментация, биодеградация, включающая микробное разрушение и ассимиляцию.

Б) Полициклические ароматические соединения

В настоящее время загрязнение полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ) носит глобальный характер. Их присутствие обнаружено во всех элементах природной среды (воздух, почва, вода, биота) от Арктики до Антарктиды.

ПАУ, обладающие выраженными токсическими, мутагенными и канцерогенными свойствами, многочисленны. Их количество достигает 200. Вместе с тем ПАУ, распространенных повсеместно в биосфере, не более нескольких десятков. Это антрацен, флуорантрен, пирен, хризен и некоторые другие.

Наиболее характерным и наиболее распространенным в ряду ПАУ является бенз(а)пирен (БП).

БП хорошо растворим в органических растворителях, тогда как в воде он растворим чрезвычайно мало. Минимальная действующая концентрация бенз(а)пирена мала. БП трансформируется под действием оксигеназ. Продукты трансформации БП являются конечными канцерогенами.

Источники бенз(а)пирена

В формировании природного фона бенз(а)пирена участвуют различные абиотические и биотические источники.

· Геологические и астрономические источники. Поскольку ПАУ синтезируются при термических превращениях простых органических структур, БП обнаруживается в: материале метеоритов; магматических породах; гидротермальных образованиях; вулканических пеплах

• Абиотический синтез БП возможен при сгорании органических материалов во время природных пожаров

• Биотический синтез БП обнаружен для целого ряда анаэробных бактерий, способных синтезировать БП из природных липидов в донных отложениях.

• Антропогенный поток. В современных условиях рост концентрации бенз(а)пирена связан с антропогенным происхождением. Главными источниками БП являются: бытовые, промышленные сбросы, смывы, транспорт, аварии, дальний перенос. Кроме того, важный источник поступления БП в водную среду - транспортировка нефти.

Последствия загрязнения бенз(а)пиреном

Для БП доказаны токсичность, канцерогенность, мутагенность, тератогенность, действие на репродуктивную способность рыб. Кроме того, как и другие трудноразложимые вещества, БП способен к биоаккумуляции в пищевых цепях и, соответственно, представляет опасность для человека.

А) Загрязнение вод металлами

Металлы принадлежат к числу главных неорганических загрязнителей пресных и морских вод. Это, в основном, соединения мышьяка, свинца, кадмия, ртути.

Острота проблемы загрязнения водной среды токсичными металлами определяется:

•  высокой концентрацией соединений тяжелых металлов в при­брежных районах океана и внутренних морях;

•  образованием высокотоксичных металлоорганических комплек­сов, которые как включаются в абиотический компонент экосистемы, так и поглощаются гидробионтами;

•  накоплением металлов гидробионтами в дозах, опасных для человека.

Источники поступления

Основные источники поступления токсичных металлов в водную среду - прямое загрязнение и сток с суши. Только воды рек ежегодно привносят в океан свыше 320 Мт железа. Кроме того, важная роль в загрязнении гидросферы металлами принадлежит атмосферному переносу. Естественно, что наибольшее загрязнение металлами приходится на моря и те части океана, где антропогенная активность высока.

Б) Хлорированные углеводороды

В состав группы хлорированных углеводородов входит несколько основных классов:

1)   хлорированные бифенилы - смесь бифенилов, частью или полностью замещенных атомами хлора (ПХБ);

2)   алифатические хлорированные углеводороды, включающие циклические (например, гексахлорциклогексан (ГХГЦ) и нециклические (например, дихлорэтан) углеводороды;

3)   ароматические хлорированные углеводороды (ДДТ, гексахлор- бензолы (ГХБ);

4)   хлорированные продукты диенового синтеза (альдрины, дильдрин).

Большая часть этих соединений до сих пор используется разными странами как пестициды: гексахлорбензолы (ГХБ), гексахлорциклогексаны (ГХЦГ), особенно у-изомер (линдан), ДДТ.

Наиболее изучены среди хлорированных углеводородов ПХБ, поскольку они представляют особый интерес по следующим причинам: ПХБ применяют в качестве диэлектриков в трансформаторах и крупных конденсаторах, в системах теплопередачи и гидравлических системах, они входят в состав смазочных и охлаждающих масел, пестицидов, а также используют в качестве пластификаторов в красителях, в копировальной бумаге, клеях, замазках и пластических массах. ПХБ, как было сказано выше, токсичны.

В) Пестициды

Пестициды — общепринятое в мировой практике собирательное название химических средств защиты растений и животных, состоящее из двух слов — pestis — вред и cido — убивать (смысловой перевод — вредоубивающие средства).

