Пример курсовой работы по экологии: Изменение климата одна из глобальных экологических проблем.

Содержание

Введение

1. Воздействие человека на окружающую среду

2. Основы экологических проблем

3. Глобальные экологические проблемы атмосферы

3.1. Парниковый эффект (глобальное потепление)

3.2. Кислотные осадки

3.3. Разрушение озонового слоя

Заключение

Список использованной литературы

Выдержка из текста работы

После первой мировой войны (1914-1918 гг.) началась интенсивная разработка более совершенных технологий производства товаров массового потребления. Так был создан фундамент современных развитых индустриальных обществ США, Японии Западной Европы и других развитых стран. Развитые индустриальные общества характеризуются следующими особенностями:

— многократно возросшими объемами потребления товаров, стимулируемыми хорошо развитой рекламой, благодаря которой формируются искусственно завышенные запросы;

— значительным увеличением зависимости производства от невозобновимых ресурсов, таких, как нефть, природный газ, уголь и различные металлы;

— переходом от использования природных материалов, которые обладают способностью разлагаться в природной среде, к синтетическим соединениям, многие из которых, попав в окружающую среду, разлагаются очень медленно;

— резким ростом душевого энергопотребления на транспорте, в промышленности и в сельском хозяйстве, а также при освещении, отоплении и охлаждении.

Развитым индустриальным обществам присущи следующие позитивные особенности:

— разработка и массовое производство множества полезных и экономически выгодных товаров;

— резкое увеличение объема производства продуктов питания на душу населения благодаря внедрению передовых промышленных технологий в сельском хозяйстве, позволяющему небольшому числу фермеров производить огромные объемы продукции;

— существенное увеличение продолжительности жизни вследствие улучшения условий быта, гигиены, питания, медицинского обслуживания и регулирования рождаемости;

— постепенное снижение темпов прироста населения как следствие контроля за рождаемостью, повышения уровня образования, увеличения среднего дохода жителей и улучшения социального обеспечения пожилых людей.

1. Воздействие человека на окружающую среду

Наряду с многочисленными преимуществами, присущими индустриальным обществам, для них характерно как возникновение новых, так и обострение уже существующих экологических и ресурсных проблем. По масштабам распространения эти угрожающие благосостоянию человека проблемы можно подразделить на:

— локальные: загрязнение подземных вод токсичными веществами;

— региональные: повреждение лесов и деградация озер в результате атмосферных выпадений загрязнителей;

— глобальные: возможные климатические изменения вследствие увеличения содержания углекислого газа и других газообразных веществ в атмосфере, а также истощения озонового слоя.

Совокупное воздействие интенсивного сельского хозяйства, возросшей добычи полезных ископаемых и урбанизации значительно усилило деградацию потенциально возобновимых ресурсов — верхнего почвенного слоя, лесов, пастбищ, а также популяций диких животных и растений. Напомним, что точно такие же причины привели к гибели древних цивилизаций.

Индустриализация значительно увеличила власть людей над природой и в то же время уменьшила численность населения, живущего в непосредственном контакте с ней. В результате люди, особенно в промышленно развитых странах, еще сильнее уверились в том, что их назначение состоит в покорении природы. Многие серьезные ученые убеждены, что, пока будет сохраняться подобное мироощущение, будут продолжать разрушаться и системы жизнеобеспечения Земли.

2. Основы экологических проблем

В основе экологической проблемы, реально угрожающей нашему дальнейшему существованию, лежит множество факторов. Но если отдельные из них являются величинами переменными, изменчивыми, то три фактора по праву можно считать основополагающими в силу их неизменности, постоянства. Именно они и препятствуют любым попыткам успешного решения проблемы.

Фактор материальной заинтересованности:

Потреблять все и вся, созданное природой, оказалось для нас значительно выгоднее, чем возвращать, восстанавливать и оберегать. Каждое действие, направленное на охрану природы, наоборот, требует материальных и финансовых затрат, то есть лишает нас выгоды. Это относится как к отдельным людям, производственным коллективам, так и целым государствам.

Отсюда — настороженное отношение к экологам и «зеленым», к призывам беречь и спасать природу. Никто не желает упускать свою выгоду.

Фактор разрозненности усилий:

Вся природная система, вся Биосфера — чрезвычайно чуткий, очень сложный, но неделимый, единый организм. Поэтому «лечить и оздоровлять» его отдельными, удобно разделенными для нас «кусками», — занятие абсолютно бессмысленное. Столь же бессмысленное, как «спасение хотя бы отдельной части тела» тонущего в реке человека. Уж лучше пусть спокойно тонет целиком.

Целое, неделимое следует спасать или целиком, или вообще никак.

Фактор нереальности финансирования:

Тратить деньги «на экологию», не перекрыв предварительно даже основные каналы загрязнения природы — дело безнадежное и сверхразорительное. С тем же успехом можно пытаться затушить костер бензином. Сколько бы не выливали, задача никогда не будет выполнена.

При любых, самых невероятных затратах, результат всегда будет нулевым.

Поэтому все попытки решения экологической проблемы стандартными методами обречены на провал. Противопоставить материальной заинтересованности абсолютно нечего. Спасать разрозненные части неделимого организма — бессмысленно. Спасать весь организм целиком, не перекрыв каналы загрязнения — нереально. Перекрыть же эти каналы — невозможно, так как это противоречит материальной заинтересованности.

Круг замкнулся.

Поэтому мы вынуждены тратить сегодня в тысячи раз больше финансов на устранение уже причиненного ущерба, чем понадобилось бы для принятия профилактических мер.

Но люди жаждут сиюминутной выгоды. Это отвечает их естеству, хотя и противоречит здравомыслию. Фактор материальной заинтересованности настолько силен, что подавляет даже упорное сопротивление наших основных природных инстинктов — самосохранения и сохранения рода.

На Конференции ООН в 1992 году Президент США Джордж Буш открыто заявил:

«Америка не подпишет ни одного экологического проекта или соглашения, если они будут противоречить интересам бизнеса или экономическим интересам страны».

Если бы остальные участники Конференции по Окружающей Среде и Развитию не были так шокированы «цинизмом лидера мировой державы», то заметили бы, что им предложили самую надежную и разумную формулу решения экологической проблемы.

Ведь в мире нет ни одного человека, кто губил бы природу из враждебности или ненависти, был бы ее убежденным противником. Мы уничтожаем среду своего обитания только ради финансовой и материальной выгоды. Значит и решение может быть только одно — превратить процесс охраны окружающей среды в более выгодное и прибыльное занятие, чем нанесение ей ущерба.

Можно ли развернуть фактор материальной заинтересованности в пользу природы? Элементарно. Это чисто техническая задача, с которой легко справиться.

Сложность в другом. Кто это сделает?

Отдельно взятым государствам эта задача не под силу — нагрузка ложится на бюджет, а это нарушает материальные интересы государственных структур.

