Усугубившийся по ряду объективных причин парниковый эффект приобрел негативные последствия для экологии на планете. Узнайте подробнее о том, что такое парниковый эффект, каковы причины и пути решения возникших экологических проблем.
Парниковый эффект: причины и последствия
Первое упоминание о природе парникового эффекта появилось в 1827-м в статье ученого-физика Жана Батиста Жозефа Фурье. Его труды были основаны на опыте швейцарца Никола Теодора де Соссюра, который измерил температуру внутри сосуда с затемненным стеклом, когда его поставили под солнечный свет. Ученый выяснил, что температура внутри выше из-за того, что тепловая энергия не может пройти сквозь мутное стекло.
На примере этого опыта Фурье описал, что не вся солнечная энергия, достигающая поверхности Земли, отражается в космос. Парниковый газ удерживает в нижних слоях атмосферы часть тепловой энергии. Он состоит из:
- углекислоты;
- метана;
- озона;
- водяного пара.
Что такое парниковый эффект? Это увеличение температуры нижних атмосферных слоев из-за скопления тепловой энергии, которую удерживают парниковые газы. Атмосфера Земли (ее нижние слои) из-за газов получается достаточно плотной и не пропускает в космос тепловую энергию. В результате поверхность Земли нагревается.
По состоянию на 2005 год среднегодовая температура земной поверхности выросла на 0,74 градуса за последнее столетие. В ближайшие годы ожидается ее стремительное повышение по 0,2 градуса за каждое десятилетие. Это необратимый процесс глобального потепления. Если динамика сохранится, то через 300 лет произойдут непоправимые экологические изменения. Поэтому человечеству грозит вымирание.
Ученые называют такие причины возникновения глобального потепления, как:
- масштабная промышленная деятельность человека. Она ведет к увеличению выброса газов в атмосферу, что изменяет ее состав и приводит к росту запыленности;
- сжигание ископаемого топлива (нефти, угля, газа) на тепловых электростанциях, в двигателях автомобилей. В результате увеличиваются выбросы углекислоты. Кроме того, растет интенсивность энергопотребления - при увеличении населения земного шара на 2% в год потребность в энергии увеличивается на 5%;
- бурное развитие сельского хозяйства. Результат - увеличение выбросов метана в атмосферу (чрезмерная выработка удобрений из органики в результате гниения, выбросы из биогазовых станций, увеличение количества биологических отходов при содержании скота/птицы);
- увеличение количества свалок, из-за чего растут выбросы метана;
- вырубка лесов. Она приводит к замедлению поглощения углекислого газа из атмосферы.
Последствия глобального потепления чудовищны для человечества и жизни на планете в целом. Итак, парниковый эффект и его последствия вызывают цепную реакцию. Убедитесь в этом сами:
1. Самая большая проблема заключается в том, что из-за повышения температуры на поверхности Земли начинают таять полярные льды, из-за чего повышается уровень моря.
2. Это приведет к затоплению плодородных земель в долинах.
3. Затопление крупных городов (Санкт-Петербург, Нью-Йорк) и целых стран (Нидерланды) приведет к социальным проблемам, связанным с необходимостью переселения людей. В итоге возможны конфликты и массовые беспорядки.
4. Из-за прогревания атмосферы период таяния снегов сокращается: они тают быстрее, а сезонные дожди быстрее заканчиваются. В результате увеличивается количество засушливых дней. По подсчетам специалистов, при повышении среднегодовой температуры на один градус около 200 млн га лесных массивов превратятся в степи.
5. Из-за уменьшения количества зеленых насаждений снизится переработка углекислого газа в результате фотосинтеза. Парниковый эффект усилится, и глобальное потепление ускорится.
6. Из-за нагревания поверхности Земли увеличится испарение воды, что усилит парниковый эффект.
7. Из-за повышения температуры воды и воздуха возникнет угроза для жизни ряда живых существ.
8. Из-за таяния ледников и роста уровня Мирового океана сдвинутся сезонные границы, участятся климатические аномалии (штормы, ураганы, цунами).
9. Рост температуры на поверхности Земли негативно скажется на здоровье людей, а кроме того, спровоцирует развитие эпидемиологических ситуаций, связанных с развитием опасных инфекционных заболеваний.
Парниковый эффект: пути решения проблемы
Глобальные проблемы экологии, связанные с парниковым эффектом, можно предотвратить. Для этого человечество должно согласованно устранить причины возникновения глобального потепления.
Что следует предпринять в первую очередь:
- Уменьшить количество выбросов в атмосферу. Этого можно добиться, если повсеместно ввести в эксплуатацию более экологичное оборудование и механизмы, установить фильтры и катализаторы; внедрить «зеленые» технологии и процессы.
- Снизить энергопотребление. Для этого потребуется перейти на выпуск менее энергоемкой продукции; увеличить КПД на электростанциях; задействовать программы термомодернизации жилья, внедрить технологии, повышающие энергоэффективность.
- Изменить структуру источников энергии. Увеличить в общем объеме вырабатываемой энергии долю полученной из альтернативных источников (солнце, ветер, вода, температура грунта). Сократить использование ископаемых энергетических источников.
- Развивать экологически чистые и низкоуглеродные технологии в сельском хозяйстве и промышленности.
- Увеличить использование ресурсов вторичной переработки сырья.
- Восстановить леса, эффективно бороться с лесными пожарами, увеличивать площади зеленых насаждений.
Пути решения проблем, возникших из-за парникового эффекта, известны каждому. Человечеству необходимо осознать, к чему приводят его непоследовательные действия, оценить масштаб надвигающейся катастрофы и принять участие в спасении планеты!
