Что такое кислотные осадки

Жизнь на Земле возможна до тех пор, пока существует земная атмосфера – газовая оболочка, защищающая живые организмы от вредного воздействия космических излучений и резких колебаний температуры. Атмосферным воздухом дышат все аэробные организмы. И когда люди хотят подчеркнуть важное значение чего-либо, они говорят: “ Необходим как воздух”. Это словосочетание можно объяснить тем, что человек не может прожить без воздуха больше пяти минут. Следовательно, атмосфера Земли играет очень важную роль в жизни людей, так как существование всего живого без земной атмосферы невозможно.

Наибольшее значение для всех живых организмов имеет относительно постоянный состав атмосферного воздуха. В нём содержатся такие химические элементы как азот, кислород, аргон, а также диоксид углерода и пары воды.

Состав воздуха поддерживается за счёт постоянно идущих процессов: использования газов живыми организмами и выделения их в атмосферу.

В последние годы происходит некоторое изменение баланса всех этих элементов в атмосфере за счёт хозяйственной деятельности людей. Происходит уменьшение поступления некоторых элементов в атмосферу и, наоборот, избыточное поступление других элементов.

В связи с этим возникают различные экологические проблемы и катаклизмы, которые губительно влияют на всё живое и на саму планету.

Наверное, каждого из нас волнует наша судьба, а значит должна волновать и судьба нашей планеты.

Наша работа посвящается именно этим проблемам, которые на мой взгляд очень важны для всего человечества. Мы попытаемся раскрыть основные проблемы атмосферы и предложить возможные пути их решения.

Теоретическая часть

Загрязнение атмосферы имеет естественное и искусственное происхождения.

К искусственным относят внеземное загрязнение воздуха космической пылью и космическим излучением, а также земное загрязнение атмосферы при извержении вулканов, выветривании горных пород, пыльных бурях и лесных пожарах.

Естественное загрязнение атмосферы разделяют на радиоактивное, электромагнитное, шумовое, дисперсное и газообразное, а также по отраслям промышленности и видам технологических процессов. Главными и наиболее опасными источниками загрязнения атмосферы являются промышленные, транспортные и бытовые выбросы.

Сжигание ископаемого топлива, например, такого как нефть и уголь, играет определяющую роль в загрязнении атмосферы. За счёт газов антропогенного происхождения образуются кислотные осадки и смог.

КИСЛОТНЫЕ ОСАДКИ

Кислотные осадки представлены серной и азотной кислотами, которые образуются при растворении в воде диоксидов серы и азота. Эти осадки выпадают на поверхность земли вместе с дождём, туманом, снегом или пылью.

От таких осадков страдают озёра, леса, поля и пастбища. Кислота, падающая с неба, разъедает исторические памятники, трубопроводы, столбы, бетонные фундаменты, кабели.

Впервые кислотные осадки были отмечены в Западной Европе, в частности в Скандинавии и Северной Америке в 1950-х гг. Сейчас эта проблема существует во всём индустриальном мире, и приобрела особое значение в связи с возросшими техногенными выбросами оксидов серы и азота.

В среднем кислотность осадков, выпадающих в основном в виде дождей в Западной Европе и Северной Америке на площади почти 10 млн. кв. км, составляет 5-4,5, а туманы здесь нередко имеют pH, равный 3-2,5. Также в последние годы кислотные дожди стали наблюдаться в промышленных районах Азии, Латинской Америки и Африки, а также и в России.

Попадая в озёра, кислотные осадки нередко вызывают гибель рыб или всего животного населения. Они также могут вызвать повреждения листвы, а часто и гибель растений, ускорять коррозию металлов и разрушение зданий. Кислотные дожди большей частью наблюдаются в районах с развитой промышленностью. Хотя капельки воды и быстро удаляются из атмосферы, они всё же распространяются на сотни километров от производящих выбросы теплостанций, промышленных предприятий и т. д. Среди вредных веществ, содержащихся в воздухе городов, имеется большая группа, обладающая канцерогенной активностью. Это в первую очередь бенз(а)пирен и другие ароматические углеводороды, поступающие от котельных промышленных предприятий и с выхлопными газами автотранспорта.

Исследования канцерогенных веществ, содержащихся в воздушной среде, показывают, что возникновение раковых болезней у людей происходит, в частности, от постоянного суммирования небольших доз канцерогенов в течении длительного времени.

Например: в ФРГ от кислотных осадков пострадало около 50% лесов, а Швеция на своей территории имеет более 100 тысяч озёр, 18 тысяч из которых “Мёртвые’’, лишённые жизни; в Норвегии в 5000 из 17500 озёр исчезла рыба. Всё это произошло из-за повышенной кислотности. Также из-за кислотных осадков скорость коррозии в промышленных районах в 2-10 раз выше, чем в сельской местности.

А когда люди вдыхают туман, содержащий капельки кислоты, это вызывает у них аллергию и бронхит. При вдыхании кислотных частиц с пылью, содержащей тяжёлые металлы (медь, цинк и др. ), возможно появление раковых опухолей.

Рассмотрим механизм образования кислотных осадков:

Диоксид серы, попавший в атмосферу, претерпевает ряд химических превращений, ведущих к образованию кислот.