К тому же остается еще фактор разрозненности усилий, который не в состоянии устранить ни одно отдельно взятое государство. Как же быть?

Кто сможет развернуть материальный фактор в нужную сторону?

Кто объединит разрозненные усилия?

Точнее всех на этот вопрос ответил в своем послании к ХХIII Всемирному дню Мира Папа Римский Иоанн Павел II. Вот две крохотные цитаты из этого послания:

«Понятия мирового порядка и современного наследия выявляют потребность в лучшей системе международной координации в области распоряжения природными ресурсами Земли».

«Сегодня проблема экологии приобрела такие размеры, что требует ответственности практически от всех людей».

Лаконично и просто, как и все гениальное.

Требуется создание единого международного Координирующего Органа, который успешно заменил бы существующие ныне, но не несущие никакой ответственности более двух сотен координирующих организаций по вопросам охраны окружающей среды.

Такой орган, ответственно взявшись за дело, не просто объединит воедино разрозненные усилия для спасения неделимого целого, но сумеет вовлечь в этот процесс практически всех людей Земли, используя для этой цели могущество материальной заинтересованности. Как для отдельных граждан, так и для государственных образований в целом.

Тогда отпадет надобность ЗАСТАВЛЯТЬ людей беречь и защищать среду своего обитания. Люди сами будут ИСКРЕННЕ ЗАИНТЕРЕСОВАНЫ в этом процессе.

Ведь совпадут все движущие силы — материальная заинтересованность, здравомыслие, инстинкты самосохранения и сохранения рода.

Главное же, такой подход к решению проблемы не встречает сопротивления: ведь среди нас нет ни одного убежденного противника природы.

Лишившись всех трех опор, поддерживающих прежде ее неразрешимость, экологический кризис из грандиозного устрашающего монстра превращается в смирную, прирученную и притом довольно полезную домашнюю живность.

Существует несколько факторов, которые гарантируют Координирующему Органу решение данной задачи.

1) Каждый человек желает выжить сам и обеспечить выживание своего конкретного ребенка.

2) Развал гигантской монополизированной державы, занимавшей шестую часть суши. Частная собственность на средства производства в этой державе не поощрялась, что создавало определенные трудности для всего мирового сообщества.

3) Неуемное стремление каждого человека к удовлетворению всем нам присущего чувства собственной значительности.

4) То обстоятельство, что каждый из нас является потребителем, ради удовлетворения жизненных нужд, которых и развивается цивилизация. Это очень интересная деталь, и в деятельности Координатора она занимает ключевую роль.

Судите сами: мы все — потребители, но в то же время многие из нас являются также производителями. Основной урон природе наносится производственной деятельностью человека.

Другими словами, производители уничтожают и отравляют Среду нашего (и своего!) обитания только ради финансового стимула. Но ведь этот стимул хранится в кошельках потребителя.

Вот это и позволяет Координатору использовать буквально каждого из шести миллиардов потребителей в качестве активного участника предстоящего процесса. Практически всех людей.

Этот гигантский потенциал, при умелом использовании, способен решить не только экологическую, но (попутно, и без дополнительных затрат!) и многие другие проблемы, казалось бы, далекие от экологии. В частности, такую насущную и актуальную, как нравственную. Не зря же считается, что экологический кризис является проблемой моральной.

Вот краткая схема предлагаемой программы:

Координатор изначально является финансово независимым органом. У него собственные и очень солидные источники финансовых поступлений.

Общаясь с потребителями через свои средства массовой информации, Координатор организует и ориентирует их в сложном многообразии промышленного и товарного производства, классифицируя его, на первых порах, по степени экологической безопасности (в дальнейшем этот процесс значительно упрощается).

Потребителю остается делать осознанный и добровольный выбор:

* либо поощрять своим кошельком тех производителей, которые заботятся о чистоте среды его обитания,

* либо тех, кто, отравляя природу, откровенно покушается на его здоровье и будущее его детей

Акцент на инстинкты самосохранения и сохранения рода.

Существует механизм, значительно облегчающий потребителю выбор в пользу «чистого» производителя — ценовая политика, которая позволяет за счет штрафных поступлений от «грязного» производителя держать цены «чистого» на таком же (или даже — более низком) уровне.

Фактор сиюминутной финансовой выгоды.

Кто платит — тот заказывает музыку. Почувствовав угрозу экономического краха, «грязный» производитель моментально поймет — отныне уровень финансовых доходов всецело зависит от уровня экологической безопасности его производства.

Фактор материальной заинтересованности.

Начнется жесткая и бесконечная конкурентная борьба за симпатии и кошельки потребителя, цель которой — не просто догнать, но непременно превзойти более удачливых коллег по уровню экологической безопасности.

Экономическая целесообразность.

Рынок реагирует быстро и чутко. Подобная конкуренция сразу же породит повышенный спрос на более совершенные и эффективные средства природоохраны, более безопасные двигатели, топливные смеси, энергоносители, технологии, разработки.

Экономическая целесообразность.

Спрос, как известно, рождает предложение. Требуется — будут производить.

Кроме симпатии (и кошельков!) потребителей, Координатор обеспечивает производителю еще один могучий стимул — систему справедливой оценки его деятельности: большое разнообразие заманчивых «пряников» (призов, наград, поощрений…) — для самых бережливых; отсутствие поощрений — для менее бережливых; антирекламу — мелким вредителям природы; штрафные санкции — для самых злостных вредителей.

Материальная выгода плюс экономическая целесообразность.

За каждым производителем остается право абсолютно добровольного и свободного выбора — иметь финансовые доходы или терпеть убытки.

Здравомыслие плюс стремление к финансовой выгоде.

Благодаря своим возможностям, Координатор значительно упрощает и ускоряет переход производителей в такие условия деятельности, когда защита природы становится не только выгодным, но и престижным делом. Для этого имеются десятки рычагов.

Удовлетворение чувства собственной значительности.

Еще одна интересная функция Координатора — сделать охрану природы делом чести, престижа, финансовой выгоды для руководителей разных стран. Это не сложно, зато дает огромный импульс всему движению.

Чувство собственной значительности + материальная выгода.

Ныне разорительный и практически неосуществимый процесс защиты окружающей среды превращается в новых условиях в высокорентабельное, доходное предприятие. Вместе с тем переработка гигантского скопления экологических «отходов и мусора» раскрывает сотни источников самофинансирования и множество скрытых резервов

Экономическая целесообразность.

Производитель, почувствовав экономическую выгоду, поддержит этот процесс тем охотнее, что он отвечает его естественным пожеланиям: каждый хочет выжить сам и обеспечить выживание своих детей.

Здравый смысл плюс инстинкты самосохранения, сохранения рода плюс фактор материальной заинтересованности.