Парниковый эффект – явление при котором поступающее на Землю солнечное тепло задерживается у поверхности Земли так называемыми парниковыми или оранжерейными газами. К числу этих газов относятся известные нам углекислый газ и метан, содержание которых в атмосфере неуклонно увеличивается. Этому способствует прежде всего не только сжигание гигантских объемов топлива, но и ряд других факторов среди которых сведение лесов, выбросы в атмосферу фреонов, неправильное ведение сельского хозяйства и перевыпас скота. Особенно опасно и нежелательно сведение лесов. Оно приведет не только к водной и ветровой эрозии, нарушив тем самым почвенный покров, но и продолжит невозобновимую убыль органического вещества биосферы, того самого что поглощает углекислый газ из атмосферы. Нельзя не отметить и тот факт что как минимум 25 % содержащегося в атмосфере этого газа обязано своим наличием именно неоправданным вырубкам леса в северном и южных поясах. Еще больше тревожат данные согласно которым сведение лесов и сжигание топлива по выбросам углекислого газа уравновешивают друг друга. Страдают леса и из – за чрезмерного использования их для отдыха и рекреации. Зачастую пребывание туристов приводит в таких случаях к механическому повреждению деревьев их последующей болезни и гибели. Массовое посещение же способствует вытаптыванию почвы и нижних ярусов растительности.
Весьма ощутимо вырождение лесов при значительном загрязнении воздуха. Летучая зола, угольная и коксовая пыль закупоривают поры листьев, уменьшают доступ света к растениям и ослабляют процесс ассимиляции. Загрязнение почвы выбросами пыли металлов, мышьяковой пылью в соединении с суперфосфатом или серной кислотой отравляет корневую систему растений, задерживая ее рост. Токсичен для растений и сернистый ангидрит. Полностью уничтожается растительность под воздействием дымов и газов медеплавильных комбинатов в непосредственной близости от них. Ущерб растительному покрову, и в первую очередь лесам, наносится при выпадении кислых осадков в результате разноса соединений серы на сотни и тысячи километров. Региональное деструктивное воздействие на лесные почвы оказывают кислые осадки. Ощутимое уменьшение биомассы лесов происходит, по-видимому, и из-за пожаров. Конечно для растений свойственен процесс фотосинтеза в ходе которого растения усваивают двуокись углерода, служащей им биомассой, но в последнее время уровень загрязнении возрос настолько что растения уже не справляются с ним. По оценкам ученых за год вся растительность суши улавливает из атмосферы 20 – 30 млрд. тонн С в форме его двуокиси, причем только одна Амазония поглощает до 6 млрд. тонн вредных примесей атмосферы. Важную роль в усвоении углекислого газа принадлежит водорослям.
Еще одной проблемой современного динамично развивающегося мира является неправильное ведение сельского хозяйства, использующего в ряде случаев еще не изжитую в приэкваториальных районах подсечно – огневую систему и перевыпас скота приводящий все к тому же уплотнению почв. Традиционным является и проблема сжигания топлива и выброса опасных промышленных газов таких как фреоны.
История исследования парникового эффекта
Интересную точку зрения выдвинул советский климатолог Н. И. Будыко в 1962 году. По его расчетам прогнозируется увеличение концентрации атмосферного СО 2 в 2000 г. до 380 частей на миллион, в 2025 г. - до 520 и в 2050г. - до 750. Среднегодовая приземная глобальная температура воздуха увеличится, по его мнению, по сравнению с ее значением в начале ХХ в. на 0,9 градусов по Цельсию в 2000 г., на 1,8 градусов в 2025 г. и на 2,8 градусов в 2050 г. То есть оледенения нам ждать не следует.
Однако изучать парниковый эффект начали гораздо раньше. Идея о механизме парникового эффекта была впервые изложена в 1827 году Жозефом Фурье в статье «Записка о температурах земного шара и других планет», в которой он рассматривал различные механизмы формирования климата Земли, при этом он рассматривал как факторы, влияющие на общий тепловой баланс Земли (нагрев солнечным излучением, охлаждение за счёт лучеиспускания, внутреннее тепло Земли), так и факторы, влияющие на теплоперенос и температуры климатических поясов (теплопроводность, атмосферная и океаническая циркуляция).
При рассмотрении влияния атмосферы на радиационный баланс Фурье проанализировал опыт М. де Соссюра с зачернённым изнутри сосудом, накрытым стеклом. Де Соссюр измерял разность температур внутри и снаружи такого сосуда, выставленного на прямой солнечный свет. Фурье объяснил повышение температуры внутри такого «мини-парника» по сравнению с внешней температурой действием двух факторов: блокированием конвективного теплопереноса (стекло предотвращает отток нагретого воздуха изнутри и приток прохладного снаружи) и различной прозрачностью стекла в видимом и инфракрасном диапазоне.
Именно последний фактор и получил в позднейшей литературе название парникового эффекта - поглощая видимый свет, поверхность нагревается и испускает тепловые (инфракрасные) лучи; поскольку стекло прозрачно для видимого света и почти непрозрачно для теплового излучения, то накопление тепла ведёт к такому росту температуры, при котором количество проходящих через стекло тепловых лучей достаточно для установления теплового равновесия.
Фурье постулировал, что оптические свойства атмосферы Земли аналогичны оптическим свойствам стекла, то есть её прозрачность в инфракрасном диапазоне ниже, чем прозрачность в диапазоне оптическом.
Известны и выводы других геофизиков таких как В. И. Лебедев. Он считает что увеличение концентрации СО 2 в воздухе вообще не должно сказаться на земном климате, тогда как продуктивность наземной растительности, и в частности зерновых, будет повышаться.
Физик Б. М. Смирнов также указывает на возможность увеличения урожаев. В связи с этим накопление углекислого газа в атмосфере им рассматривается как фактор, благоприятный для человечества.