Частично диоксид серы в результате фотохимического окисления превращается в триоксид серы (серный ангидрид), который реагирует с водным паром атмосферы, образуя аэрозоли серной кислоты:

2SO2 + O2 = 2SO3

SO3 + H2O = H2SO4

Основная часть выбрасываемого диоксида серы во влажном воздухе образует кислотный полигидрат SO2*n H2O, который часто называют сернистой кислотой и изображают условной формулой H2SO3

SO2 + H2O = H2SO3

Сернистая кислота во влажном воздухе постепенно окисляется до серной

2 H2SO3 + O2 = 2 H2SO4

Аэрозоли серной и сернистой кислот приводят к конденсации водяного пара атмосферы и становятся причиной кислотных осадков (дожди, туманы, снег).

При сжигании топлива образуются твёрдые микрочастицы сульфатов металлов (в основном при сжигании угля), легко растворимые в воде, которые осаждаются в почву и растения, делая кислотными росы.

Аэрозоли серной и сернистой кислот составляют около 2/3 кислотных осадков, остальное приходится на долю аэрозолей азотной и азотистой кислот, образующихся при взаимодействии диоксида азота с водяным паром атмосферы:

2 NO2 + H2O = HNO3 + HNO2

Существуют ещё два вида кислотных дождей, которые пока не отслеживаются мониторингом атмосферы. Находящийся в атмосфере хлор (выбросы химических предприятий, сжигание отходов, фотохимическое разложение фреонов, приводящее к образованию радикалов хлора) при соединении с метаном (источники поступления метана в атмосферу: антропогенный - рисовые поля, а также результат таяния гидрата метана в вечной мерзлоте вследствие потепления климата) образуют хлороводород, хорошо растворяющийся в воде с образованием аэрозолей соляной кислоты:

Cl + CH4 = CH3 + HCl

CH3 + Cl2 = CH3Cl + Cl

Очень опасны выбросы фторводорода (производство алюминия, стекольное производство), который хорошо растворяется в воде, что приводит к появлению в атмосфере аэрозолей плавиковой кислоты.

Для уменьшения выбросов сернистого газа предлагаются следующие меры:

1. Промывка угля после измельчения. Это приводит к удалению 50- 90 % соединений серы- пирита и к увеличению стоимости электроэнергии примерно на 10 %.

2. Химическое удаление серы - десульфурация. В этом случае затраты на производство электроэнергии возрастут на 15- 25 %. В США в 1991 году около 50 % угля, используемого на ТЭС, подвергалось очистке. Во Франции и Великобритании очищается весь уголь.

3. Замена угля на низкосернистые виды топлива: нефть и газ. Возможна замена бензина в автомобилях другими видами топлива (например, смесью спиртов), применение газоболонных автомобилей, использование природного газа и электромобилей; использование на электростанциях в качестве топлива природный газ. Также возможна замена горючих ископаемых на возобновимые экологически чистые энергетические ресурсы, такие как солнечная энергия, ветер, морские приливы, термальные источники недр Земли. Пока возможности таких энергопроизводств относительно ограничены, но тем не менее, например, в Дании ветровые электростанции дают около 12 % энергии (столько же дают все АЭС в России).

4. Сжигание угля в псевдосжиженном слое в смеси с песком и известью, которая постоянно как бы кипит под действием вдуваемого снизу воздуха. В результате сера соединяется с известью и удаляется с золой.

Среди эффективных методов борьбы с выбросами окисленной серы в атмосферу через дымовые трубы также следует отметить различные газоочистители, такие как электрические фильтры, вакуумные, воздушные или жидкие фильтры-скрубберы. В последних газообразные продукты сгорания пропускаются через водный раствор извести, в результате образуется нерастворимый сульфат кальция. Этот метод позволяет удалить до 95 % SO2, но является дорогостоящим (снижение температуры дымовых газов и понижение тяги требует дополнительных затрат энергии на их подогрев; кроме того, возникает проблема утилизации сульфата кальция) и экономически эффективен лишь при строительстве новых крупных предприятий.

Наиболее неблагоприятные районы России по кислотным осадкам: Кольский полуостров, восточный склон Уральского хребта и район Таймыра. Кислотные осадки присутствуют в радиусе 10-20 км. вокруг индустриальных гигантов. При наличии кислотных дождей снижается урожайность капусты, свеклы, огурцов, лука, салата, ячменя, кукурузы. Повышенная кислотность переносится лишь картофелем. Для уменьшения кислотности необходимо известкование почв.

Извескование можно применять и для защиты лесов от кислотных дождей, используя распыление с самолётов свежемолотого доломита (CaCO3 * MgCO3), который реагирует с кислотами с образованием безвредных веществ:

CaMg(CO3)2 + 2 H2SO3 = CaSO3 + MgSO3 + 2 CO2 + 2 H2O

CaMg(CO3)2 + 4 HNO3 = Ca(NO3)2 + Mg(NO3)2 + 2 CO2 + 2 H2O

Для защиты памятников культуры и ценных архитектурных сооружений используют покрытия из высокомолекулярных соединений- силиконов или производных эфиров кремниевой кислоты; для защиты металлических изделий – покрытие их лаком, масляной краской или легирование сталью, образующих устойчивую к кислотам оксидную плёнку.

