Изменение энергетического и теплового баланса биосферы.

Человечеством ежегодно сжигается около 100 млрд. тонн условного топлива, в начале XXI века количество сжигаемого топлива возрастет в два раза, что приведет к изменению теплового баланса биосферы.

4. Изменение флоры и фауны планеты.

хозяйственная деятельность человека ведет к значительным негативным последствиям:

· нарушается целостность растительного покрова,

· вырубаются леса,

· ухудшается состояние пастбищ,

· снижается биоразнообразие организмов,

· обедняется генофонд популяций (вследствие массового сбора дикорастущих растений, охотничьего и рыбного промысла),

· аккумулируются вредные вещества растениями и животными.

При нерациональном рыболовстве и охоте истребляются ценные виды животных. В результате многие из них стали редкими. Подсчитано, что с 1600 г. человеком уничтожено 162 вида птиц (381 вид на грани исчезновения) и около 100 видов млекопитающих (255 на грани вымирания), несмотря на то, что часть этих видов находилась в условиях заповедников. За последние 300 лет биомасса планеты уменьшилась на 25%.

Вместе с тем, человек оказывает и конструктивное, положительное влияние на биосферу.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА

Неограниченное использование природных ресурсов и свободное удаление отходов в окружающую среду привело к тому, что во многих странах практически не осталось ненарушенных естественных экосистем, способных в полной мере выполнять свои средообразующие функции.

Прогнозы ведущих экологов говорят о том, что при таких темпах антропогенного воздействия на биосферу человечеству осталось жить 40+20 лет. Жители планеты стоят перед необходимостью как можно скорее решить ряд неотложных экологических проблем: парниковый эффект, озоновые дыры, кислотные дожди, снабжение населения пресной водой и пищевыми продуктами.

Парниковый эффект

Под образным выражением «парниковый эффект» подразумевается следующее геофизическое явление. Солнечная радиация, падая на Землю, трансформируется, 30% её отражается в космическое пространство, остальные 70% поглощаются поверхностью суши и океана. Поглощенная энергия солнечной радиации преобразуется в теплоту и излучается обратно в космос в виде инфракрасных лучей. При этом чистая атмосфера прозрачна для инфракрасных лучей, а атмосфера, содержащая пары воды, углекислый газ и другие газы, поглощает эти лучи, благодаря чему воздух нагревается. Парниковые газы выполняют функцию стеклянного покрытия поверхности земли в парнике. Аналогичное явление возникает в автомобиле, оставленном на солнце.

Естественный парниковый эффект создает прирост средней температуры Земли на 30° С. Это значит, что если бы парникового эффекта не было, то средняя температура планеты, составляющая сейчас +15° С, понизилась бы до -15° С. Тогда всю Землю сковало бы льдом. А если содержание газов, вызывающих парниковый эффект, увеличится – на Земле станет ещё теплее. В природной биосфере содержание углекислого газа в воздухе регулируется так, что его поступление равняется удалению. Люди нарушают это равновесие. При сжигании топлива в атмосферу поступают дополнительные порции углекислого газа. Изменение количества парниковых газов в атмосфере приводит к ежегодному приросту их концентрации до единиц процентов. Этот процесс может привести к глобальному потеплению климата. Кривые климата показывают, что Земля нагрелась на 5°С только на протяжении одного ХХ века, и появилась угроза дальнейшего нагрева. Ожидается, что к середине XXI века температура повысится в умеренных широтах на 2-3°С, на полюсах – более чем на 10°С. Потепление вызовет таяние полярных льдов. В океан дополнительно поступит такое количество воды, что его уровень поднимется почти на 100 м, будут затоплены обширные приморские низменности и расположенные на берегах морей города, в которых проживает подавляющее большинство населения планеты и сосредоточен основной промышленный потенциал. К 2030 г. увеличение концентрации углекислого газа и метана в атмосфере произойдет за счет ускорения разрушения флоры и фауны определенных территорий.

Различия температуры на полюсах и экваторе – основная движущая сила циркуляции слоев атмосферы. Более сильное потепление на полюсах приведет к её ослаблению. Это изменит всю картину циркуляции и связанный с ней перенос теплоты и влаги, в большинстве районов с жарким и сухим сейчас климатом количество атмосферных осадков увеличится, в умеренном поясе станет суше.

Разрушение озонового экрана

Наряду с видимым светом Солнце излучает также ультрафиолетовые волны. Особую опасность представляет их коротковолновая часть – жесткое ультрафиолетовое излучение. Все живое на Земле защищено от агрессивного воздействия ультрафиолетового излучения благодаря озоновому слою в атмосфере, существование которого было доказано в 20-е годы XX века английским физиком и метеорологом Гордоном Добсоном.

Озон (О₃), содержащий три молекулы кислорода, является сильнейшим окислителем, в околоземном пространстве его молекулы живут недолго, быстро вступают в реакции. Слой озона находится на высоте примерно 20-60 км от поверхности земли. Естественным источником озона являются грозовые разряды, а главным производителем – солнечная радиация. Концентрация озона в стратосфере ничтожно мала – несколько молекул на миллион, толщина слоя озона при наземных значениях давления и температуры в пределах 2,3-5,2 мм, но, несмотря на это, он задерживает около 99% жесткого ультрафиолетового излучения. Если озоновый щит вдруг исчезнет, то, по мнению одних биологов, ультрафиолет уничтожит всю жизнь на земле, а других – жизнь будет, но в иных формах. Падение его концентрации всего на 1% приведет к увеличению вероятности заболевания раком кожи на 2,3%. Озон может частично разрушаться и вновь синтезироваться, то есть регенерировать.