Иной точки зрения придерживается так называемый Римский Клуб, основанный в 1968 году и американцы пришедшие к выводу о наличии постепенному увеличению количества парниковых газов в атмосфере. Интересны мнения ряда ученых о цикличности климат, мол бывают века «теплые» и «холодные». Нельзя сказать что они не правы ведь каждый прав по – своему. То есть в современной климатологии мы отчетливо прослеживаем 3 направления:
Оптимистическое
Пессимистическое
Нейтральное
Причины возникновения парникового эффекта
В современном балансе потребления органического вещества 45 % в нашей стране принадлежит природному газу по запасам которого мы занимаем 1 место в мире. Его преимущество в отличие от другого органического топлива (мазут, уголь, нефть и др.) очевидно: он имеет более низкий коэффициент выброса углекислого газа. В мировом топливном балансе природный газ занимает куда более скромную роль – всего лишь 25 %. В настоящее время концентрация углекислого газа в атмосфере составляет 0,032% (в городах - 0,034%). Медики утверждают, что для здоровья человека концентрация СО 2 в воздухе безвредна до уровня 1%, т.е. человечество имеет еще достаточно времени для решения этой проблемы. Интересны данные института РАН. Так в ежегодных докладах по проблемам загрязнения атмосферы приводятся данные о том что Россия выдыхает 3,12 млрд. тонн углекислого газа причем на одного человека приходится 1,84 кг/ сутки. Львиную долю углекислого газа выбрасывает автомобиль. К этому добавляются 500 млн.тонн от лесных пожаров, но в целом в России уровень загрязнения на порядок ниже чем в зарубежных странах, таких как США. Но проблема не завязывается только на одном углекислом газе. К газам создающим парниковый эффект относятся и ряд других таких как метан, поэтому очень важно уметь определить его реальные потери при добыче, транспортировке по трубопроводам, распределении в крупных городах и населенных пунктах, использовании на тепловых и электростанциях. Следует отметить что его концентрация долго оставалась неизменной, а с 19 – 20 века стала стремительно расти.
По подсчетам ученых, количество кислорода в атмосфере ежегодно уменьшается более чем на 10 млн. тонн. Если и впредь будет продолжаться его расходование в таких размерах, то две трети суммарного количества свободного кислорода атмосферы и гидросферы будут исчерпаны за 100 с небольшим тысяч лет. Соответственно содержание углекислого газа в атмосфере достигнет чрезмерной концентрации.
По данным исследований российских, французских, американских ученых совокупный уровень этих газов достиг своего исторического максимума за последние 420 тыс. лет, обогнав даже выбросы естественного происхождения, к которым можно отнести вулканизм, выделение гидратов с дна океанов. Доказательством этому служат данные с «полюса холода» российской антарктической станции Восток, где полярники добыли ледниковый керн мощностью 2547 м, наглядно демонстрирующий это или аналогичные данные с ледникового Тибета – одного из высочайших мест нашей планеты.
Надо сказать что природный парниковый эффект был всегда характерен для Земли. Именно с ним и связана вековая да и не только цикличность климата. Ряд ученых также предполагают что они вызваны изменением орбиты Земли по отношению к Солнцу, но несостоятельность этой теории видна налицо. Ежегодно наша планета проходит 2 точки перигелий и афелий, приводящие к изменению орбиты планеты. Тем не менее сколь либо существенных изменений, за исключением смены времен года, характерных и для других планет земной группы таких как Марс не происходит. Масштабные же изменения происходят крайне редко, поэтому говорить о превуалирующей роли этого фактора не приходится.
С конца 19 века ведется непрерывный спор между экоцентристами, считающими что сбой в цикличности произошел с началом индустриализации и антропоцентристами, считающими что на данный процесс влияет не только хозяйственная деятельность человека. Здесь прежде всего надо отметить дифференциацию выбросов. Ведь даже США выбрасывают всего 20 % от общемирового уровня, а выбросы стран «третьего мира» к которым после 1991 года можно отнести и Россию не превышают 10 %.
Но даже оставаясь в стороне от этого спора очевидность потепления климата становится очевидной. Подтверждением этому служит простой факт. Еще в 1973 году в СССР на 7 ноября – день Великой Октябрьской Социалистической Революции перед колонной демонстрантов шла снегоуборочная техника, сейчас же снега нет и в начале декабря и даже в январе! Продолжая эту тему ученые – географы уже занесли 1990, 1995, 1997 и последние 2 года в «список самых теплых» за последние 600 лет. Да и в целом 20 век несмотря на ряд издержек признан «наитеплейшим» за 1200 лет!
Однако видимо так устроен человек – единственное существо на Земле в прямом смысле слова «пилящее под собой дерево на котором сидит». Это я к тому что вышеперечисленные сведения, открытые в Америке заставляют как минимум задуматься, но в тоже время на юго–востоке этой страны (штат Флорида) идет осушение болот под строительство престижных домов и плантаций сахарного тростника.
Возможные последствия от парникового эффекта
Природа никогда не прощает ошибки. Изменения климата от парникового эффекта могут достичь, а в ряде случаев и превзойти самые смелые ожидания. В этом контексте наиболее опасным и настораживающем выглядит таяние полярных шапок ледников, в результате общего повышения температуры на 5 градусов. Как следствие начнутся цепные реакции сродни «эффекту домино». Таяние ледников приведет в первую очередь к повышению уровня Мирового океана в лучшем случае на 5 – 7 метров, а в перспективе даже до 60 метров. Исчезнут целые страны, в частности низменные такие как Бангладеш, Дания, Нидерланды, многие портовые города по всему миру такие как Роттердам, Нью – Йорк. Все это приведет ко второму «великому переселению народов» теперь уже из низменных зон, в которых по расчетам ООН проживает около миллиарда человек. Более того если последние 250-300 лет уровень Мирового океана повышался в среднем на 1 мм в год, то в 20-х годах ХХ в. подъем его достиг 1,4-1,5 мм в год, что эквивалентно ежегодному увеличению океанической водной массы на 520-540 куб. км. Предполагается, что в 20-х годах XXI в. скорость повышения океанического уровня превысит 0,5 см в год. Увеличение массы воды скажется на сейсмичности в разных районах планеты. К 2030 году как течение исчезнет Гольфстрим. Следствием этому станет снижение контрастности между Севером и Югом.