Данный процесс не противоречит ничьим интересам, невзирая на религиозные, социальные, политические, национальные, расовые и любые другие различия между людьми. Ведь среди нас нет ни одного убежденного противника природы!!!

3. Глобальные экологические проблемы атмосферы

Увеличение концентрации некоторых веществ в атмосфере Земли сопряжено с далеко идущими последствиями. Возможно возникновение экологических проблем мирового значения. К таким глобальным экологическим проблемам относятся парниковый эффект, разрушение озонового слоя, кислотные осадки.

3.1. Парниковый эффект (глобальное потепление)

Одной из глобальной экологических проблем является проблема глобального потепления климата.

История глобального потепления. Гипотеза о возможном изменении климата при увеличении концентрации углекислого газа возникла давно — на рубеже XIX—XX вв. Уже около 100 лет ведутся регулярные наблюдения за климатом на Земле. Шведский физикохимик, лауреат Нобелевской премии Сванте Аррениус исследовал физическую природу парникового эффекта и некоторые свойства газов, сохраняющих тепло в атмосфере. В 1908 г. в своей книге «Образование миров» он писал: «Если бы содержание угольной кислоты (С0₂ — прим. авт.) в воздухе удвоилось, то температура земной поверхности повысилась бы на 4°С». Но фактических и точных измерений содержания С0₂ в атмосфере было сравнительно немного вплоть до первого Международного геофизического года (1957 г.). С этого времени стали проводиться систематические измерения в различных регионах мира, и эти измерения в течение ряда лет показали, что концентрация углекислого газа в воздухе возрастает.

По климатическим условиям 80-е гг. XX в. были жаркими, что дало повод ученым заявить, что «парниковый эффект» уже ощутим. В 80-х гг. наблюдались засухи, наводнения, ураганы как следствие потепления климата. Последующие 1990-е гг. тоже были очень жаркими.

В 1988 г. Организацией Объединенных Наций была создана Межправительственная группа экспертов по проблемам изменения климата (IPCC), в которую вошли 300 ведущих ученых-климатологов мира.

На международной встрече в Торонто (Канада) в 1988 г. ученые и политики обсуждали пути возможного уменьшения выбросов углекислого газа.

Сорок девять ученых — лауреатов Нобелевской премии — в 1990 г. заявили, что «глобальное потепление является наиболее серьезной экологической угрозой XXI столетия, и только принимая меры уже сейчас, мы можем быть уверены, что грядущие поколения не столкнутся с этой угрозой».

Независимая международная экологическая организация «Гринпис» в 1990 г. издала доклад «Глобальное потепление». Доклад написан ведущими учеными в области энергетики из США, Великобритании, Швеции, Бразилии и Индии.

На Конференции ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро в 1992 г. была принята Конвенция об изменении климата. В ней говорится о необходимости объединения международных усилий с целью предотвращения неблагоприятных последствий потепления климата.

В 1997 г. в Киото (Япония) состоялась Третья конференция ООН по изменению климата, на которой представители правительств 171 страны подписали соглашение (Протокол Киото). По этому документу всем странам необходимо сократить выбросы парниковых газов, обеспечивающих потепление климата.

22—23 ноября 2000 г. в Гааге (Голландия) прошла климатическая конференция, организованная ООН и Всемирной организацией здравоохранения, на которой рассматривалась проблема парникового эффекта. По данным, приведенным в докладе на этой конференции А. Карнауховым (Институт биофизики клетки Российской академии наук, г. Пущино), из-за увеличения концентрации С0₂ в атмосфере через 100—200 лет неминуема парниковая катастрофа. Температура достигнет нескольких сотен градусов, и жизнь на планете исчезнет.

Природа парникового эффекта. Парниковые газы. Прогрессивное человечество и в первую очередь ученые и политики уделяют большое внимание проблеме глобального потепления климата. Рассмотрю теперь, почему это явление называется «парниковым эффектом»,и какова его природа.

Для это достаточно представить себе застекленный парник (цветочную оранжерею или теплицу), который нагревается на солнце. Нагрев вызван тем, что световая энергия, проникающая внутрь парника через стекло, поглощается и превращается при всём этом в тепловую, т. е. в инфракрасное (ИК) излучение, которое не может пройти через стекло наружу. Таким образом, тепло как бы улавливается, и температура в парнике повышается.

Падаюшее сол-нечное излучение

Аналогично нагревается атмосфера Земли. Солнечное излучение падает на Землю. Большая его часть проникает сквозь атмосферу и, поглощаясь, нагревает поверхностный слой Земли. Землей испускается невидимое инфракрасное излучение, в результате чего Земля охлаждается.

Рис. 1. Парниковый эффект

При этом часть этого излучения поглощается парниковыми газами в атмосфере, которые играют роль «одеяла», удерживающего тепло (рис. 1).

Парниковые газы

Чем выше концентрация этих газов, тем заметнее парниковый эффект.

Парниковые газы — это газы, создающие в атмосфере экран, задерживающий инфракрасные луни, которые в результате нагревают поверхность Земли и нижний слой атмосферы. Многие из этих газов почти на всем протяжении истории Земли присутствовали в атмосфере в незначительном количестве. К наиболее значимым из-за количества природным парниковым газам относятся пары воды Н20. Следующим в ряду парниковых газов стоит углекислый газ С0₂. В отсутствие С0₂ температура поверхности Земли была бы примерно на 33 °С ниже, чем сегодня, т. е. условия для жизни животных и растений были бы крайне неблагоприятными. Углекислый газ попадает в атмосферу как естественным, так и искусственным путем. Следовательно, необходимо делать различие между естественным парниковым эффектом и антропогенным, усиленным парниковым эффектом. Далее будут рассматриваться проблемы парникового эффекта, вызванные деятельностью человека.

В настоящее время основными парниковыми газами являются углекислый газ С0₂, метан СН₄, хлорфторуглероды (фреоны) и оксид азота(I) N₂0. По докладу специалистов «Гринпис» доля влияния основных парниковых газов на глобальное потепление длительное время составляла: С0₂ — 55% (0,5%), фреонов и родственных им газов — 24% (4%), СН₄ — 15% (0,9%), N₂0 — 6% (0,8%) (в скобках указан уровень среднегодового прироста этих газов). Тропосферный озон 0₃ тоже относится к парниковым газам, но его трудно оценить количественно. Возникает он в тропосфере в результате химических реакций под действием солнечного света между углеводородами и оксидами азота, образовавшимися при сжигании ископаемого топлива.

К 2000 г. доля влияния этих основных парниковых газов на глобальное потепление изменилась. Табл. 1 составлена на основе данных, опубликованных в журнале «Химия в России» (2000, № 8) по материалам статьи американского ученого Кевина Гурни. По сравнению с 1990 г. возросла доля углекислого газа с 55 до 64% и метана — с 15 до 20%, уменьшилась доля фреонов (в связи с их запретом) с 24 до 10%, на прежнем уровне осталась доля N₂0 (6%) (табл. 1).