В загрязнении атмосферного воздуха микроэлементами антропогенного происхождения в фоновых районах заметный вклад вносит свинец. На западе европейской территории России его среднегодовая концентрация составляет 8-15 нг/куб. м, в Сибири( Баргузинский заповедник)- 3,7 нг/куб. м. Вблизи индустриальных районов страны фоновые уровни бенз(а)пирена достигают 0,4-0,5 нг/куб. м, в высокогорных районах и в регионе озера Байкал фоновый уровень колеблется в пределах 0,01-0,1 нг/куб. м.

В атмосферном воздухе, в первую очередь промышленных центров и городов, в результате сложных химических реакций смеси газов (главным образом окислов азота и углеводородов, содержащихся в выхлопных газах автомобилей), протекающих в нижних его слоях под действием солнечного света, образуются различные вещества, ядовитый туман. Такой ядовитый туман получил название “смог”. Его возникновению способствуют определённые метеорологические условия: отсутствие ветра и дождя, а так же температурная инверсия. Смог крайне вреден для живых организмов. Во время смога ухудшается самочувствие людей, резко увеличивается число лёгочных и сердечно-сосудистых заболеваний, возникают эпидемии гриппа. Густой ядовитый туман, появляющийся в осенне-зимнее время, получил название смога лондонского типа. Его главным компонентом является сернистый газ, вызывающий катар верхних дыхательных путей, бронхит. более опасный тип смога- фотохимический, или лос-анджелесский, наблюдающийся в тёплое время года, например в Нью-Йорке, Бостоне, Детройте, Чикаго, Милане, Мадриде. Он возникает в воздухе, загрязнённом выбросами автотранспорта, под действием солнечной радиации и в результате фотохимических реакций. Фотохимический смог вызывает раздражение глаз, слизистых оболочек носа и горла, обострение легочных и различных хронических заболеваний, приводит к болезни и гибели домашних животных, растений. Он вызывает коррозию металлов, растрескивание красок, резиновых и синтетических изделий, порчу одежды.

Одним из вредных компонентов смога является озон. В крупных городах при образовании смога его естественная концентрация повышается в 10 и более раз. Озон здесь начинает оказывать вредное воздействие на лёгкие и слизистые оболочки человека и на растительность.

Для охраны атмосферы ведутся исследования по снижению загрязнений от выхлопных газов автомобилей. Наибольшие трудности здесь вызывает именно уменьшение выбросов оксидов азота, которые помимо образования кислотных осадков ответственны за появление фотохимических загрязнителей (фотохимический смог) и разрушение озонового слоя в стратосфере. Для решения этой проблемы ведутся работы по созданию различных каталитических конвертеров, преобразующих оксиды азота в молекулярный азот. Существует дорогостоящий метод очистки дымовых газов от оксида азота с помощью изоциановой кислоты (удаляется до 99 % оксидов азота, превращающихся в безвредные азот и воду.

Хорошо разработана технология уменьшения содержания оксидов (на 50-60 %) путём снижения температуры горения.

ОЗОНОВЫЙ СЛОЙ

Также с антропогенными изменениями атмосферы связано и разрушение озонового слоя Земли. На высоте 18-26 км под действием ультрафиолетового излучения Солнца в атмосфере возникает озоновый слой. Если привести весь озон к нормальному давлению на поверхность Земли, то толщина озонового слоя окажется равной 3-4 мм. Его общая масса меньше одной миллионной доли массы всей атмосферы. Тем не менее это надёжный щит, который не только оберегает всё живое на планете от прямого разрушения под действием жёсткого ультрафиолетового излучения (проходит к Земле 1 % этого излучения), но и предохраняет эволюцию от вредных мутаций.

Уменьшение озонового слоя на 1 % влечёт за собой увеличение ультрафиолетового излучения на 1,5 %. Полное исчезновение озонового слоя, несомненно, означало бы прекращение высших форм жизни на Земле. Даже его утоньшение приводит к росту числа раковых заболеваний, гибели одноклеточных организмов, входящих в различные экосистемы, воздействию на генетический код живых организмов и увеличению числа мутаций.

Тепловой режим атмосферы и её динамика в значительной степени определяются способностью озона поглощать ультрафиолет. Утоньшение озонового слоя приведёт к увеличению нагрева Земли, усилению ветра, циркуляции воздушных масс в атмосфере, наступлению пустынь.

Впервые озоновую дыру над Антарктидой обнаружили со спутников в 1979 году. Открыл озоновую дыру британский исследователь Джозеф Чарльз Фарман. Исследования показали, что над Антарктидой уровень озона сократился на 40 %.

Площадь озоновой дыры растёт, и в октябре 1997 года она занимала 5 млн. кв. км, что равно площади США. Эта дыра перемещается и когда она появляется над Австралией, число заболеваний кожи там увеличивается. В 1995 году площадь этой дыры возросла до 25 млн. кв. км и вдвое превысила размеры Европы. В 1999 году площадь дыры возросла до 27,3 млн. кв. км, что в 1,5 раза больше площади России. Замечена меньшая по размерам озоновая дыра и над Шпицбергеном.