Изменятся и другие существующие ныне экосистемы. В частности в связи с изменением сплюснутости планеты в Африке и в Азии упадут урожаи, повысится риск катастрофических наводнений в Европе, на восточном побережье США, где кроме того произойдет эрозия берегов. Так в Великобритании произойдет ряд катастрофически радикальных изменений климата среди которых многократное увеличение повторяемости жаркого и засушливого лета, подобного лету 1995 года. Два таких лета подряд приведет к засухе, неурожаю и голоду. С карты Франции исчезнут Аквитания, Гасконь, Нормандия. На месте Парижа будет океан. Дамоклов меч навис над Венецией. Жестокие засухи охватят Австралию, штаты Техас, Калифорния, многострадальную Флориду. Там где дожди были большой редкостью они станут еще реже, в других более влажных районах количество осадков еще больше увеличится. Увеличатся среднегодовые температуры в Алжире, исчезнут ледники Кавказа, Альп, а в Гималаях и Андах они сократятся на 1/5, исчезнет многолетняя мерзлота в России, подставив под сомнение существование северных городов. Кардинально изменится Сибирь. Исчезнут долины многих рек таких как Рио–Гранде, Магдалена, Амазонка, Парана. Утратит свое значение Панамский канал. Так, если согласится с расчетами некоторых ученых, то уже к концу первой четверти ХХI в. в результате потепления, вызванного увеличением концентрации СО 2 в атмосфере, климат Москвы будет подобен современному климату влажного Закавказья.
Произойдет перестройка всей системы циркуляции атмосферы с соответствующими изменениями термического режима и увлажнения. Начнется процесс переформирования географических зон с их "смещением" в более высокие широты на расстояние, достигающее 15 градусов. При этом необходимо учитывать, что атмосфера - очень динамичная система и может меняться чрезвычайно быстро; что же касается других компонентов геосферы, то они более консервативны. Так, для коренных изменений почвенного покрова необходимы сотни лет. Возможна ситуация, когда самые плодородные почвы, например черноземы, окажутся в климатических условиях пустынь, а и без того переувлажненные и заболоченные таежные земли будут получать еще больше осадков. Площади пустынь могут резко увеличиться. Ведь даже в настоящее время процессы опустынивания развиваются на 50-70 тыс. кв. км обрабатываемых площадей. Потепление приведет к увеличению числа циклонов в том числе и ураганных. Немаловажно и то что отдельные популяции животных могут просто напросто исчезнуть с лица Земли, а ряд других катастрофически сократиться. Несомненно и то, что продвижение тропического и субтропического поясов приведет к расширению ареалов обитания болезнетворных микробов и бактерий. Немалыми затратами обернется и энергетика. Все было не так плохо если бы не скорость всего происходящего. Человек не успевает приспособиться к изменившимся условиям ведь 50 веков назад когда наблюдалось схожее явление не было факторов ускоряющих его в десятки а то и сотни раз. Особенно в этом плане страдают развивающиеся страны, которые только начали создавать свое хозяйство.
А с другой стороны потепление сулит нам большие возможности о которых человек пока возможно и не догадывается. Не стоит сразу опровергать эти немногочисленные утверждения. Ведь человек по словам Вернадского «великая геологическая сила» может по –новому реорганизовать свое хозяйство для которого в свою очередь природа предоставит большие возможности. Так леса продвинутся дальше на север и покроют в частности всю Аляску, вскрытие рек в Северном полушарии будет происходить на 2 недели раньше по сравнению с аналогичным периодом 19 века. Это даст «новое дыхание» речному судоходству. Агрономы бесспорно будут не против увеличения вегетационного периода растений в Европе на 1 месяц, станет больше древесины. Имеются расчеты физиков, согласно которым при удвоении концентрации СО 2 в атмосфере температура воздуха повысится не более чем на 0,04 градусов по Цельсию. Таким образом, повышение концентрации СО 2 в таких масштабах скорее может оказаться полезным для сельскохозяйственного производства, т.к. должно сопровождаться повышением интенсивности фотосинтеза (на 2-3%).
Перелетные птицы будут прилетать раньше и задерживаться у нас дольше чем сейчас. Зимы значительно потеплеют, а лето удлинится и станет жарче, объективно сократится отопительный сезон в городах потепление в которых составит в среднем около 3 градусов. В России сельское хозяйство в перспективе может отодвинуться на север, как того хотел еще Н. С. Хрущев, но самое главное заключается в том что Россия сможет поднять эти регионы, разрушенные либеральными реформами 90-х годов, связав их в единую дорожную сеть речь идет о строительстве принципиально новой железной дороги из Якутска далее на Анадырь и в Аляску через Берингов пролив и возможном продолжении существующих таких как Трансполярная магистраль.
Парниковый эффект – это повышение температуры поверхности земли по причине нагрева нижних слоев атмосферы скоплением парниковых газов. В результате температура воздуха больше, чем должна быть, а это приводит к таким необратимым последствиям, как климатические изменения и глобальное потепление . Несколько веков назад этаэкологическая проблема существовала, но не была такой явной. С развитием технологий с каждым годом увеличивается количество источников, которые обеспечивают парниковый эффект в атмосфере.
Причины парникового эффекта
использование горючих полезных ископаемых в промышленности – угля, нефти, природного газа, при сжигании которых в атмосферу выделяется огромное количество углекислого газа и других вредных соединений;
транспорт – легковые и грузовые автомобили выделяют выхлопные газы, которые также загрязняют воздух и усиливают парниковый эффект;
вырубка лесов, которые поглощают углекислый газ и выделяют кислород, а с уничтожением каждого дерева на планете увеличивается количество СО2 в воздухе;
лесные пожары – еще один источник уничтожения растений на планете;
увеличение населения влияет на возрастание спроса продуктов питания, одежды, жилища, и чтобы это обеспечить, растет промышленное производство, которое все интенсивнее загрязняет воздух парниковыми газами;
агрохимия и удобрения содержат различное количество соединений, в результате испарения которых выделяется азот – один из парниковых газов;
разложение и горение мусора на полигонах способствуют увеличению парниковых газов.