Табл.1. Основные парниковые газы, их источники и доля влияния на глобальное потепление (данные 2000 г.)

Газ	Основные источники	Доля влияния на глобальное потепление, %
Углекислый	Производство, транспортировка и сжигание	64
газ С02	ископаемого топлива (86%) Сведение тропических лесов и сжигание биомассы (12%) Остальные источники (2%)
Метан СН4	Утечка природного газа Производство топлива Жизнедеятельность животных (пищеварительная ферментация) Рисовые плантации Сведение лесов	20
Хлорфторуглероды (фреоны) и родст- венные газы	Холодильная промышленность (хладагенты)	10
	Производство аэрозольных упаковок
	Системы кондиционирования воздуха
	Производство пенопласта
Оксид	Применение азотных удобрений	6
азота(1) NX)	Сжигание биомассы Сжигание ископаемого топлива

Антропогенный парниковый эффект на 57% обусловлен добычей и потреблением энергии, на 9% — исчезновением лесов, на 14% — сельскохозяйственной деятельностью и на 20% — остальным промышленным производством, не связанным с энергетическим циклом (в том числе и производством фреонов) (рис. 2.).

Рис. 2.. Вклад в развитие парникового эффекта по видам хозяйственной деятельности (данные по докладу «Гринпис», 1993 г.): 1— производство и использование энергии; 2— сельское хозяйство; 3— промышленность, в том числе производство и использование фреонов; 4 — вырубка лесов.

Исходная причина накопления теплоулавливающих газов в атмосфере связана с промышленностью, которая использует в качестве источника энергии ископаемое топливо. Начиная с 1860-х гг. отмечается рост потребления ископаемого топлива, соответственно увеличивается концентрация С0₂ в атмосфере. Сжигание ископаемого топлива — основной источник углекислого газа (86%). Уголь является наиболее утлеродоемким топливом, за ним следуют нефть и природный газ. Это означает, что при сгорании угля эмиссия (выпуск) углерода на единицу топлива будет больше, чем при сгорании нефти и природного газа, а соответственно больше и выброс С0₂ (при условии полного сгорания угля). Ежегодный выброс углерода в виде СО, в 1990 г. составил 5,6—5,7 млрд т. Одна треть углекислого газа в атмосфере Европы связана с работой автомобилей.

Вырубка лесов также способствует переходу С0₂ в атмосферу. Это происходит в процессе как сжигания деревьев, так и постепенного разрушения и гниения древесины, остающейся на местах лесозаготовок (при всём этом происходит выделение С0₂ и СН₄, причем последний является продуктом анаэробного разложения). Количество углерода, поступившего в атмосферу в виде С0₂ за счет сведения лесов, по данным за 1990 г., оценивается в 1,5—3,0 млрд т ежегодно. Эти источники дают 12% поступлений углекислого газа в атмосферу.

Источником С0₂ в атмосфере является также процесс гниения органических веществ в почве, особенно в лесных экосистемах.

На долю остальных источников, включая производство цемента или окисление монооксида углерода СО, приходится 2% С0₂.

Углекислый газ считается основным парниковым газом. Его влияние на глобальное потепление в последнее десятилетие XX в. разными учеными оценивается в 55—64% (оценка 64% максимальная).

Вторым парниковым газом по значимости, т. е. по влиянию на глобальное потепление, является метан СН₄, происхождение которого в атмосфере имеет как природную, так и антропогенную историю. Природный газ (метан) имеет не только самостоятельные месторождения; он часто сопутствует нефтяным месторождениям, поэтому имеет название «попутный природный газ». При добыче и транспортировке СН₄ попадает в атмосферу (утечка природного газа). Источником метана в атмосфере служат также болота. Болота всей планеты ежегодно выделяют около 115 млнтСН₄.

Рисоводство — еще один источник поступлений СН₄ в атмосферу. Современные плантации риса ежегодно производят около 110 млн т СН₄, что составляет примерно 20% всех его антропогенных выбросов.

Метан является продуктом жизнедеятельности, он выделяется при пищеварительной ферментации (например, у скота). Выделяется СН₄ и при силосовании (например, в процессе заготовки и хранения измельченной кукурузной массы в прессованном виде).

При сведении лесов древесина, остающаяся в местах лесозаготовок, разлагается в анаэробных условиях с выделением метана. Метан образуется и при так называемом метановом брожении растительных остатков («болотный газ»).

Примерно 20% глобального потепления обусловлено присутствием метана в атмосфере.

В образовании парникового эффекта молекула СН₄ в 21 раз более эффективна, чем СО₂, (Химия в России, 2000, № 8). Изданных «Гринпис» за 1993 г. по сравнительной оценке влияния СН₄ и С0₂ следует, что по степени влияния на глобальное потепление за период в 20 лет метан в 63 раза превосходит углекислый газ, по выполненному расчету эффект глобального потепления от каждого 1 кг СН₄ за этот период в 63 раза больше, чем от каждого 1 кг С0₂.

В основном СН₄ удаляется из атмосферы путем реакции с гидроксил-радикалом (-ОН). Имеются некоторые доказательства, что СН₄ и другие загрязнители атмосферы привели к сокращению концентрации -ОН. Примерно 30% роста концентрации СН₄ в атмосфере объясняется способностью атмосферы к его поглощению.

Большой вклад в развитие парникового эффекта вносят галогенуглеводороды. Они содержат углерод и один или более атомов галогенов (фтора и хлора). К ним относятся такие вещества, как С1СН₃, С1₂СН₂, CHC1F₂, CFC1₃, CF₂C1₂ и др. С точки зрения глобального потепления наибольшее значение имеют хлорфторуглероды (ХФУ). Международное обозначение этих соединений — CFC, они известны также под названием «фреоны». Наибольшее значение из них имеют CFC-11 и CFC-12. Хотя ХФУ присутствуют в атмосфере в крайне незначительных количествах, однако являются весьма активными парниковыми газами, работающими на парниковый эффект в тысячи раз активнее, чем С0₂. Фреоны не только сильные поглотители тепла, они также вызывают разрушение озонового слоя Земли.

Производство фреонов началось сравнительно недавно — всего за несколько лет до Второй мировой войны. Синтезированы фреоны в 1930-х гг., а с конца 1950-х гг. их широко применяют в промышленном производстве. За короткое время концентрация их в атмосфере достигла 0,3 млрд^-1. В начале 1990-х гг. содержание фреонов в атмосфере ежегодно увеличивалось на 5—10%.

Фреоны используются в холодильной промышленности (в качестве хладагентов), в производстве аэрозольных упаковок. Они применяются в системах кондиционирования воздуха. Например, в США фреон-12 применяется в автомобильных кондиционерах. Хладагенты, содержащиеся в рефрижераторах и кондиционерах, обычно выпускаются в воздух во время ремонта этих агрегатов или по окончании срока их службы. Хлорфторуглеводородные растворители используются для очистки электронных плат. Фреоны применяют также в производстве пенопласта, одноразовых пластиковых стаканчиков.

