Наслідки глобального характеру

Головними екологічними наслідками глобального характеру забруднення атмосфери є парниковий ефект та стратосферний озон.

Парниковий ефект. Останні роки ми помічаємо потепління клімату. Літо стає жаркішим, зима – м’якшою. Вчені помітили, що в останні 100-130 років наша атмосфера помітно потеплішала і цей процес невмолимо продовжується, середня температура вперто повзе вверх. Лише за останні 100 років середньорічна температура підвищилась щонайменше на 0,3-0,6^оС. Глобальне потепління пояснюють так званим «парниковим ефектом». Образну назву «парниковий ефект» одержало природне явище, суть якого полягає в тому, що атмосфера затримує теплове випромінювання, яке йде від земної поверхні (подібно до плівки над городнім парником). Механізм утворення полягає в наступному: енергія, що надходить на нашу планету від Сонця, визначає хід усіх біологічних процесів на Землі.

Сонячне випромінювання на 97% складається з електромагнітних випромінювань, 3% корпускулярного потоку заряджених частин. 48% електромагнітних випромінювань припадає на видиму область спектру, 45% – на інфрачервону, 7% – на ультрафіолетову область. До земної поверхні доходить лише 50% сонячного випромінювання, і то в основному коротко-хвилевого. Випромінювання, яке досягло Землі, нагріває її. Нагріта земля у свою чергу випромінює довгохвилеву інфрачервону (теплову) радіацію, яка частково йде в космос, а частково залишається в атмосфері і нагріває її за рахунок того, що 96% цього випромінювання поглинається вуглекислим газом, водяною парою, оксидами азоту та сірки і т.д. Утримання довго-хвилевого випромінювання створює додатковий тепловий ефект, який призводить до додаткового нагріву атмосфери.

Трьохатомні гази і особливо вуглекислий газ - СО₂ відіграють вирішальну роль у посиленні парникового ефекту.

В останнє сторіччя в результаті людської діяльності вміст СО₂ в атмосфері виріс більш ніж на чверть. Протягом останніх 100 років внесок СО₂ в сумарні викиди становив приблизно 66%. Починаючи з 80-х років, внесок вуглекислого газу в глобальне потепління став менш значним. З’явилися нові речовини з парниковим ефектом – в першу чергу хлорфторвуглеці, в тому числі добре відомі фреони. Існують шість основних парникових газів, які входять до хімічного складу атмосфери: водяна пара, вуглекислий газ, метан, озон, оксиди азоту і останнім часом хлорфторвуглеці. Крім них, усі інші парникові гази зустрічаються в природі.

Якщо подивитися на викиди СО₂ в світі, то найбільше цього газу викидається в розвинутих країнах: США, Японії, Канаді, країнах західної Європи: Німеччині, Англії, Італії, Росії. Україна посідає 10 місце у світі за викидами СО₂. Ліси, океани та грунти поглинають СО₂, утримуючи рівновагу між кількістю СО₂ в атмосфері, у воді і грунтах. Але людська діяльність призводить до негативного впливу на цю рівновагу.

Поки що недостатньо достовірно визначено потенційні наслідки збільшення в атмосфері концентрації вуглекислого газу та інших парникових газів, але найбільш вірогідним з них є глобальна зміна температурного режиму. Підвищення температури може викликати цілу низку таких явищ, як підвищення рівня моря та зміни в локальних кліматичних умовах, що, у свою чергу, може негативно вплинути на соціально-економічний розвиток багатьох країн. Нема сумніву в тому, що глобальне потепління може викликати непередбачені зміни в довкіллі, а населенню Землі може бути заподіяно непоправної шкоди.

Моделлю парникового ефекту в масштабах планети може слугувати клімат Венери. Її щільна атмосфера, що складається на 98% з вуглекислого газу, розжарена до температури 500^о С. Комп’ютерні моделі показали, що якщо вміст парникових газів в атмосфері буде продовжувати зростати, то наприкінці XXI століття середньорічна температура збільшиться на 1,4 – 5,8°С. При цьому рівень Світового океану підніметься на декілька десятків сантиметрів – не стільки внаслідок розтоплення полярного льоду, скільки внаслідок теплового розширення верхнього прогрітого шару. Частина приморських країн може повністю зникнути в морі. В Єгипті результати досліджень показали, що внаслідок підвищення рівня моря на один метр буде затоплено регіон, в якому зараз проживає 15% населення країни і виробляється 16% продовольства. Однак глобальне потепління створить проблеми не тільки жителям приморських країн. Підвищення середньої світової температури усього лише на декілька градусів може призвести до величезних змін у кліматі планети. Це буде означати зсув усіх кліматичних зон від екватора до полюсів: південна частина тундри заросте тайгою, на півдні сьогоднішньої тайги виростуть широколистні ліси. І людям, і тваринам доведеться звикати до нового клімату. Збільшиться ризик виникнення таких стихійних лих, як циклони, посухи, пожежі, повені, урагани. Відомо, що кількість стихійних лих на нашій планеті протягом 80-х років ХХ століття збільшилась удвічі порівняно з 70-ми роками. У сільському господарстві зміниться врожайність і якісний склад культур, а це, у свою чергу, позначиться на тваринництві. В енергетичному секторі найбільш уразливою буде гідроенергетика. Почнуть масово розмножуватися кровососні комахи та шкідники лісу. Багато тропічних та субтропічних видів комах розповсюдяться на північ і разом з ними будуть розповсюджуватись хвороби, які вони можуть переносити, – малярія, тропічні вірусні лихоманки тощо. Також можливі різкі відхилення температури в обидва боки від середньої. Те ж саме буде спостерігатися з опадами, вітрами – зміняться не стільки середні їх величини, скільки відхилення від них.