Влияние парникового эффекта на климат
Рассматривая результаты парникового эффекта, можно определить, что основной из них – это климатические изменения. Поскольку ежегодно возрастает температура воздуха, воды морей и океанов интенсивнее испаряются. Некоторые ученые прогнозируют, что через 200 лет станет заметным такое явление, как «высыхание» океанов, а именно значительное понижение уровня воды. Это одна сторона проблемы. Другая же заключается в том, что повышение температуры приводит к таянию ледников, что способствует повышению уровня вод Мирового океана, и приводит к затоплению берегов континентов и островов. Увеличение количества потопов и затопления прибережных районов свидетельствует о том, что уровень океанических вод с каждым годом увеличивается.
Повышение температуры воздуха приводит к тому, что территории, которые мало увлажняются атмосферными осадками, становятся засушливыми и непригодными для жизни. Здесь гибнут урожаи, что приводит к продовольственному кризису населения данной местности. Также животным не находится пропитания, поскольку из-за недостатка воды вымирают растения.
В первую очередь нужно прекратить вырубку лесов, сажать новые деревья и кустарники, поскольку они поглощают углекислый газ и вырабатывают кислород. Используя электромобили, сократится количество выхлопных газов. Кроме того, можно с машин пересаживаться на велосипеды, что удобней, дешевле и безопасней для экологии. Также ведутся разработки альтернативного топлива, которое, к сожалению, медленными темпами внедряется в нашу повседневную жизнь.
19. Озоновый слой: значение, состав, возможные причины его разрушения, принимаемые меры защиты.
Озоновый слой Земли – это область атмосферы Земли, в которой образуется озон – газ, защищающий нашу планету от губительного воздействия ультрафиолетового излучения.
Разрушение и истощение озонового слоя Земли.
Озоновый слой, несмотря на огромное значение для всего живого, является очень хрупкой преградой на пути ультрафиолетовых лучей. Его целостность зависит от ряда условий, но природа все-таки пришла к равновесию в этом вопросе, и многие миллионы лет озоновый слой Земли благополучно справлялся с возложенной на него миссией. Процессы образования и разрушения озонового слоя были строго сбалансированы, пока на планете не появился человек и в своем развитии не достиг нынешнего технического уровня.
В 70-х гг. двадцатого столетия было доказано, что многие вещества, активно используемые человеком в хозяйственной деятельности, могут существенно снизить уровень озона в атмосфере Земли .
К веществам, разрушающим озоновый слой Земли, относятся фторхлоруглероды - фреоны (газы, используемые в аэрозолях и холодильниках, состоящие из атомов хлора, фтора и углерода), продукты сгорания при полетах высотной авиации и запусках ракет, т.е. вещества, молекулы которых содержат хлор или бром.
Эти вещества, выпущенные в атмосферу у поверхности Земли, за 10-20 лет достигают верхней границы озонового слоя . Там под воздействием ультрафиолетового излучения они распадаются, образуя хлор и бром, которые, в свою очередь, взаимодействуя со стратосферным озоном, существенно уменьшают его количество.
Причины разрушения и истощения озонового слоя Земли.
Рассмотрим еще раз более подробно причины разрушения озонового слоя Земли. При этом естественный распад молекул озона мы рассматирвать не будем.Сосредоточимся на хозяйственной деятельности человека.
Механизм парникового эффекта заключается в следующем. Солнечные лучи, достигая Земли, поглощаются поверхностью почвы, растительностью, водной поверхностью и др. Нагретые поверхности отдают тепловую энергию снова в атмосферу, но уже в виде длинноволнового излучения.
Атмосферные газы (кислород, азот, аргон) не поглощают тепловое излучение с земной поверхности, а рассеивают его. Однако в результате сжигания горючих ископаемых и других производственных процессов в атмосфере накапливаются: углекислый газ, угарный газ, различные углеводороды (метан, этан, пропан и др.), которые не рассеивают, а поглощают тепловое излучение, идущее от поверхности Земли. Возникающий таким образом экран и приводит к появлению парникового эффекта — глобального потепления.
Кроме парникового эффекта наличие указанных газов обусловливает образование так называемого фотохимического смога. При этом в результате фотохимических реакций углеводороды образуют весьма токсичные продукты — альдегиды и кетоны.
Глобальное потепление является одним из наиболее значимых последствий антропогенного загрязнения биосферы. Оно проявляется как в изменении климата, так и биоты: продукционного процесса в экосистемах, сдвига границ растительных формаций, изменения урожайности сельскохозяйственных культур. Особенно сильные изменения могут коснуться высоких и средних широт. По прогнозам именно здесь наиболее заметно повысится температура атмосферы. Природа этих регионов особенно восприимчива к различным воздействиям и крайне медленно восстанавливается.
В результате потепления зона тайги сдвинется к северу примерно на 100-200 км. Подъем уровня океана за счет потепления (таяния льдов и ледников) может составить до 0,2 м, что приведет к затоплению устьев крупных, особенно сибирских рек.
На проходившей в Риме в 1996 г. очередной конференции стран — участниц Конвенции по предотвращению климатических изменений ешс раз была подтверждена необходимость скоординированных международных действий для решения этой проблемы. В соответствии с Конвенцией индустриально развитые страны и страны с переходной экономикой приняли на себя обязательства стабилизировать производство парниковых газов. Страны, входящие в Европейский союз, включили в свои национальные программы положения о сокращении выбросов углекислого газа на 20% к 2005 г.
В 1997 г. было подписано Киотское (Япония) соглашение, по которому развитые страны обязались к 2000 г. стабилизировать выбросы парниковых газов на уровне 1990 г.
Однако после этого выбросы парниковых газов даже возросли. Этому способствовал выход США из Киотского соглашения 2001 г. Тем самым реализация этого соглашения была поставлена под угрозу срыва, так как нарушалась квота, необходимая для вступления в силу этого соглашения.
В России, в связи с общим падением производства, выброс парниковых газов в 2000 г. составлял 80% от уровня 1990 г. Поэтому Россия в 2004 г. ратифицировала Киотское соглашение, придав ему юридический статус. Сейчас (2012 г.) это соглашение действует, к нему присоединяются и другие государства (например, Австралия), но все же решения Киотского соглашения остаются невыполненными. Однако борьба за выполнение Киотского соглашения продолжается.