На фреоны приходится около 10% глобального потепления, но концентрация этих соединений в атмосфере сегодня сокращается в результате международного запрета на их производство и потребление. Ученые стали искать вещества-заменители фреонов. Началось производство альтернативных аэрозольных распылителей. Разрабатываются способы рекуперации, очистки и повторного использования хладагентов в холодильных камерах и кондиционерах, создаются альтернативные растворители для очистки электронных плат.

В качестве заменителей фреонов стали использовать гидрохлорфторуглероды (HCFC) и гидрофторуглероды (HFC). Хотя они уменьшают толщину озонового слоя не столь значительно, как фреоны, однако являются сильнодействующими парниковыми газами, т. е. проблему парникового эффекта они не решают. Даже если повсюду применение ХФУ будет запрещено, истощение озонового слоя будет продолжаться из-за долгого времени жизни фреонов в атмосфере. Измерения концентрации HCFC и HFC показывают ее рост в атмосфере. Если их концентрация будет продолжать увеличиваться, эти вещества могут также оказать значительное влияние на глобальное потепление в будущем.

Менее значимым парниковым газом по его влиянию на глобальное потепление является N₂0. Как и С0₂, оксид азота(I) — естественный компонент атмосферы, но присутствует он в ней в значительно меньшем количестве. К антропогенным источникам этого парникового газа относятся хозяйства, использующие азотные удобрения, сжигающие биомассы, а также механизмы, в которых ископаемое топливо используется в двигателях внутреннего сгорания. На долю N₂0 приходится около 6% глобального потепления.

Признаки парникового эффекта в XX в. Климатическая система планеты находилась в равновесии, когда поглощенное солнечное излучение уравновешивалось тепловым излучением Земли. Это было до технической революции, которая вызвала значительное увеличение выбросов антропогенных парниковых газов. Систематические наблюдения за климатом и содержанием в атмосфере парниковых газов дают основание для прогноза к увеличению их концентрации и повышению средней температуры на планете.

По оценке ученых, за 100 с лишним лет с начала индустриальной эпохи произошло 25%-ое повышение концентрации углекислого газа, доля которого в парниковом эффекте наибольшая. При этом отмечается, что содержание С0₂ в атмосфере непрерывно возрастает — на 0,5% в год.

Данные о температуре воздуха, собранные за последнее столетие, показывают, что увеличение глобальных температур колеблется в пределах от 0,3 до 0,6 «С, и можно принять, что увеличение средней глобальной температуры в XX в. составило примерно 0,5 ⁰С. Наблюдаемое потепление климата можно связать с парниковым эффектом. Физическое проявление парникового эффекта уже не вызывает сомнений. В XX в. отмечены следующие его признаки:

жара и засуха, которые затронули Северную Америку и другие регионы планеты в 1980-е гг.;

увеличение расстояния до зоны вечной мерзлоты на Аляске и в канадской Арктике;

повышение средней температуры озер в Канаде;

уменьшение годовой максимальной протяженности ледникового покрова в Антарктике и Арктике;

убывание количества айсбергов на севере Европы и в других районах мира;

необычные климатические явления в последние годы XX в. — ураган Хьюго, наводнения в Африке и Индии, бури в Европе;

уменьшение толщины льда в Арктике и Антарктике: например, толщина льда в районе севернее Гренландии уменьшилась с 6,7 м в 1976 г. до 4,5 м в 1987 г.

Все это привело Межправительственную комиссию по изменению климата (IPCC) к выводу о явном антропогенном воздействии на глобальный климат на планете.

Возможно, что потепление вызвано не только парниковым эффектом, но и естественной изменчивостью климата. Тем не менее, для специалистов ясно, что, создавая своей деятельностью антропогенные выбросы в атмосферу газов, поглощающих ИК-излучение, человечество способствует потеплению климата.

Прогноз глобального потепления на XXI в. и возможные экологические последствия. Изучением дальнейшего повышения среднепланетной температуры Земли, прогнозом ее на XXI в. занимаются многие ученые, специалисты научных институтов, международных организаций, группы экспертов на уровне правительств. Для оценки возможного изменения климата разрабатываются компьютерные модели будущего климата, или модели глобальной циркуляции (МГЦ).

Рассмотрю некоторые из этих прогнозов, сопоставлю разные точки зрения.

В последнем десятилетии XX в. среди ученых бытовали две крайние точки зрения на ожидаемое потепление в XXI в. Точку зрения одних можно сформулировать как «нет никаких оснований для беспокойства», тогда как другие предрекают «конец света» и в связи с этим предполагают изменение температуры к 2100 г.: от сравнительно умеренного повышения на 0,5 °С в наши дни до катастрофического потепления на 5 °С и выше еще до конца XXI в. Повышение на 5 °С может быть названо катастрофическим, так как оно соответствует уровню потепления, имевшему место в период жизни на Земле между 15 тыс. и 5 тыс. лет назад и ознаменовавшему собой переход от последнего ледникового периода к современной межледниковой эпохе. Модели МГЦ дают эту верхнюю оценку, т. е. прогнозируют максимальное потепление даже более чем на 5 «С. Прогнозы аналитиков из международной организации «Гринпис» (1990 г.), не совпадая с этими двумя точками зрения, соответствуют промежуточным данным. Ученые IPCC дают более оптимистическую оценку. По их расчетам, к 2100 г. произойдет повышение температуры на 3 «С при том условии, что рост выбросов парниковых газов будет таким же, как в наше время. Но даже при такой, более благоприятной оценке IPCC скорость изменения температуры составит 0,3 ^вС за десятилетие. Большинство ученых считает, что в течение XXI в. вполне вероятно повышение глобальной температуры на 1 °С или около того. Но даже это, казалось бы, незначительное повышение температуры может оказаться опасным для некоторых видов растений и животных, обитающих вблизи горных вершин.

В начале 1990-х гг. появились также прогнозы потепления при удвоении содержания С0₂. Многие ученые и компьютерные модели предсказывают повышение средней глобальной температуры на 1,5—4,5 °С при «эффективном удвоении» количества С0₂ по сравнению с его уровнями в доиндустриальную эпоху. «Эффективное удвоение» означает усиление в два раза парникового эффекта. Это может произойти к 2030—2050-м гг., если выбросы парниковых газов будут продолжаться на современном уровне. Количество парниковых газов в атмосфере станет таким, что по тепло поглощающей способности они в два раза превзойдут С0₂, содержавшийся в атмосфере в середине XIX в. Вспомним прогноз гениального С. Аррениуса, который в начале XX в. высказал предположение о повышении температуры на 4 °С при удвоении содержания угольной кислоты.