Особенно быстро процесс разрушения озонового слоя происходит над полюсами планеты. В 1987 году зарегистрирована расширяющаяся год от года (темпы расширения- 4 % в год) озоновая дыра над Антарктикой и за время наблюдений удалось выяснит, что озоновая дыра зимой и весной увеличивается в размерах.

Причиной быстрого роста зияющего отверстия в космос является особенно низкая по сравнению с нормами температура в этом регионе. Дело в том, что при понижении температур озоновое пятно имеет тенденцию расширяться. В том же случае, когда температура относительно высокая, озоновые разрывы в атмосфере сокращаются в размерах. Учёные подсчитали, что если бы температура над Антарктидой была нормальной, то площадь озонового пятна в атмосфере не превысила бы 24 тыс. кв. км.

Возможно, на эти процессы повлияли погодные аномалии. Обычно август и сентябрь бывают самыми холодными месяцами в районе южного полюса. Но в прошлом году сентябрь был относительно тёплым, и озоновая дыра стала исчезать. Возможно, это только временное явление.

Существует несколько версий о разрушении озона:

1. Из-за поступления в атмосферу хлорфторуглеродов (ХФУ) или фреонов, которые широко используются в быту и производстве в виде аэрозолей, дореагентов, пенообразователей, растворителей, холодильных установок и очистителей. В 1990 году мировое производство озоноразрушающих веществ составляло более 1300 тыс. тонн. ХФУ, попадая в атмосферу, разлагаются в стратосфере с выделением атомов хлора, которые катализируют превращения озона в кислород. Каждый атом хлора способен уничтожить 100 тыс. молекул озона. В нижних слоях атмосферы фреоны могут сохраняться в течении десятилетий. Отсюда они поступают в стратосферу, где в настоящее время их содержание ежегодно увеличивается на 5%.

2. Из-за выбросов отработанных газов суперлайнерами “Боинг” и другими с высоким потолком полёта, при запуске ракетоносителей.

Типичная твердотопливная ракетная система- ускорители американского “Спейс шаттла”- в процессе подъёма до высоты 50 км выбрасывает 187 т хлора и его соединений, 7 т окислов азота, а также 177 т окислов алюминия в виде аэрозоля. И это только наиболее опасные для озона продукты. За один полёт “Спейс шаттл” уничтожает до 10 млн. т озона, а в земной атмосфере его содержится всего лишь 3 млрд. т. Трёхсот запусков “Спейс шаттл” достаточно, чтобы полностью уничтожить озоновый слой. 1 октября 2002 года были сделаны фотографии озоновой дыры над Антарктидой. На этих фотографиях видно, что дыра разделилась на две части. Так что теперь озоновая дыра накрывает главным образом не Антарктиду, а южные части Тихого, Атлантического и Индийского океанов. Такое явление было замечено впервые за более чем 20 лет наблюдений.

Вообще, спутниковые съёмки показали, что в течение всего этого года озоновая дыра всё время сокращалась, и по сравнению с предыдущими двумя годами размеры её заметно уменьшились. Правда, учёные говорят, что данных пока недостаточно для того, чтобы с уверенностью можно было говорить о восстановлении тонкого озонового слоя.

Что же касается такого необычного явления как разделения озоновой дыры на две части, то объясняется это, скорее всего, чрезвычайно мощными метеопроцессами в стратосфере. По словам специалистов по озону из NASA, перед тем как разделиться на части озоновая дыра сокращалась в размерах из-за необычно высокой температуры атмосферы.

Согласно исследованиям, проведённым специалистами NASA и Национальной океанической и атмосферной администрации(NOAA), в этом году озоновая дыра над южным полюсом побила рекорд и по площади, и по глубине.

Приборы для мониторинга озонового слоя Земли, размещённые на спутнике NASA Aura, зафиксировали низкий показатель толщины озонового слоя над областью восточно-антарктического ледяного щита. Измерение толщины озонового слоя над южным полюсом подтвердили эти данные - они показывают, что в октябре величина озонового слоя составила 93 единицы Добсона, тогда как в середине июля эта величина равнялась 300 единицам Добсона. Более того, озоновый слой на высоте 13-20 км над землёй был почти полностью разрушен, его толщина составила всего 1,2 единицы Добсона против 125 единиц Добсона, зафиксированных в июле- августе прошлого года.

Учёные прогнозируют, что размеры озоновой дыры над Антарктидой будут ежегодно сокращаться на 0,1-0,2 % в течение ближайших 5-10 лет. Однако этот медленный процесс может оказаться незаметным на фоне крупномасштабных флуктуаций температуры воздуха над Антарктидой. По прогнозам учёных, полностью озоновая дыра закроется к 2065 году.

ЦВЕТНОЙ СНЕГ

31 января 2007 года произошла ещё одна аномалия, связанная с атмосферой. Снег, окрашенный в жёлтый и оранжевый цвет, сначала выпал в пяти районах Омской области на площади около полутора тысяч квадратных километров. Следы загрязнения отмечены в 49 населённых пунктах, где проживают более 27 тыс. человек. Слой выпавшего разноцветного снега был небольшой- около сантиметра. Позже стало известно, что аналогичный снег также выпал в Томской и Тюменской областях. Согласно данным специалистов в осадках в 1,25 раза была превышена норма содержания железа и других металлов, продукты окисления которых стали причиной странной окраски снега. Во взятых с мест образцах отсутствуют химически опасные, токсичные и радиационные вещества.