Для борьбы с вредителями и болезнями сельскохозяйственных культур сначала использовали вещества, содержащие тяжелые металлы, такие, как свинец, мышьяк и ртуть. Эти неорганические соединения называют пестицидами первого поколения.

Современные пестициды представляют собой большую группу органических веществ, токсичных для разного рода нежелательных организмов. По механизму биологического действия они подразделяются на:

зооциды (для борьбы с грызунами);

инсектициды (для борьбы с вредными насекомыми);

акарициды (для борьбы с растительноядными клещами);

нематоциды (для борьбы с круглыми червями);

фунгициды (для борьбы с грибными болезнями растений и различными патогенными грибами);

бактерициды (для борьбы с бактериями и бактериальными болезнями растений);

гербициды (для борьбы с сорными растениями);

десиканты (для высушивания листьев на корню);

фумиганты (для окуривания угодий или помещений);

ретарданты (для регуляции роста и развития растений);

репелленты (для отпугивания насекомых, грызунов);

Успехи применения пестицидов в 1950-70-е гг. вызвали интерес к использованию аналогичных методов в водном хозяйстве. Стали исследовать возможность применения гербицидов, альгицидов, моллюскоцидов, ихтиоцидов и других биоцидов для подавления или сокращения численности «сорных» и «вредных» гидробионгов. Неприятной неожиданностью стало то, что в водных экосистемах отрицательные последствия применения пестицидов оказались даже резче и острее, чем в экосистемах наземных.

Г) Синтетические поверхностно-активные вещества

Обычные мыла изготавливаются нагреванием сала с каустической содой. Основной активный компонент такого мыла - стеарат натрия:  легко разлагается в водной среде и представ­ляет опасность для окружающей среды не большую, чем другие легко- окисляемые органические вещества, аходящие в состав бытовыхсточных вод.

Но с 1950-х гг. начали применяться более эффективные синтетиче­ские моющие средства (СМС). В таких моющих средствах содержатся активные соединения - сурфактанты (детергенты), обладающие более сильными поверхностно-активными свойствами, чем «натуральное» мыло. Кроме того, СМС, или синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), лучше стирают в жесткой воде, в которой примене­ние обычного мыла, как известно, затруднено.

Если мыло в воде подвергается полному гидролизу и разлагается до легко усвояемых водной микрофлорой соединений, то СМС обладают многими нежелательными свойствами (вспенивание воды, возникновение кисло­родного дефицита, токсичность для гидробионтов). Кроме того, входя­щие в состав СМС фосфатные наполнители вызывают эвтрофирование водоемов.

Кроме того, они содержат добавочные ингредиенты: ароматизи­рующие вещества, отбеливающие реагенты (персульфаты, пербораты), токсичные для водных организмов.

Загрязнение атмосферы

Наиболее реакционноспособны в атмосфере радикалы гидроксила, образующиеся при фотодиссоциации молекул воды

Н₂О+ hυ → Н* + OH

OH + hυ → Н* + О

или при фоторазложении озона

O₂ + О → O₃*

О + Н₂О → 2 OH

Реакция между ним и диоксидом азота приводит к образованию важной составляющей кислотных дождей

NO₂ + OH → НNO₃

Газы, имеющие низкие скорости реакций с ОН, накапливаются в тропосфере и проникают в стратосферу, где преобладают химические процессы с участием атомарного кислорода.

Обзор загрязнения атмосферы

Первичное загрязнение

Обычный процесс сгорания топлива описывается как

4СН + 50₂  4С0₂ + 2 Н₂0.

При недостатке кислорода

4СН + 30₂  4СО + 2Н₂0,

или

4СН + 0₂  4С + 2Н₂0.

Могут образовываться и полициклические углеводороды (напр., бенз(а)пирен).

Специфическое действие на человека и животных СО оказывает, связываясь с гемоглобином. В отсутствие СО гемоглобин связывается с 0₂ с образованием оксигемоглобина, транспортирующего кислород с кровотоком внутри организма. Способность СО связываться с гемоглобином в 210 раз превышает тако­вую 0₂. Образовавшийся карбоксигемоглобин не способен переносить кислород. В норме у некурящих людей доля карбоксигемоглобина от общего содержания гемоглобина составляет 0,3-0,5 %. При вдыхании СО содержание карбоксигемоглобина растет и обеспеченность организ­ма кислородом снижается.