В конце 2000 г. американский ученый Кевин Гурни привел несколько иные цифры (его статья опубликована в журнале «Химия в России», № 8 за 2000 г.). По его мнению, рост средней температуры может составить от 1,0 до 3,5 °С при удвоении первоначальной (до промышленной революции) концентрации С0₂. Если сохранятся нынешние тенденции, это может произойти примерно к 2100 г., причем температура может повыситься неравномерно — до 10 °С в полярных регионах и, возможно, не изменится вообще в экваториальном поясе.

По прогнозам ученых, удвоение содержания С0₂ в атмосфере приведет не только к повышению глобальной температуры на 1,5—4,5 °С (по другим оценкам на 1,0—3,5 °С), но и к другим климатическим изменениям, а также к нарушениям во всех земных экосистемах, к истощению биоты, гибели или сокращению лесов, обеднению фауны, снижению урожайности сельскохозяйственных культур, дефициту продуктов питания, миграции и болезням людей. Рассмотрим наиболее важные из возможных климатических изменений.

Увеличение осадков, особенно в средних и высоких широтах в зимний период.

Уменьшение поверхности морского льда и снежного покрова.

Потепление полярных зим.

Подъем среднего уровня Мирового океана (на 10—30 см — произойдет к 2030 г. и на 30—100 см — к концу XXI в. вследствие нагрева и таяния ледников). В случае таяния Антарктического ледникового щита глобальный уровень моря поднимется более чем на 5 м. В течение XXI в. это, вероятнее всего, не произойдет.

Повышение уровня моря вызовет крупномасштабные наводнения (например, во многих северных регионах России), затопление прибрежных зон, ведущее к загрязнению систем водоснабжения, засолению пресноводных прибрежных акваторий, перемещению человеческих поселений. Повышение уровня моря на 1 м затопит 15% площади Египта и 14% урожайной земли Бангладеш.

Понижение влагосодержания почвы в летний период во внутриконтинентальных областях средних широт (летнее иссушение континентов), вызванное более ранним окончанием таяния снегов и периодов дождей.

Понижение влажности почвы в некоторых регионах приведет к их опустыниванию (например, в Африке).

Распространение засухи от 5% в 1990-е гг. до 50% к 2050-м гг. вызовет ухудшение обеспечения населения продовольствием, особенно в густонаселенных регионах мира (Северная Африка, Южная Америка, западные арабские страны, Юго-Восточная Азия, Индийский полуостров, Мексика, Центральная Америка, юго-западные территории США, часть Восточной Бразилии и другие зоны).

Потери урожая зерновых культур в некоторых областях Земли (в Южной Европе, на юге США, в Западной Австралии).

Потепление на 0,1 — 1,0 °С за 10-летний период и засуха ограничат распространение лесов и приведут к замене 100— 200 млн га леса степными зонами. Произойдет сокращение территорий, занятых лесами.

Такое смещение географических зон растительности приведет к сокращению территорий, пригодных для жизни животных, т. е. произойдет обеднение земной фауны. Могут погибнуть не только отдельные виды животных, но исчезнуть целые генотипы.

Произойдет значительное сокращение видового многообразия растений и животных.

Появятся новые виды, для которых эти условия более благоприятны. Среди растений это сорняки, среди животных — вредители и паразиты садов и жилищ. Расширятся возможности распространения вредных насекомых и микробов — возбудителей болезней — за пределы тропической зоны на субтропическую и даже среднюю полосу с разрушительными последствиями для местных сельскохозяйственных культур.

Миграция людей из районов наводнения, засухи, обеднения флоры и фауны приведет к распространению эпидемий в лагерях и поселениях для беженцев.

Распространение болезней, характерных для жаркой зоны (малярия, шистосомоз, лихорадка денге, японский энцефалит), в сторону северных широт; это может привести к заболеваемости большего числа людей.

Наиболее сильному негативному воздействию подвергнутся жители крупных урбанизированных районов.

Обратная связь «среднепланетная температура — концентрация парниковых газов». В результате повышения среднепланетной температуры может произойти дальнейшее увеличение концентрации С0₂ и других парниковых газов уже за счет природных источников. Это так называемые положительные обратные связи. Рассмотрим наиболее существенные из них.

Повышение температуры вод Мирового океана будет приводить к понижению растворимости СО,. Излишек СО, будет поступать в атмосферу. Океаны являются гигантским резервуаром для С0₂, поскольку они содержат СО, в 50—60 раз больше, чем атмосфера, и в 20 раз больше, чем биосфера. Этот источник СО, представляет большую опасность.

Еще большее количество связанного СО, содержится в земной коре в виде карбонатсодержащих пород (почти в 50 000 раз больше, чем в атмосфере). Разложение карбонатов в результате повышения температуры Земли из-за подземных ядерных взрывов и других факторов может привести к выделению огромных количеств СО, в атмосферу.

Можно ожидать увеличения выделения метана на высоких широтах в результате прогревания и увлажнения почвы, оттаивания грунтов в тундре, так как залитые водой почвы могут производить в 100 раз больше СН₄, чем сухие.

В зоне вечной мерзлоты имеется избыток замороженного органического вещества, способного разлагаться при повышении температуры с выделением СН₄.

Повышение температуры придонных вод Мирового океана может привести к разложению метан-гидратных комплексов (кристаллических комплексов молекул метана и воды). Они чаще встречаются ближе к поверхности осадочных пород, на дне или вблизи него. Прогревание воды может привести к разложению этих комплексов и поступлению в атмосферу значительных количеств СН₄ и СО, (в результате окисления метана бактериями и непосредственного окисления в верхних слоях атмосферы).

Метан-гидратные комплексы встречаются и в зоне вечной мерзлоты. Они залегают ниже слоя вечной мерзлоты и в далеких от берегов зонах Арктики. Температурная волна от нагретой поверхности будет проникать в землю очень медленно, поэтому это влияние будет незначительным в течение нескольких десятилетий. При этом наличие трещин вызывает эпизодические выбросы СН₄ уже сегодня.

При повышении температуры атмосферы возрастает скорость испарения морской воды, следовательно, увеличивается количество водяных паров, которые являются парниковым газом.

Повышение температуры, вызванное парниковым эффектом, с одной стороны, может увеличить темпы фотосинтеза (т. е. усилить поглощение углекислого газа), но, с другой стороны, способствует интенсификации противоположных процессов — дыхания, окисления, гниения растений, что приводит к увеличению концентрации С0₂. По мнению большинства ученых, увеличение выделения С0₂ происходит быстрее, чем фотосинтез. При глобальном потеплении пострадают леса, приток С0₂ в атмосферу увеличится.

Таким образом, глобальное потепление в большинстве случаев будет вызывать увеличение концентрации парниковых газов (С0₂, СН₄, водяных паров), что, в свою очередь, ускорит рост средне планетной температуры на Земле.