Одним из самых известных борцов с глобальным потеплением климата является бывший вице-президент США А. Гор . После поражения на президентских выборах 2000 года он посвящает себя бою с глобальным потеплением. «Спасайте мир, пока не поздно!» — вот его лозунг. Вооруженный набором слайдов он объездил весь мир, разъясняя научную и политическую стороны глобального потепления, возможные серьезные последствия в ближайшем будущем, если не ограничить рост выброса в атмосферу углекислого газа, вызванного деятельностью человека.
А. Гор написал широко известную книгу «Неудобная правда. Глобальное потепление, как остановить планетарную катастрофу». В ней он убежденно и справедливо пишет: «Иногда кажется, что наш климатический кризис протекает медленно, но на самом деле он происходит очень быстро, став воистину планетарной опасностью. И для победы над угрозой мы сначала должны признать факт ее существования. Почему наши лидеры, как нам кажется, не слышат таких громких предупреждений об опасности? Они сопротивляются правде, потому что в момент признания окажутся перед своим моральным долгом — действовать. Просто гораздо удобней игнорировать предупреждение об опасности? Возможно, но неудобная правда не исчезает только потому, что она не замечена».
В 2006 г. за книгу он был награжден американской литературной премией. По книге был создан документальный фильм «Неудобная правда» с А. Гором в главной роли. Фильм в 2007 г. получил Оскар и попал в рубрику «Это должен знать каждый». В том же году А. Гору (вместе с группой экспертов МГЭИК) была присуждена Нобелевская премия мира за работу по защите окружающей среды и исследованиям по проблемам изменения климата.
В настоящее время А. Гор также активно продолжает борьбу с глобальным потеплением, являясь внештатным консультантом Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), созданной Всемирной метеорологической организацией (ВМО) и Программой ООН по окружающей среде (ЮНЭП).
Глобальное потепление и парниковый эффект
Еще в 1827 г. французский физик Ж. Фурье предположил, что атмосфера Земли выполняет функцию стекла в теплице: воздух пропускает солнечное тепло, но не дает ему испариться обратно в космос. И он был прав. Этот эффект достигается благодаря некоторым атмосферным газам, например водяным испарениям и углекислому газу. Они пропускают видимый и «ближний» инфракрасный свет, излучаемый Солнцем, но поглощают «далекое» инфракрасное излучение, образующееся при нагревании земной поверхности солнечными лучами и имеющее более низкую частоту (рис. 12).
В 1909 г. шведский химик С. Аррениус впервые подчеркнул огромную роль углекислого газа как регулятора температуры приповерхностных слоев воздуха. Углекислота свободно пропускает солнечные лучи к земной поверхности, но поглощает большую часть теплового излучения Земли. Это своего рода колоссальный экран, препятствующий охлаждению нашей планеты.
Температура поверхности Земли неуклонно повышается, увеличившись за XX ст. на 0,6 °С. В 1969 г. она составляла 13,99 °С, в 2000 г. — 14,43 °С. Таким образом, средняя температура Земли в настоящее время составляет около 15 °С. При данной температуре поверхность планеты и атмосфера находятся в тепловом равновесии. Нагреваясь энергией Солнца и инфракрасным излучением атмосферы, поверхность Земли возвращает в атмосферу в среднем эквивалентное количество энергии. Это энергия испарения, конвекции, теплопроводности и инфракрасного излучения.
Рис. 12. Схематичное изображение парникового эффекта, обусловленного присутствием углекислого газа в атмосфере
В последнее время деятельность человека привносит дисбаланс в соотношение поглощаемой и выделяемой энергии. До вмешательства человека в глобальные процессы на планете изменения, происходящие на ее поверхности и в атмосфере, были связаны с содержанием в природе газов, которые с легкой руки ученых были названы «парниковыми». К таким газам относятся диоксид углерода, метан, оксид азота и водяной пар (рис. 13). Сейчас к ним добавились антропогенные хлорфторуглероды (ХФУ). Без газового «одеяла», окутывающего Землю, температура на ее поверхности была бы на 30-40 градусов ниже. Существование живых организмов в таком случае было бы весьма проблематичным.
Парниковые газы временно удерживают тепло в нашей атмосфере, благодаря чему создается так называемый парниковый эффект. В результате техногенной деятельности человека некоторые парниковые газы увеличивают долю своего участия в общем балансе атмосферы. Это касается прежде всего углекислого газа, содержание которого из десятилетия в десятилетие неуклонно растет. Углекислый газ создает 50 % парникового эффекта, на долю ХФУ приходится 15-20 %, на долю метана — 18 %.
Рис. 13. Доля содержания антропогенных газов в атмосфере при парниковом эффекте азота 6 %
В первой половине XX в. содержание углекислого газа в атмосфере оценивалось в 0,03 %. В 1956 г. в рамках первого Международного геофизического года ученые провели специальные исследования. Приведенная цифра была уточнена и составила 0,028 %. В 1985 г. измерения были проведены снова, и оказалось, что количество углекислого газа в атмосфере возросло до 0,034 %. Таким образом, увеличение содержания в атмосфере углекислого газа — доказанный факт.
За последние 200 лет в результате антропогенной деятельности содержание оксида углерода в атмосфере возросло на 25 %. Связано это, с одной стороны, с интенсивным сжиганием ископаемого топлива: газа, нефти, сланцев, угля и др., а с другой — с ежегодным уменьшением площадей лесов, которые являются основными поглотителями углекислого газа. К тому же развитие таких отраслей сельского хозяйства, как рисоводство и животноводство, а также рост площадей городских свалок приводят к увеличению выделения метана, оксида азота и некоторых других газов.
Вторым по значению «парниковым» газом является метан. Его содержание в атмосфере ежегодно увеличивается на I %. Наиболее значимые поставщики метана — свалки, крупный рогатый скот, рисовые поля. Запасы газа на свалках крупных городов можно рассматривать как небольшие газовые месторождения. Что касается рисовых полей, то, как выяснилось, несмотря на большой выход метана, в атмосферу его поступает относительно мало, поскольку большая часть расщепляется бактериями, связанными с корневой системой риса. Так что на поступление метана в атмосферу рисовые сельскохозяйственные экосистемы оказывают в целом умеренное влияние.