Вторичное загрязнение

Вторичное загрязнение атмосферы впервые ярко проявилось в Лос- Анджелесе в годы второй мировой войны. Первичные загрязнители ат­мосферы, образующиеся при сгорании топлива угля и древесины, в наше время уступают первое место по вкладу в загрязнение городского возду­ха веществам, выбрасывающимся двигателями внутреннего сгорания. В цилиндрах двигателей при высоких температурах и давлениях образу­ются окислы азота (NO и NO₂, вместе обозначающиеся как NO_x). Дву­окись азота фотохимически активна и вызывает образование фотохими­ческого смога, реакции в котором и производят действующие загряз­няющие вещества (вторичные загрязнители).

Реакции в фотохимическом смоге:

N 0₂ + hv О + NO,

О + 0₂ + М * О₃ + М,

О ₃ + NO * 0₂ + NO ₂

приводят к образованию озона - главного индикатора фотохимическою смога. Как правило, озон не разрушается в ходе последней описанной реакции, а накапливается, поскольку присутствующие в смоге продукты неполного сгорания топлива (в качестве примера взят метан) и радикалы гидроксила направляют реакцию по пути

ОН + СН₄ Н₂О + СН₃0₂,

СН₃0₂ + N 0  СН₃О + N 0₂,

СН ₃ О + 0 ₂  НСНО + Н0₂

Н0 ₂ + N 0 N 0 ₂ + ОН,

приводящему к дальнейшему росту концентрации двуокиси азота (сле­довательно, к продолжению фотохимических процессов) и образованию альдегидов, которые в ходе дальнейших реакций могут превращаться в другие раздражающие глаза вещества, например, в пероксиацетилнитрат (ПАН) - СНзС00 ₂ N 0₂. И озон, и двуокись азота затрудняют дыхание, озон и альдегиды раздражают слизистые оболочки, вызывают головную боль.

Озон

Возможное разрушение озонового слоя, защищающего жизнь на Земле от губительного воздействия жесткой космической радиации и большей части ультрафиолетовой части спектра солнечного излучения, стало с 1980-х гг. одной из самых обсуждаемых проблем современности.

При взаимодействии высокоэнергетических квантов УФ-излучения с молекулярным кислородом происходит фотораспад последнего:

Оз + hv * О₂ + О

Образовавшийся атомарный кислород реагирует с молекулярным кислородом с образованием озона:

О ₂ + 0 * Оз.

Весь озон, содержащийся в атмосфере, если его сконцентрировать при давлении, равном атмосферному у поверхности, составил бы слой мощностью 3 мм. Поглощение УФ—излучения при синтезе и разложении озона очень велико. Так. излучение с длиной волны 250 нм ослабевает, проходя через озоновый слой в 10³⁰ раз.

Разрушение озона

Озон разрушается в фотохимическом процессе

Оз + hv * О₂ + О,

O ₃ + O 2 O ₂,

вместе с дополнительной реакцией

О+О+М * О₂ + М

М забирает избыточную энергию в процессе реакции. Этим М мо­жет быть молекула 0₂ или N₂. На самом деле в реакциях принимают участие водород, азот и хлорсодержащие формы:

OH + O ₃ O ₂ + HO ₂

HO ₂ + O OH + O ₂

N ₂ O + O  2 NO

NO + O ₃ O ₂ + NO ₂

NO ₂ + O ON + O ₂

Cl + O ₃  O ₂ + ClO

ClO + O Cl + O ₂

Окись азота попадает в стратосферу из двигателей сверхзвуковой авиации, закись азота проникает из тропосферы, источник хлора - хлор-фторуглеводороды (ХФУ), в первую очередь, хлорфторметаны. Можно отметить и то, что в стратосфере присутствует и природный хлор, по­ступающий в атмосферу из океана. Основная его форма — метилхлорид (СН₃С1), но природный хлор составляет только % хлора, переносимого через тропопаузу.

Хлорфторуглеводороды и озон

Наиболее распространенными в настоящее время в атмосфере хлор-фторуглеводородам и (ХФУ) являются Фреон-11 (CFCl₃) и Фреон-12 (CF₂CI₂). Их широкое поступление в атмосферу началось с 1970-х гг. благодаря их использованию для аэрозолей и в качестве охлаждающих веществ.

Под действием УФ-излучения ХФУ фотодиссоциируют с образова­нием атомарного хлора:

Атомы хлора, как сказано выше, становятся катализаторами разло­жения озона:

по суммарному уравнению реакции

Как правило, реакция протекает с участием еще и «третьих веществ» (см. выше):

Т. е. суммарная реакция будет выглядеть как

Источники и распространение

Главными источниками кислотных осадков являются двуокись серы (SО₂) и окиси азота (NO_x), образующиеся при сжигании угля, нефти, бензина, плавке руд, содержащих серу. Окислы выпа­дают в виде дождя, содержащего H₂SO₄ и HNO₃, и сухих осадков в фор­ме аэрозолей или в виде газов. В целом, SO₂ и NO_x составляют примерно половину кислотных техногенных выбросов. На третьем месте следует поставить хлорид- ионы, образуемые промышленностью, особенно, мусоросжигающи­ми печами.