Оптимистический и реалистический прогнозы последствий глобального потепления для человеческой цивилизации. Специалисты лаборатории биофизики биоценозов Института биофизики клетки (ИБК) Российской академии наук рассмотрели несколько сценариев развития парникового эффекта при условии продолжающегося сжигания углеводородного топлива (угля, нефти, газа и др.) (доклад А. Карнаухова, 2000 г.). При этом учитывались процессы, происходящие в живой и неживой природе в условиях Земли. По этим данным биологических механизмов удаления С0₂ из атмосферы явно недостаточно по сравнению с его техногенным выбросом, который в 50 раз превосходит биологически связанный С0₂ (с учетом поглощения С0₂ при фотосинтезе и обратного выделения его в процессах дыхания, окисления, гниения и т. д.).

Была проанализирована роль различных биоценозов в долговременном извлечении С0₂ из атмосферы. Оказалось, что роль биоценозов лесов в этом процессе крайне мала. Это объясняется тем, что практически весь связанный благодаря фотосинтезу углерод возвращается в атмосферу в виде СО, вследствие процессов дыхания, гниения отмирающих листьев и древесины, а также лесных пожаров. Этот вывод поколебал распространенное мнение, что «лес — это легкие планеты».

Для долговременного извлечения СО, из атмосферы необходимо, чтобы значительная часть связанного в результате процессов фотосинтеза углерода оказывалась недоступной для процессов окисления. Такие условия существуют только в биоценозах болот и тропических морей.

В биоценозе болота отмирающая растительность попадает в стоячую воду с низким содержанием кислорода и накапливается там, практически не разлагаясь (частичное анаэробное разложение с образованием СН₄ не меняет общей картины). Частично разложившиеся остатки растений превращаются в торф, а затем в бурый и каменный уголь. В настоящее время общая площадь болот на Земле сократилась почти в два раза и продолжает сокращаться в результате их осушения. Соответственно уменьшается количество извлекаемого из атмосферы СО_:.

В биоценозах тропических морей растворенный СО, используется в качестве «строительного материала» при образовании известковых раковин и чехлов. Практически все карбонаты (известняки, доломиты, мел, мрамор и т. д.) имеют биогенное происхождение. Важную роль в этом отношении играют коралловые полипы и планктон (всего около 80 видов). Имеются сведения о гибели коралловых рифов. А в результате сброса гербицидов и пестицидов в Мировой океан может пострадать фораминиферовый планктон. В результате уменьшится связывание СО,, изъятие его из океанической воды.

По мнению А. Карнаухова, «парниковый эффект» способен изменять температуру планеты на несколько сотен градусов. Например, среднепланетная температура Венеры при параметрах атмосферы, аналогичных земным, должна была бы быть всего на 50 °С выше, чем на Земле. При этом среднепланетная температура Венеры составляет почти 500 °С за счет сильного парникового эффекта.

Повышение средне планетной температуры Земли даже на 50 °С имело бы катастрофические последствия для человеческой цивилизации, явилось бы «парниковой катастрофой». Повышение температуры на 150 °С, по-видимому, сделало бы невозможным существование жизни на Земле.

Расчетные значения парникового эффекта (8 °С) не всегда совпадают с реально наблюдаемым повышением среднепланетной температуры на Земле (1—2 °С). Существуют два объяснения причины этого. Во-первых, Мировой океан играет роль гигантского теплового буфера, стабилизирующего температуру Земли. Во-вторых, наряду с парниковым эффектом, повышающим температуру, происходит накопление аэрозольных частиц в верхних слоях атмосферы, которые понижают температуру. Особенно ощутимо это может быть во время наземных ядерных испытаний, которые приводят к поступлению сажи в верхние слои атмосферы. Во время ядерной войны может наступить значительное падение среднепланетной температуры Земли, так называемая «ядерная зима». Об этом предупреждал академик Н. Н. Моисеев.

Эти две причины (тепловая инерция Мирового океана и аэрозольное загрязнение верхних слоев атмосферы), по мнению ученых из ИБК, не могут существенно изменить прогноз парниковой катастрофы, но способны только несколько отдалить время ее наступления.

На основе имеющихся данных о техногенном поступлении С0₂ в атмосферу ученые Института биофизики клетки (А. Карнаухов и др.) дают два прогноза глобального потепления (табл. 2).

Табл.2. Оптимистический и реалистический сценарий парниковой катастрофы (по А. Карнаухову, 2000)

Вариант	Сценарии развития мировой энергетики	Критическая стадия парниковой катастрофы Дг=50’С
1. 2.	Оптимистический сценарий: техногенный выброс СО, останется постоянным (первое удвоение концентрации СО, произойдет через 100 лет) Реалистический сценарий: техногенный выброс С02 будет расти теми же темпами, что и сегодня (удвоение концентрации СО, будет происходить каждые 50 лет)	300 лет 100 лет

Первый сценарий — оптимистический — предполагает, что техногенный выброс С0₂ в атмосферу со временем не увеличится, т. е. будет оставаться на современном уровне. По этому варианту человеческая цивилизация просуществует 300 лет.

Второй сценарий — реалистический — предполагает, что поступление С0₂ в атмосферу будет расти с той же скоростью, что и сегодня (при такой скорости роста техногенный выброс СО, удваивается каждые 50 лет). В таком случае время существования человеческой цивилизации составит всего 100 лет.

Самым худшим был бы третий — «пессимистический» — сценарий, предполагающий ускорение техногенного выброса С0₂. Увеличения скорости техногенного выброса С0₂ допускать нельзя, так как это граничит с самоуничтожением. Человечество должно срочно выработать меры снижения выбросов утле кислого газа и других парниковых газов.

Ученые прогнозируют возможность наступления «ледникового периода» на севере Евразии и Америки. Как ни парадоксально, но это также является следствием глобального повышения температуры на Земле. Это произойдет, если плотность вод пресного, но холодного (в результате таяния Гренландского ледника) Лабрадорского течения станет меньше плотности соленых вод теплого течения Гольфстрим. Лабрадорское течение поднимется на поверхность, перекрывая путь Гольфстриму на север. В результате нарушится меридиональный перенос тепла между тропическими и полярными областями. На севере Евразии и Америки температура понизится, а в экваториальной части возрастет. Наиболее вероятным наступление «ледникового периода» представляется через 25—100 лет — в момент массового таяния Гренландского ледника.

Одним из следствий наступления нового «ледникового периода» будет резкий рост сжигания угля, нефти и газа для отопления жилищ, что может только ускорить начало терминальной стадии парниковой катастрофы.

Пути решения проблемы глобального потепления климата. Ученые и политики всего мира, озабоченные проблемой парникового эффекта и его возможными последствиями, предлагают ряд мер по борьбе с глобальным потеплением климата. Приведем наиболее часто выдвигаемые предложения.