Сегодня уже не остается сомнений, что тенденция к использованию преимущественно ископаемого топлива неизбежно ведет к глобальному катастрофическому изменению климата. При нынешних темпах использования угля и нефти в ближайшие 50 лет прогнозируется повышение среднегодовой температуры на планете в пределах от 1,5 °С (близ экватора) до 5 °С (в высоких широтах).
Повышение температуры в результате парникового эффекта грозит небывалыми экологическими, экономическими и социальными последствиями. Уровень воды в океанах может подняться на 1-2 м за счет морской воды и таяния полярных льдов. (Вследствие парникового эффекта уровень Мирового океана в XX в. уже поднялся на 10-20 см.) Установлено, что повышение уровня моря на 1 мм приводит к отступлению береговой линии на 1,5 м.
Если уровень моря поднимется примерно на I м (а это худший сценарий), то к 2100 г. под водой окажутся около 1 % территории Египта, 6 % территории Нидерландов, 17,5 % территории Бангладеш и 80 % атолла Маджуро, входящего в состав Маршал- ловых островов. Это станет началом трагедии для 46 млн людей. По самым пессимистическим прогнозам, повышение уровня Мирового океана в XXI в. может повлечь за собой исчезновение с карты мира таких стран, как Голландия, Пакистан и Израиль, затопление большей части Японии и некоторых других островных государств. Под воду могут уйти Санкт-Петербург, Нью-Йорк и Вашинггон. В то время как одни участки суши рискуют оказаться на дне моря, другие будут страдать от жесточайшей засухи. Исчезновение грозит Азовскому и Аральскому морям и многим рекам. Увеличится площадь пустынь.
Группой шведских климатологов установлено, что с 1978 по 1995 г. площадь плавучих льдов в Северном Ледовитом океане сократилась примерно на 610 тыс. км 2 , т.е. на 5,7 %. Одновременно выяснилось, что через пролив Фрам, отделяющий архипелаг Свальбард (Шпицберген) от Гренландии, ежегодно со средней скоростью около 15 см/с в открытую Атлантику выносится до 2600 км 3 плавучего льда (что примерно в 15-20 раз больше стока такой реки, как Конго).
В июле 2002 г. с маленького островного государства Тувалу, расположенного на девяти атоллах в южной части Тихого океана (26 км 2 , 11,5 тыс. жителей), раздался призыв о помощи. Тувалу медленно, но верно уходит под воду — самая высокая точка в государстве возвышается над уровнем океана всего на 5 м. В начале 2004 г. электронные средства массовой информации распространили заявление о том, что ожидаемые высокие приливные волны, связанные с новолунием, могут на некоторое время поднять уровень моря в этом районе более чем на 3 м, что обусловлено повышением уровня океана вследствие глобального потепления. Если эта тенденция сохранится, крошечное государство будет смыто с лица Земли. Правительство Тувалу принимает меры по переселению граждан в соседнее государство Ниуэ.
Повышение температуры вызовет понижение влажности почвы во многих регионах Земли. Засухи и тайфуны станут привычным явлением. Ледовый покров Арктики сократится на 15 %. В наступившем столетии в Северном полушарии ледовое покрытие рек и озер будет держаться на 2 недели меньше, чем в XX в. Растают льды в горах Южной Америки, Африки, Китая и Тибета.
Глобальное потепление отразится и на состоянии лесов планеты. Лесная растительность, как известно, может существовать в очень узких пределах температуры и влажности. Большая часть ее может погибнуть, сложная экологическая система окажется на стадии разрушения, а это повлечет за собой катастрофическое уменьшение генетического разнообразия растений. В результате всемирного потепления на Земле уже во второй половине XXI в. может исчезнуть от четверти до половины видов сухопутной флоры и фауны. Даже при максимально благоприятных условиях к середине века непосредственная угроза вымирания нависнет почти над 10 % видов сухопутных животных и растений.
Исследования показали: чтобы избежать глобальной катастрофы, необходимо уменьшить выбросы углерода в атмосферу до 2 млрд т в год (одна треть нынешнего объема). Учитывая естественный прирост населения, к 2030-2050 гг. на душу населения должно выбрасываться не более 1/8 объема углерода, приходящегося сегодня в среднем на одного жителя Европы.
Вырубка лесов, темпы развития промышленности приводят к тому, что в слоях атмосферы накапливаются вредные газы, которые создают оболочку и препятствуют выделению лишнего тепла в космос.
Экологическая катастрофа или естественный процесс?
Процесс повышения температуры многие ученые считают глобальной экологической проблемой, которая при отсутствии контроля за антропогенным влиянием на атмосферу может привести к необратимым последствиям. Считается, что первым, кто открыл факт существования парникового эффекта и изучил принципы его действия, был Жозеф Фурье. В своих исследованиях ученый рассматривал разные факторы и механизмы, которые влияют на формирование климата. Он изучил состояние теплового баланса планеты, определил механизмы его влияния на среднегодовые температуры на поверхности. Оказалось, что одну из главных ролей в этом процессе играют парниковые газы. Инфракрасные лучи задерживаются на поверхности Земли, в чем и заключается их влияние на тепловой баланс. Причины и последствия парникового эффекта опишем далее.
Суть и принцип действия парникового эффекта
Усиление концентрации углекислого газа в атмосфере приводит к тому, что увеличивается степень проникновения коротковолновых солнечных излучений на поверхность планеты, при этом формируется барьер, который препятствует выделению длинноволнового теплового излучения нашей планеты в открытый космос. Чем опасен этот барьер? Тепловые излучения, которые задерживаются в нижних шарах атмосферы, приводят к повышению температуры окружающей среды, что негативно влияет на экологическую обстановку и приводит к необратимым последствиям.