В 1985 году спутниковые наблюдения обнаружили «дыру» в озоновом экране над Южным полюсом. В последние годы истощение озонового слоя составляет 1-2% ежегодно, происходит прирост площади озоновой дыры в Антарктиде. Исследования над Арктикой показали, что и тут содержание озона может резко сократиться.

Основными загрязнителями, разрушающими озоновый экран, являются синтезируемые людьми соединения – фторхлоруглеводороды (фреоны), используемые в холодильниках и аэрозольных товарах. Фреоны летучи и поднимаются в стратосферу. Там они могут разлагаться, высвобождая атомарный хлор, который и разрушает озон. Если выбросы фреонов будут продолжаться, можно ожидать расширения озоновых дыр над полюсами. Международное сообщество, озабоченное этой тенденцией, уже ввело ограничения на выбросы фреонов. Согласно Венской конвенции об охране озонового слоя (1985), к 2000 году фреоны должны были быть запрещены. Однако данная тенденция сохранится даже при прекращении выброса фторхлороуглеродов, так как их разрушительное действие продлится ещё приблизительно 100 лет (такова их продолжительность жизни).

Основные положения антропогенной теории разрушения озонового экрана:

1. Главные виновники разрушения озонового слоя атмосферы – атомы хлора, брома и йода. Каждый из них как катализатор принимает участие в сотнях тысяч реакций превращения молекул озона в молекулы кислорода.

2. Источником атомов хлора, которые сами по себе живут в атмосфере недолго из-за высокой химической активности, является в основном соляная кислота.

3. За рост концентрации кислоты могут быть ответственны фреоны, молекулы которых на этих высотах должны активно разрушаться солнечной радиацией. Фреоны в силу химической инертности живут в атмосфере многие десятки лет, и потому их концентрация не должна меняться с высотой. Однако в нижних слоях атмосферы, именно там, где наблюдается рост содержания соляной кислоты, их концентрация падает.

4. Сами по себе молекулы соляной кислоты с озоном не взаимодействуют. Однако над Антарктидой протекают процессы, приводящие к распаду кислоты и появлению атомарного хлора, уничтожающего озон. Из-за сильного охлаждения воздуха во время полярной зимы над Южным полюсом образуется так называемый полярный вихрь, температура в котором опускается ниже температуры кристаллизации кислот (-80^о С). Это ведет к образованию полярных стратосферных облаков, состоящих из замерзших частиц активных соединений азота. Внутри этих частиц протекают реакции, в результате которых относительно устойчивые молекулы соляной кислоты превращаются в молекулярный хлор, который накапливается в вихре. Зимой озону ничего не грозит, но весной, когда всходит солнце, его радиация начинает разбивать молекулы хлора на атомы, которые, в свою очередь, разрушают озон, и появляется озоновая дыра. К лету она затягивается, так как молекулярный хлор оказывается «выработанным», а его источник – полярный вихрь – существует только зимой.

5. Получено еще одно важное доказательство того, что озоновая дыра есть результат процессов, протекающих в полярном вихре. Над Арктикой полярный вихрь, а значит, и полярные стратосферные облака, не образуются по причине недостаточно низких температур. Однако зимы последних трех лет были настолько холодными, что над Арктикой вихрь все-таки возник, и в итоге озоновую дыру наблюдали над Северо-Восточной Сибирью.

6. Разрушение озона в нижних слоях стратосферы опасно не только потому, что он задерживает вредные для здоровья человека ультрафиолетовые лучи. Хотя озона очень мало, он активно поглощает солнечную радиацию и потому определяет химический баланс в стратосфере.

С другой стороны, некоторые ученые объясняют образование озоновой дыры естественными причинами и указывают на преходящий характер этого явления. В частности, соединения хлора, который действительно уничтожает озон, в больших количествах поступают в атмосферу с вулканическими выбросами (в основном в виде соляной кислоты) и из океана (хлористый метил). Сравнительно недавно в толще антарктического льда обнаружены соединения, структура которых очень похожа на озоноразрушающие промышленные фреоны. Причем глубина залегания этих веществ такова, что и речи не может быть об их техногенном происхождении.

Число реакций, разрушающих озон, уже перевалило за сотню. Установлено, что с озоном реагирует и окись азота, концентрация которой в стратосфере зависит от солнечной активности, и водород, образующийся в атмосфере из метана, который поступает туда из разломов земной коры.

Кислотные дожди

Кислотные дожди – это атмосферные осадки, рН которых ниже 5,5. Закисление осадков происходит вследствие попадания в атмосферу оксидов серы и азота. Источники SO₂ в основном связаны с процессами сгорания каменного угля, нефти и природного газа, содержащих в своем составе сероорганические соединения. Часть SO₂ в результате фотохимического окисления в атмосфере превращается в серный ангидрид, образующий с атмосферной влагой серную кислоту. Важным источником SO₂ является цветная металлургия: производство меди, никеля, кобальта, цинка и других металлов включает стадию обжига сульфидов. Оксиды азота – предшественники азотной кислоты – попадают в атмосферу главным образом в составе дымовых газов котлов тепловых электростанций и выхлопов двигателей внутреннего сгорания. При высоких температурах, развивающихся в этих устройствах, азот воздуха частично окисляется, давая смесь моно- и диоксида азота.

Кислотные осадки (их рН иногда достигает 2,5) губительно действуют на организмы, технические сооружения, произведения искусства. Твердо установлено, что под действием кислотных дождей и снегов за 1955-1985 годы сильно понизился водородный показатель тысяч озер Европы и Северной Америки, а это, в свою очередь, привело к резкому обеднению их фауны и гибели многих видов организмов. Кислотные осадки вызывают деградацию лесов: в Северной Европе от них сильно пострадало примерно 50% деревьев. При понижении рН резко усиливается эрозия почвы и увеличивается подвижность токсичных металлов.