Сообщается, что подобные случаи изменения цвета снега фиксировались ранее в России и в других странах, однако причина возникновения нынешней аномалии до сих пор не названа. По одной версии, снег окрасился из-за выбросов с промышленных предприятий или заводов, по другой- следы загрязнённого снега жёлто-бурого и оранжевого цветов являются следствием наличия в осадках глиняно-песчаной пыли, характерной для северных районов Казахстана и прилегающих к нему территорий.

Начальник главного управления МЧС России по Омской области заявил, что этот снег не представляет опасности для человека. В связи с этим угроза чрезвычайной ситуации в Западной Сибири была снята.

ПАРНИКОВЫЙ ЭФФЕКТ

Быстрыми темпами растет в атмосфере содержание углекислого газа и метана. Эти газы обусловливают “парниковый эффект”.

последние пол века наблюдается тенденция усиления парникового эффекта, имеющая общепланетарный характер. По мнению многих учёных- климатологов и экологов, с этим явлением связаны глобальные климатические изменения антропогенного характера. Это одна из наиболее серьёзных экологических угроз, ожидающих человечество в XXI столетии. Основным источником жизни и всех природных процессов на Земле является лучистая энергия Солнца.

Природное явление, суть которого заключается в том, что прозрачная для солнечной радиации атмосфера задерживает идущие от земной поверхности тепловые излучения, получило образное название парниковый эффект.

Газы, задерживающие тепловое излучение и препятствующие оттоку тепла в космическое пространство, называются парниковыми газами.

Основным парниковым газом атмосферы является водяной пар, задерживающий 60 % теплового излучения Земли. Содержание водяного пара в атмосфере определяется планетарным круговоротом воды и (при сильных широтных и высотных колебаниях) практически постоянно.

Примерно 40 % теплового излучения Земли задерживается другими парниковыми газами, в том числе более 20 %- углекислым газом.

Основные природные источники углекислого газа в атмосфере - извержения вулканов и естественные лесные пожары. На заре геобиохимической эволюции Земли углекислый газ поступал в Мировой океан через подводные вулканы, насыщал его и выделялся в атмосферу. До сих пор нет точных оценок количества CO2 в атмосфере на ранних этапах её развития. По результатам анализа базальтовых пород подводных хребтов в Тихом и Атлантическом океанах американский геохимик Д. Марэ сделал вывод, что содержание CO2 в атмосфере в первый миллиард лет её существования было в тысячу раз больше, чем в настоящее время, - около 39 %. Тогда температура воздуха в приземном слое достигала почти 100 ºC, а температура воды в Мировом океане приближалась к точке кипения (“ сверхпарниковый” эффект).

С появлением фотосинтезирующих организмов и химических процессов связывания углекислого газа стал действовать мощный механизм изъятия CO2 из атмосферы и океана в осадочные породы. Парниковый эффект стал постепенно уменьшаться, пока не наступило то равновесие в биосфере, которое имело место до начала эпохи индустриализации и которому соответствует минимальное содержание углекислого газа в атмосфере- 0,03 %.

В отсутствие антропогенных выбросов углеродный цикл наземной и водной биоты, гидросферы, литосферы и атмосферы находился в равновесии. Поступление в атмосферу диоксида углерода за счёт вулканической деятельности оценивается в 175 млн. тонн в год. Осаждения в виде карбонатов связывает около 100 млн. тонн. Велик океанический резерв углерода - он в 80 раз превышает атмосферный. Втрое больше, чем в атмосфере, углерода концентрируется в биоте, причём с увеличением CO2 возрастает продуктивность наземной растительности.

Усиление парникового эффекта в индустриальную эпоху связано в первую очередь с возрастанием содержания в атмосфере техногенного диоксида углерода за счёт сжигания ископаемых видов органического топлива предприятиями энергетики, металлургическими заводами, автомобильными двигателями:

C + O2 = CO2

C3H8 + 5 O2 = 3 CO2 + 4 H2O

C25H52 + 38 O2 = 25 CO2 + 26H2O

2 C8H18 + 25 O2 = 16 CO2 + 18 H2O

Количество техногенных выбросов CO2 в атмосферу значительно выросло во второй половине XX века. Основной причиной этого стала колоссальная зависимость мировой экономики от ископаемых видов топлива. Индустриализация, урбанизация и стремительные темпы роста населения планеты обусловили увеличение мирового спроса на электроэнергию, удовлетворяющегося главным образом за счёт сжигания горючих ископаемых.

В результате сжигания органического топлива только на тепловых электростанциях, не считая работу автомобильных двигателей и металлургических предприятий, в атмосферу ежегодно поступает более 5 млрд. т CO2 (25 % техногенных выбросов диоксида углерода в атмосферу дают США и страны Евросоюза, 11 %- Китай, 9 %- Россия).