Сущность парникового эффекта можно рассматривать и как причину глобального потепления, вызванного нарушением теплового баланса планеты. Механизм возникновения парникового эффекта связан с выбросами в атмосферу промышленных газов. Однако к негативному влиянию промышленности следует добавить вырубку лесов, выбросы автомобилей, лесные пожары, использование тепло-электростанций для выработки энергии. Влияние вырубки лесов на глобальное потепление и парниковый эффект связано с тем, что именно деревья активно поглощают углекислый газ и сокращение их площадей приводит к тому, что растет концентрация вредных газов в атмосфере.
Состояние озонового экрана
Сокращение площади лесов в совокупности с большими объемами выбросов вредных газов приводит к возникновению проблемы разрушения озонового слоя. Ученые постоянно анализируют состояние озонового шара и их выводы неутешительны. При сохранении нынешних объемов выбросов и вырубки лесов человечество столкнется с тем, что озоновый слой больше не сможет в достаточной мере защищать планету от действия солнечного излучения. Опасность данных процессов вызвана тем, что это приведет к значительному повышению температуры окружающей среды, опустыниванию территорий, острой нехватке питьевой воды и продуктов питания. Схему состояния озонового шара, наличие и расположение дыр можно найти на множестве сайтов.
Состояние озонового экрана беспокоит ученых-экологов. Озон — это тот же кислород, но отличающийся трехатомной моделью. Без кислорода живые организмы не смогут дышать, а вот без озонового шара планета превратится в безжизненную пустыню. Мощность данного превращения можно представить, посмотрев на Луну или на Марс. Истощение озонового экрана под действием антропогенных факторов может привести к появлению озоновых дыр. Плюсы озонового экрана состоят еще и в том, что он отбивает опасные для здоровья ультрафиолетовые излучения. Минусы — он чрезвычайно хрупкий и слишком большое количество факторов приводит к его разрушению, а восстановление характеристик происходит очень медленно.
Примеры того, как истощение озонового шара влияет на живые организмы, можно приводить долго. Учеными отмечено, что в последнее время участилось количество заболевших раком кожи. Установлено, что именно ультрафиолетовые лучи способствуют развитию данного заболевания. Второй пример — вымирание планктона в верхних слоях океана в ряде регионов планеты. Это приводит к тому, что нарушается пищевая цепочка, после исчезновения планктона могут исчезнуть многие виды рыб и морских млекопитающих. Представить, как работает данная система не сложно. Важно понимать, какие будут результаты, если не принять меры по уменьшению антропогенного влияния на экосистемы. Или это все миф? Может быть, жизни на планете ничего не угрожает? Давайте разбираться.
Антропогенный парниковый эффект
Парниковый эффект возникает в результате влияния человеческой деятельности на окружающие экосистемы. Естественный температурный баланс на планете нарушается, больше тепла задерживается под влиянием оболочки из парниковых газов, это приводит к повышению температуры на поверхности Земли и океанических вод. Главной причиной, приводящей к возникновению парникового эффекта, является эмиссия вредных веществ в атмосферу в результате работы промышленных предприятий, выбросов автомобилей, пожаров и других вредных факторов. Помимо нарушения теплового баланса планеты, глобального потепления, это вызывает загрязнение воздуха, которым мы дышим, воды, которую мы пьем. Как следствие, нас ждут болезни и общее сокращение продолжительности жизни.
Рассмотрим, какие газы вызывают появление парникового эффекта:
- углекислый газ;
- водяной пар;
- озон;
- метан.
Именно углекислый газ и водяной пар принято считать наиболее опасными веществами, которые приводят к возникновению парникового эффекта. Содержание метана, озона и фреона в атмосфере также влияют на нарушение климатического баланса, что обусловлено их химическим составом,но их влияние на данный момент не такое серьезное. Газы, вызывающие возникновение озоновых дыр, помимо всего прочего, вызывают проблемы со здоровьем. В них содержатся вещества, вызывающие аллергические реакции и заболевания дыхательных путей.
Источники вредных газов — это, в первую очередь, промышленные и автомобильные выбросы. Однако многие ученые склоняются к мнению, что парниковый эффект связан и с активностью вулканов. Газы создают специфическую оболочку, из-за чего образуется облако из пара и пепла, которое в зависимости от направления ветра, может загрязнить большие территории.
Как бороться с парниковым эффектом?
По мнению экологов и других ученых, которые занимаются вопросами, связанными с сохранением биоразнообразия, изменением климата, уменьшением влияния человека на окружающую среду, полностью предотвратить реализацию негативных сценариев развития человечества не удастся, а вот уменьшить количество необратимых последствий промышленности и человека на экосистемы можно. По этой причине многие страны вводят плату за эмиссию вредных газов, внедряют экологические стандарты в производство, разрабатывают варианты того, как уменьшить деструктивное влияние человека на природу. Однако глобальная проблема заключается в разных уровнях развития стран, в их отношении к социальной и экологической ответственности.
Пути решения проблемы накопления вредных веществ в атмосфере:
- прекращение вырубки лесов, особенно в экваториальных и тропических широтах;
- переход на электромобили. Они экологичнее, чем обычные машины и не загрязняют окружающую среду;
- развитие альтернативной энергетики. Переход от теплоэнергетических станций на солнечные, ветровые и гидроэлектростанции позволит не только сократить объемы выбросов вредных веществ в атмосферу, но и уменьшить использование не возобновляемых природных ископаемых;
- внедрение энергосберегающих технологий;
- развитие новых низкоуглеродных технологий;
- борьба с лесными пожарами, предупреждение их возникновения, установление жестких мер для нарушителей;
- ожесточение экологического законодательства.
Стоит отметить, что невозможно компенсировать вред, который человечество уже нанесло окружающей среде и полностью восстановить экосистемы. По этой причине следует задуматься над активной реализацией действий, направленных на уменьшение последствий антропогенного воздействия. Все решения должны иметь комплексный и глобальный характер. На данный момент времени этому мешает дисбаланс в уровне развития, жизни и образованности богатых и бедных стран.