Тож як вирішувати проблему глобального потепління? У грудні 1998 року в Японії (Кіото) відбулася Міжнародна конференція із проблем клімату, де була встановлена квота кожній країні на викиди СО₂ в атмосферу. Конвенцію підписали всі держави–члени ООН, в тому числі і Україна. Згідно з цією конвенцією і Кіотським протоколом, що є її доповненням, промислово розвинуті країни повинні з 2008 по 2012 роки зменшити, як мінімум на 5% порівняно з рівнем 1990 року, загальні викиди шести парникових газів. Україна має стабілізувати викиди цих газів на рівні 1990 року.

«Озонова дірка». Розташований в атмосфері на висоті 20–35 км озоновий шар є природним захисним бар’єром від проникнення на поверхню Землі жорсткого ультрафіолетового випромінювання Сонця. Цей шар має відносно невелику товщину, проте він надійно захищає живу речовину атмосфери від згубного впливу ультрафіолетової радіації. Як вперше помітили метеорологи США, останнім часом озоновий шар атмосфери зазнає руйнування. В 1971 році на Міжнародній асамблеї метеорологів і фізиків атмосфери шведський геофізик Крутцен звернув увагу на руйнування озонового шару Землі. Він припустив, що причиною є висотні літаки. Пізніше ця гіпотеза була спрощена.

Аналіз сучасних даних говорить, що за останні десятиріччя вміст озону над Антарктидою зменшився на 50%, а над Північним полюсом на 10%. Внаслідок руйнування озонового шару концентрація озону почала зменшуватися в деяких місцях. На початках часто виникала «пульсівна дірка». Вміст озону в ній менший від звичайного на 40–50%. Ця “дірка» чітко виявляється з серпня по жовтень, а нині вона не затягується і влітку та має надзвичайно велику площу, що дорівнює площі Антарктиди. З’явилося поняття «озонова дірка». Це спричинює збільшення кількості захворювань людей на рак шкіри та катаракту. «Озонову дірку» виявлено і в Північній півкулі над Антарктикою. Збільшення «озонової дірки» призводить до зниження імунітету та збільшення частоти інфекційних захворювань людей і тварин. Як стверджує «Грінпіс», зменшення товщини озонового шару на 10% призводить до збільшення захворювань на рак шкіри 300 тис. населення.

Щодо причин руйнування озонового шару, є гіпотеза, що цей небажаний і небезпечний процес інтенсивно відбувається під дією деяких хімічних речовин – хлорфторпохідних вуглецю (фреонів), а також тетрахлориду карбону, метил хлороформу та інших. Зазвичай у стратосфері озон утворюється внаслідок дії ультрафіолетових променів Сонця (короткохвилевого випромінювання, 240-320 нм.):

О₂ + hn ® 2O*

O* + O₂ ® O₃

Але паралельно відбувається природний процес руйнування:

O₃ + hn ® O₂ + O*

O₃ + O* ® 2O₂

Отже у стратосфері підтримується рівновага, атоми кисню знаходяться у рівновазі з атомами озону.

3O_{2 «} 2O₃

Внаслідок дії антропогенних чинників в атмосфері є значна кількість сполук, які сприяють руйнуванню озону. Надмірна кількість оксидів азоту призводить до того, що останні проникають у стратосферу і там вступають у взаємодію з озоном:

NO + O₃ ® NO₂ + O₂

NO₂ + O* ® NO + O₂

Тобто O* іде не на утворення O₃, взаємодіючи з киснем (див. вище), а на відновлення азоту. Проте вирішальну роль у руйнуванні озонового шару має не наявність оксидів азоту, не зміна сонячної активності чи особливості циркуляції атмосферного повітря, а наявність фреонів – фторхлорпохідних вуглеводнів, які широко застосовують у техніці і побуті, як холодоагенти, розпорошувачі в аерозольних упаковках тощо. Під дією ультрафіолетового випромінювання фреони розкладаються з виділенням атомарного хлору, який є ефективним каталізатором розщеплення озону на кисень.

Фреони у нижніх шарах атмосфери інертні, погано розчинні у воді гази. Через специфічну особливість циркуляції повітряних мас іде зростання концентрації останніх на полюсах. Під дією ультрафіолетових променів Сонця фреони розкладаються:

CF₂CI₂ + hn ® CF₂CI + CI*

CI* + O₃ ® CIO* + O₂

CIO* + O* ® CI* + O₂

CIO* + O₃ ® CI* + 2O₂

Як бачимо, O* іде не на утворення O₃, взаємодіючи з киснем (див. вище) і навіть не на відновлення азоту, де процес тим і закінчується, а регенерується атомарний хлор, який вступає в реакцію з новою молекулою озону, тим самим сприяє відновленню циклу руйнування. Процес автоматично підтримується, тому одна молекула фреону може руйнувати безмежну кількість О₃. Сумарне рівняння реакції руйнування озону має вигляд:

O* + O₃ ® 2O₂

Якщо врахувати те, що час життя фреонів в атмосфері становить 50-80 років, а їх концентрація продовжує безперервно зростати, то стає цілком зрозумілим, чому проблема носить глобальний характер. На Україні значний внесок надходження фтору в атмосферу здійснює виробництво фосфоровмісного добрива, польовошпатові руди, які використовуються у чорній та кольоровій металургії. Руйнування озонового шару спричинюють також космічна і ракетна техніка та сучасні надзвукові літаки.

З метою запобігання подальшому руйнуванню озонового шару атмосфери уряди багатьох країн підписали у 1985 р. у Відні (Австрія) Конвенцію про охорону атмосферного озону і скорочення виробництва фреонів та інших речовин, що руйнують озон.