Дополнительно 1-2 млрд. тонн CO2 поступает в атмосферу за счёт сжигания лесов, главным образом тропических. Леса вообще исчезают с поверхности планеты с катастрофической скоростью, за два последних века площадь лесов сократилась вдвое. Влажные тропические леса начали интенсивно сжигаться с середины прошлого, XX века (в среднем эти леса исчезают со скоростью 1 га в минуту или 5 тыс. кв. км в год).

С начала XX века, по оценкам экспертов ООН, увеличение выбросов CO2 составляло от 0,5 до 5 % в год. В результате за последние 100 лет только за счёт сжигания топлива в атмосферу поступило 400 млрд. тонн углекислого газа. Сведение для этих же целей огромных лесных массивов, а также лесные и степные пожары, вызванные человеком, дополнительно увеличивают содержание CO2 в атмосфере - непосредственно, а также за счёт уменьшения его поглощения в процессе фотосинтеза вследствие уничтожения растительности.

Сейчас атмосфера содержит на 25 % больше углекислого газа, чем было накоплено в ней за последние 160 тыс. лет.

Отметим ещё одну проблему, которая оказалась “незамеченной” при анализе усиления парникового эффекта за счёт выбросов в атмосферу диоксида углерода при сжигании органического топлива: в реакциях горения газа или нефтепродуктов образуется вода, вернее, разогретый водяной пар. Подсчитано, что выбросы водяного пара в атмосферу нефтегазовым топливно-энергетическим комплексом мира по количеству на порядок превосходят выбросы диоксида углерода, а ведь водяной пар является главным парниковым газом на Земле!

Другими парниковыми газами, появление которых в атмосфере в значительном количестве обусловлено хозяйственной деятельностью, являются: метан, поступающий с рисовых полей (около 110 млн. тонн), в результате утечек природного газа при его добыче и попутного газа при нефтедобыче, на угольных шахтах (до 50 млн. тонн ежегодно), а также жизнедеятельности растущего поголовья домашнего скота (74 % метана даёт крупный рогатый скот, 13 %- овцы и козы); доля его влияния на усиление парникового эффекта составляет 15 %; хлорфторуглероды- утечка хладагентов из холодильных установок и кондиционеров, пропеллентов из аэрозольных упаковок, использование пенных компонентов в строительной индустрии и в средствах пожаротушения и тд. ; их доля влияния- 12-24 %; оксиды азота - сжигание топлива в реактивных самолётных и ракетных двигателях и биомассы, применение азотных удобрений в сельском хозяйстве; доля влияния 5-6 %; озон (как вторичный загрязнитель), появление которого связано со значительным ростом мирового автопарка; доля влияния- до 8 %.

В последние годы отмечается постепенное возрастание содержания в атмосфере этих парниковых газов: метана на 1 % в год, оксидов азота на 0,3 % в год. До 1990-х годов происходили значительные поступления различных видов хлорфторуглеродов в атмосферу- до 1,4 млн. тонн в год.

Предположения, что последствиями хозяйственной деятельности человека могут стать значительные изменения климата, впервые были высказаны в конце XIX- начале XX века. В 1922 году английский геолог Р. Шерлок выдвинул идею, что эти изменения напрямую связаны с увеличением содержания углекислого газа в атмосфере и, следовательно, с возрастающими масштабами использования ископаемого горючего топлива.

Главным следствием усиления парникового эффекта является повышение приземной температуры, которое устойчиво в последние десятилетия.

В1988 году в Торонто состоялась первая Международная конференция по проблеме антропогенного изменения климата. Ученые пришли к выводу, что последствия усиления парникового эффекта из-за роста содержания в атмосфере углекислого газа уступают лишь последствиям мировой ядерной войны. Тогда же при ООН была образована Межправительственная группа экспертов по проблемам изменения климата, которая занялась всестороннем изучением влияния повышения приземной температуры из-за усиления парникового эффекта на климат, экосистему Мирового океана, биосферу в целом, в том числе на жизнь и здоровье населения планеты.

По данным экспертов ООН, к 2025 году повышение среднегодовой температуры у поверхности Земли может составить 2,5 ºC, а к концу столетия - почти на 6 ºC. Это приведёт к нарушению природных механизмов поддержания теплового баланса планеты и необратимо превратит Землю в раскалённый ад, подобный Венере. Как остроумно сказал английский учёный и писатель-фантаст Артур Кларк, “такая аномалия нашей соседки по космосу - результат энергетических “шалостей” бывших её обитателей”.

Иногда можно услышать, что глобальное потепление выгодно России, поскольку она – “холодная страна”. На самом деле это не так. Если, например, для Москвы температурный разброс составляет от -35 до +37 ºC, то повышение температуры на 2 ºC не означает, что амплитуда колебаний станет от -33 до +39 ºC. По расчетам климатологов, при этом минимальная температура станет ещё меньше, а максимальная ещё выше: амплитуда московской температуры станет где-то от -40 до +40 ºC.