Подъем температуры

Наиболее видимым проявлением изменений климата является подъ­ем температуры. Согласно МГЭИК средняя глобальная температура поднялась на 0,6 °С по сравнению с доиндустриальным периодом. По прогнозам МГЭИК, продолжение роста выбросов ПГ с современной скоростью, приведет к удвоению их концентрации в атмосфере к 2080 г.,что вызовет потепление в среднем на 2,5 °С, а над континентами - на 4 °С. Дальнейший рост концентрации ПГ до содержания в атмосфере в 4 раза выше, чем в доиндустриальную эпоху, закончится катастрофиче­ским потеплением на 10 °С.

В гоже время, в начале XX века сеть наземных метеостанций охва­тывала менее 50 % суши, спустя 100 лет - не более 90 % суши. Таким образом, мы располагаем систематическими данными, относящимися всего лишь к 29% земной поверхности. Поток информации закономерно возрастаег по мере увеличения сети обсерваторий и совершенствования аппаратурной базы мониторинга. Таким образом, потепление очень мо­жет оказаться лишь мнимым эффектом.

Следует помнить, что глобальный климат может изменяться под действием и геологических, и астрономических факторов. Например, спад солнечной активности (на 0,4 %) считают ответственным за похо­лодания 1400-1510 г. и XVII в. В настоящее время цикл солнечной ак­тивности короче на несколько месяцев, чем столетие назад. Большая солнечная активность, соответственно, может быть связана с потеплени­ем планеты.

В периоды ускорений вращения Земли (когда длительность суток уменьшается) увеличивается масса льда в Антарктиде, повышается темп роста температуры в Северном полушарии, учащаются положительные аномалии глобальной облачности. В периоды замедлений масса льда в Антарктиде уменьшается, снижается темп роста среднеглобальной тем­пературы, наблюдаются отрицательные аномалии глобальной облачно­сти. Скорость вращения Земли изменяется как под действием космиче­ских факторов (прецессия, нутации), так и процессов внутри земного шара, атмосферной циркуляции.

Наибольшая скорость вращения планеты (длительность суток была на 0,003 с короче эталонной) отмечена в 1870 г. Наименьшая наблюда­лась около 1903 г. (сутки были на 0,004 с длиннее эталонных). С 1903 по 1934 гг. вращение ускорялось, с 1930-х по 1972 г. - замедлялось. Уско­рение вращения Земли, начавшееся в 1973 г., должно закончиться к 2010 г. и смениться замедлением.

Сейчас почти общепринято, что «каждый период глобального похо­лодания проходил одновременно с падением содержания, как двуокиси углерода, так и метана в атмосфере, а каждый раз, когда планета нагре­валась, имел место всплеск концентрации тех же газов.

Вместе с тем палеоклиматические данные свидетельствуют о том, что были и такие периоды, когда концентрация углекислоты возрастала в 4 раза, а приземная температура воздуха оставалась практически по­стоянной. Так 440 млн. лет назад концентрация СО₂ на порядок величи­ны превосходила современную, но наблюдалось оледенение (ледники покрывали обширные регионы тогдашнего суперконтинента Гондваны).

Отмечались и противоположные ситуации: существенные изменения температуры происходили при почти неизменной концентрации СО₂. 135 тыс. лет назад произошло сильное понижение температуры почти на 8 °С, но при этом наблюдались лишь небольшие колебания концентра­ции СОо.

Для объяснения потепления климата в период плиоцена парниковым эффектом необходимо предположить, что произошло повышение кон­центрации СО₂ в 4 раза по сравнению с современной, тогда как в дейст­вительности она была близка к современной. В середине каменноуголь­ного периода теплый климат был обусловлен не парниковыми газами, а переносом тепла в океане.

Исторические хроники, на которые последнее время мало обращают внимание, свидетельствуют о том, что подобные современному потеп­ления отмечались и в прошлом. Приведем несколько примеров, хорошо забытых сегодня:

875 год - открыт остров, который, благодаря буйной растительности, был назван «зеленой землей» — Гренландией. Сегодня он покрыт льдом;

XI век - арктические моря были свободны ото льда, в результате ви­кинги достигли острова Нью-Фаундленд;

XII-XIII века - малый климатический оптимум. Было тепло и в Ве­ликобритании и Прибалтике культивировался виноград.