Среди важнейших проблем, связанных с усилением парникового эффекта и потеплением климата, приоритетной является повышение уровня Мирового океана за счёт таяния материковых ледников и морских льдов, теплового расширения океана. Подъём уровня моря – уже реальный факт. За прошедшее столетие уровень Мирового океана повысился, по разным оценкам, на 10- 25 см. К 2025 году возможно повышение уровня Мирового океана ещё на 20- 30 см, а к концу наступившего столетия – на 1-2 метра. В докладе IPCC на заседании в Шанхае (январь 2001 года) отмечено, что за последние 10 лет толщина ледовитого покрова в Северном Ледовитом океане сократилась на 40 %, происходит интенсивное разрушение ледовых щитов Антарктиды и Гренландии.

Из-за таяния гренландских и арктических льдов происходит замедление течения Гольфстрима, несущее миллионы миллиардов ватт тепла из тропиков, согласно исследованиям американских учёных уже сейчас сила потока уменьшилась на 10 %. Исчезновение Гольфстрима приведёт к существенным изменениям климата Северной Атлантики: у побережья Британии температура может понизиться на 5 ºC, в других районах среднегодовая температура упадёт на 10 ºC.

Прямое воздействие повышения уровня Мирового океана – перемещение береговой линии. В результате таяния льдов под водой окажутся многие прибрежные районы и острова, вторжение фронта солёных морских вод в пресноводные реки вызовет засоление пресноводных прибрежных акваторий. Все эти процессы глубоко затронут человеческое общество, особенно густонаселённые приморские районы. Подъём уровня воды вызовет затопление многих приморских городов, ухудшатся условия их водоснабжения, серьёзно пострадают места нерестилищ рыб.

Потепление приведёт к высвобождению метана, находящегося в зоне вечной мерзлоты в виде гидрата метана (твёрдое соединение кристаллов воды и поглощенного под давлением газообразного метана), таянию грунтов. Это создаст угрозу дорогам, строениям и коммуникациям, в том числе газо- и нефтепроводам, ухудшится состояние лесных массивов на вечной мерзлоте.

Произойдут существенные изменения природных процессов в биосфере:

- нарушение круговоротов главных биогенных элементов;

- изменение характера облачности и, как следствие, климатические изменения;

- изменение распределения осадков по регионам;

- смещение климатических зон и, в частности, расширение зон пустынь;

- нарушение биологических ритмов развития растений и длительные периоды неурожаев главных сельскохозяйственных культур.

Изменение средней приземной температуры приведёт к перестройке биоты – всей системы живых организмов Земли – и будет сопровождаться такими аномальными явлениями, как распространение болезней, вредителей, так называемых видов-гангстеров. Частично такие процессы уже начались: от короедов гибнут еловые леса Нечерноземья.

Разбалансировка системы регуляции климата проявляет себя в виде учащения и усиления аномальных погодных явлений, таких, как штормы, ураганы и торнадо, наводнения и цунами.

Исследования показали, что в 2004 году в мире произошло в два раза больше катаклизмов, чем предсказывали учёные. Проливные дожди над Европой сменились засухой. Летом этого же года температура в ряде европейских стран достигала 40 ºC, хотя обычно максимальная температура не превышает 25-30 ºC. И, наконец, 2004 год закончился сильнейшим землетрясением в Юго-Восточной Азии (26 декабря), породившим цунами, в результате которого погибли сотни тысяч человек.

Достаточно серьёзны социальные последствия изменения климата для России. В ряде регионов России участились засухи, изменился паводковый режим, увеличиваются площади заболоченных земель, сокращаются зоны заболоченного земледелия. Всё это наносит значительный урон относительно бедным слоям населения, связанным с аграрным сектором.

Экспериментальная часть

Наша экспериментальная часть состоит из нескольких пунктов. Мы проделали несколько экспериментов, один из которых – это исследование состояния атмосферы в городе Бирске в течение декабря. Мы измеряли температуру воздуха, считали количество ясных, пасмурных дней, дней с переменной облачностью, а также наблюдали за осадками и за направлением ветра. Наши полученные результаты мы занесли в таблицу.

Минимальная температура -24

Максимальная температура -3

Количество ясных дней 6

Количество пасмурных дней 9

Количество дней с переменной облачностью 16

Количество дней с осадками 21

Количество дней с

Западным ветром 9

Восточным ветром 5

Южным ветром 12

Северным ветром 5

Этот месяц можно охарактеризовать, как снежный, но довольно-таки тёплый, с преобладанием переменной облачности.

Следующий эксперимент был такой: мы провели наблюдение за состоянием воздуха. В разных частях города, а также за городом мы сравнили его чистоту, а затем сделали следующие выводы:

1. Самый чистый воздух, конечно же, за городом, вдали от автотрасс. Воздух прозрачен, не содержит в себе никаких посторонних примесей и запахов;

2. В центре города и вблизи автотрасс воздух пропитан слабым запахом посторонних примесей. У некоторых людей такой воздух вызывает кашель, либо выступают слёзы. Эти примеси появляются благодаря автотранспорту, а точнее выхлопным газам, так как автомобилей в нашем городе сравнительно много, хоть наш город и не большой.

Такой воздух считать экологически чистым уже нельзя.

Также мы провели беседу-интервью, для сравнения чистоты атмосферы в течение 70-ти лет. Мы опросили три поколения, включая самых старших и самых младших жителей.

Вот что рассказало первое поколение (наши бабушки и дедушки):

• Лет 60 назад жители города могли использовать дождевую воду для бытовых нужд, например для полива цветов, для стирки и мытья в бане. Вода была очень чистая и мягкая.

• Лет 40 назад котельные топились углём. При этом снег был покрыт чёрным порошком. Это были кусочки сажи, вылетавшие из труб. Тогда таких котельных в городе было много.

• Что касается воздуха, то лет 60-70 назад наш город считался абсолютно экологически чистым. У нас было множество лесных массивов, в том числе и сосновых. Воздух над городом был пропитан запахом заливных лугов и хвойных лесов.

• Автотранспорта в то время практически не было. Люди ездили в основном на мотоциклах и велосипедах, а машина тогда была редкостью. Следовательно, загрязнение окружающей среды, в том числе и атмосферы, выхлопными газами было незначительно.

Второе поколение (это наши мамы и папы) нам поведали:

• 30 лет назад жители также использовали дождевую воду для бытовых нужд.

• Котельные стали переходить на мазутное, жидкое топливо. Это конечно было хорошо для окружающей среды, так как не было того сильного загрязнения копотью и сажей, которые были в этом и свои минусы, например, если бочку или цистерну с мазутом опрокинуть и он прольётся, то будет загрязнение сточных вод, возможно даже водоёмов.

• Чистота воздуха заметно ухудшилась, так как в городе стал появляться автотранспорт. Около 30 лет назад появились рейсовые автобусы.

Третье поколение (я и мои ровесники) утверждаем следующее:

• В настоящее время использование дождевой воды для бытовых нужд, особенно для стирки и мытья, не возможно, потому что она стала очень жёсткой и просто грязной.

• Автотранспорта очень много, хотя наш город и не промышленный; из-за него очень сильно загрязняется окружающая среда. например, сейчас ни в коем случае нельзя собирать, а тем более есть грибы, которые растут вблизи автотрасс, так как они впитывают тяжёлые металлы, которые выбрасываются в воздух вместе с выхлопными газами. Употребление в пищу таких грибов может очень негативно сказаться на здоровье человека.

Загрязнение воздушной среды причиняет вред не только здоровью людей, но и воде, почве, растениям и животным. Например, происходят некоторые изменения в живой природе в результате загрязнения воздуха: исчезают стрижи, пропадают ящерицы, сохнут хвойные деревья, преждевременно желтеет и опадает листва.

Чистый воздух или нет – легко определить и по наличию лишайников, которые также не переносят загрязнения. Дело в том, что лишайник дышит всей поверхностью, поэтому реагирует на состояние воздуха сильнее других растений

В нашем городе и районе осталось очень мало лишайников. Это доказывает то, что воздух у нас считать экологически чистым нельзя.

Также ухудшение состояния воздуха произошло из-за уменьшения числа растительности после прошедшего в нашем городе урагана. Погибло огромное количество деревьев, парки стали очень редки, многие животные и птицы потеряли свои убежища.

Ещё одним следствием загрязнения атмосферы является смог. В соседнем городе – Уфа – огромное количество промышленных предприятий, фабрик, заводов и автотранспорта. Из них выбрасывается в воздушную среду огромное количество вредных отходов. И если в ночное время взглянуть на небо, то можно увидеть лишь черноту и пустоту. Звёзд не видно, так как над городом висит слой ядовитого тумана.

Заключение

Что же необходимо делать, чтобы добиться хотя бы стабилизации климатической системы планеты? Для начала то, что предусмотрено Киотским протоколом (был принят в 1992 году Рио – де – Жанейро; в нём определены конкретные квоты на выброс парниковых газов странами- участницами конференции для того, чтобы свести эмиссию парниковых газов к 2012 году до уровня 1990-х годов). Необходимо сократить выбросы парниковых газов, прежде всего углекислого. Необходима модернизация ТЭС: повышение их КПД, по меньшей мере, в 1,5 раза – задача вполне реальная.

Для значительного сокращения выбросов в атмосферу углекислого газа необходимо переориентировать электроэнергетику, постепенно отказываться от использования углеводородных энергетических технологий.

Долгое время вполне приемлемой альтернативой ТЭС, сжигающим органическое углеродное топливо, считалась атомная энергетика (не смотря на очень высокую стоимость электроэнергии, вырабатываемой на АЭС), поскольку она могла удовлетворить растущие потребности в электроэнергии без увеличения выбросов в атмосферу углекислого газа. Однако эксплуатация АЭС порождает гораздо более серьёзные экологические проблемы. После ряда крупных аварий на атомных электростанциях – на о. Тримайл-Айленд в США в 1979 году и особенно после чернобыльской катастрофы 26 апреля 1987 года – резко возросли требования к обеспечению безопасности АЭС.

В связи с многочисленными авариями на ядерных энергетических установках, последствия которых до сих пор имеют катастрофический характер не только для людей, но и для всей биосферы, в мире усилилось негативное отношение к таким объектам. Но даже при нормальной работе ядерных энергетических установок всегда возникает радиоактивное загрязнение окружающей природной среды. Актуальной была и остаётся проблема радиоактивных отходов, их обезвреживания, регенерация, захоронения.