Подобные изменения являются климатическими эпизодами, завер­шавшимися возвращениями к некоему среднестатистическому, либо близкому к нему, состоянию.

Парниковые газы в атмосфере

Долгое время жизни ПГ в атмосфере говорит о долго­временности последствий их выбросов. Так, если даже полностью пре­кратится выброс фреонов, то и через 100 лет их концентрация будет со­ставлять третью часть современной.

Объем антропогенных выбросов СО₂ в атмосферу в 2003 г. составил 2,6* 10¹⁰ т год при суммарном содержании СО₂ в атмосфере Земли - 2,4* 10¹⁴ т (т.е. выбросы составили примерно одну десятитысячную со­держания в атмосфере).

На рост концентрации СО₂ значительное влияние оказывает вырубка лесов.

По мнению К. Я. Кондратьева, «наблюдаемое увеличение концен­трации СО₂ является следствием небольшого изменения природно обу­словленного потока СО₂ за счет усиления дегазации более теплого океа­на и интенсификации процессов окисления на суше и в океане, вызван­ных природными флуктуациями климата. Наблюдаемые флуктуации СО₂ в атмосфере не согласуются с монотонным трендом возрастания ан­тропогенно обусловленных выбросов в атмосферу за счет сжигания ис­копаемых топлив» (Кондратьев, 1999. С. 582). То есть, рост концентра­ции двуокиси углерода в атмосфере - не причина, а следствие роста температуры. Нельзя забывать, что 90% природного СО₂ растворены в водах океанов. Нарастание концентрации СО₂ в атмосфере следует за потеплением: океан, нагреваясь, сбрасывает избыток СО₂. И, наоборот, при похолодании - поглощает СО₂.

Как считают эксперты, рост температуры приведет к разбалансировке климата и, соответственно, к увеличению частоты и интенсивности природных катастроф. Ожидаются многочисленные штормы, наводне­ния, засухи, пыльные бури, резкое повышение уровня моря, смывы бе­регов, смешение морских вод с подземными, падение урожаев, гибель лесов, затопление островов. Кроме того, предсказывается широкое рас­пространение малярии, различных лихорадок, других болезней, привя­занных сейчас к тропическому поясу. Все это неминуемо приведет к со­циальным проблемам - росту числа «экологических беженцев», людей покидающих затапливаемые или опустыниваемые земли. Губительное влияние изменения климата, как полагают многие, уже ощущается. В доказательство этого предположения приводят рост частоты и интен­сивности засух, лесных пожаров, наводнений, смерчей, ураганов, тропи­ческих штормов, наносящих ущерб экономике и уносящих жизни людей. Считается (Retallack, 1999), что существует корреляция между потеплением и частотой природных катастроф. В средствах массовой информа­ции приводятся сведения о росте температуры почвы на северо-западе Канады и на Аляске, прогревании тундры в Сибири, вызывающем по­вышенное выделение метана в атмосферу, перемещении растений, насе­комых, птиц, млекопитающих на север, в регионы, прежде слишком хо­лодные для них.

Подобные прогнозы свидетельствуют, главным образом, о серьезной недооценке сложности климатической системы и трудности прогноза климата. Пределы среднегодовой чувствительности климата (приземной температуры воздуха) к удвоению концентрации СО₂ составляют, по со­временным оценкам, 1,5-4,5 °С (Climate Change..., 1997). Вместе с тем наблюдавшийся за период 1981-91 гг. рост биомассы бореальных лесов порядка 10 % (за счет роста концентрации СО₂) может быть важным фактором биосферной обратной климатической связи. Потепление кли­мата порождает кратковременное усиление выбросов СО₂ в результате интенсификации распада верхних растаявших слоев вечной мерзлоты, но долговременный эффект состоит в росте усвоения СО₂ в результате распада органического компонента почвы, ведущего к повышению со­держания минерального азота и. соответственно, - к стимуляции разви­тия растительности и формированию стока углерода из атмосферы.

Аридизация почвы.

Аридизация почвы – это сложный и разнообразный комплекс процессов уменьшения увлажненности обширных территорий и вызванного этим сокращения биологической продуктивности экологических систем «почва – растения». Проявления аридизации (от частых засух до полного опустынивания) на обширных территориях Африки, Юго-Восточной и Южной Азии, ряда стран Южной Америки крайне обостряют проблемы продовольствия, кормов, воды, топлива, вызывают глубокие изменения экосистемы. Угодья, окаймлявшие пустыни, не выдерживают нагрузки и сами превращаются в пустыни, что приводит к ежегодной потере тысяч гектаров пригодных для сель