Для стабилизации парниковых газов на уровнях, установившихся к концу XX в., необходимо снижать объемы выбросов: С0₂ — на 50-80%, СН₄— на 10-20%, фреонов — на 75-100%, N,0-на 80-85%.

Так как более половины выбросов парниковых газов связано с производством энергии, необходимо сокращать производство и потребление энергии, повышать эффективность энергетики, использовать энергосберегающие технологии. Мировое сообщество должно перейти к энергосберегающему будущему. Развитые страны не должны экспортировать устаревшие энергоемкие технологии в страны третьего мира.

Сокращать потребление ископаемого топлива в качестве источника энергии, стремиться к полному отказу от сжигания ископаемых органических веществ, являющихся основным источником углекислого газа.

Вместо угля целесообразнее использовать природный газ, так как он при сгорании дает меньше углекислого газа на единицу производства энергии. При этом при всём этом надо избегать антропогенных выбросов метана и его потерь при транспортировке, ведь метан представляет собой более сильный парниковый газ, чем СО,.

Рекомендовать для использования углеводородное топливо, получаемое из растительных остатков и бытовых отходов путем их анаэробного разложения (биогаз).

Широко использовать возобновляемые источники энергии (энергию Солнца, ветра, гидроэнергию, геотермальную энергию).

Сокращать численность автомобилей, совершенствовать действующие модели, внедрять более экономичные двигатели, повышать их коэффициент полезного действия, использовать в автомобилях вместо жидких нефтепродуктов более экологичные виды топлива (водород, метан, смесь пропана и бутана). В 2001 г. в Швейцарии создан автомобиль, работающий на метане, образующемся при разложении пищевых отходов.

8. Прекратить уничтожение лесных массивов и восстановить их, где это возможно, и таким образом увеличить поглощение углекислого газа. Такие методы прямого удаления С0₂ из атмосферы называются «углеродным секвестром».

9. По возможности не производить осушения болот, так как биоценозам болот принадлежит большая роль (по сравнению с биоценозами лесов) в долговременном изтечении СО из атмосферы.

Ограничить или полностью исключить производство фреонов и аналогичных им веществ (гидрофторуглеродов).

Развитие сельского хозяйства вести по технологиям, уменьшающим образование парниковых газов.

Повсеместно ввести «углеродный налог» (на выбросы угле-родсодержащих соединений). Принцип «загрязняющий платит» в некоторых странах был введен в начале 70-х гг. XX столетия.

В табл. 3 показано, к какому понижению температуры могут привести некоторые из названных выше мероприятий по уменьшению эмиссии парниковых газов.

Табл. 3. Мероприятия по снижению эмиссии парниковых газов и понижению среднегодовой температуры (из доклада «Гринпис», 1993)

Вариант стратегии		Среднее понижение температуры, «С
Запрещение выпуска фреонов		0.52
Прекращение сведения лесов		0,20
Восстановление лесов на площади 500-	-1000 млн. га	0,20
Замена нефти и угля газом		0,28
Консервация энергии		0,45
Итого		1,65

Угроза парниковой катастрофы требует объединения усилий всего человечества. В первую очередь это относится к промышленно развитым странам, и особую ответственность несут руководители государств. Как было отмечено в начале этого раздела, в 1997 г. в Киото (Япония) состоялась Третья конференция ООН по изменению климата. В результате был принят Протокол Киото, требующий сокращения выбросов парниковых газов к 2008—2012 гг. на 5% по сравнению с 1990 г. Но вот в начале 2001 г. президент США Джордж Буш объявил, что не поддерживает Киотский протокол и намерен выйти из него, так как протокол подписан прежней администрацией. Американцы добиваются приобретения квот на вредные выбросы у тех стран, которые не дотягивают до установленного им уровня. Такая позиция безответственна, ведь на долю США сегодня приходится около 25% всего мирового объема выброса углекислого газа.

Осознать опасность парниковой катастрофы должны не только руководители государств, но и все граждане мира.

Действия гражданина Земли, обеспокоенного опасностью парникового эффекта:

Заменить в доме лампы накаливания на экономичные флуоресцентные лампы.

Улучшить теплоизоляцию всего дома и в частности котла для подогрева воды.

Покупать наиболее эффективные нагреватели воздуха и прочее бытовое электрооборудование.

Выбирать из бытового мусора все, что может пригодиться для вторичной переработки, и сдавать это приемщикам вторичного сырья.

Отказаться от престижных больших машин, больше пользоваться общественным транспортом.

Предпочитать продукты сельского хозяйства, полученные с помощью привычных способов, продуктам интенсивного выращивания.

Увеличивать долю растительной пищи в рационе питания.

Проявлять активность в объединениях, поддерживая спрос на продукцию компаний, работающих на предотвращение глобального потепления.

Использовать все возможности для распространения знаний об опасности парникового эффекта среди других людей.

Начинать надо с собственного дома, сделав все возможное для эффективного использования энергии в бытовых системах. Для этого надо улучшать теплоизоляцию крыши, стен, окон. Хорошо изолированный дом позволяет в течение длительного отопительного сезона экономить много топлива, а значит, способствует сокращению выбросов углекислого газа.

Важно также вовремя заменять бытовое оборудование, у которого заканчивается срок эксплуатации. Главная черта старого механизма — большой расход энергии. Общество потребителей должно добиваться, чтобы маркировка товара содержала данные по его экономичности.

Вопрос о выброшенной бумаге или лишней упаковке также очень важен, поскольку бумажный мусор может скапливаться в количествах, достаточных для начала процесса выделения метана (на влажных свалках). Таким образом, способствовать вторичной переработке многих материалов (в том числе бумажного мусора) — значит снижать концентрацию одного из важнейших парниковых газов (СН₄).

Предпочитая сельскохозяйственные продукты, полученные с использованием натуральных органических удобрений, продуктам, выращенным на полях, обработанных минеральными (азотными) удобрениями, мы способствуем уменьшению выбросов оксидов азота, которые возникают на предприятиях туковой промышленности (производства минеральных удобрений). Потребление растительной пищи при сокращении потребления мяса сокращает выделение метана из силосных ям.

Покупка автомобиля должна быть продиктована не мнимыми представлениями о престижности, а жизненной или производственной необходимостью. Надо помнить, что 1 л бензина, сгорая в двигателе БМВ или другой «престижной машины», добавляет 2,5 кг СО, в атмосферу. Каждый владелец легкового автомобиля вносит свой вклад в развитие парникового эффекта.

Каждый гражданин должен вырабатывать в себе черты нового образа жизни, помогающего уменьшить угрозу парникового эффекта.

Публикации писем с обращением к конкретным лицам и организациям, от которых зависит принятие решений, — это тоже большая сила.

3.2 Кислотные осадки

Рассмотрю другую, но не менее значимую глобальную экологическую проблему атмосферы — кислотные осадки.

Водородный показатель — характеристика кислотности.

При диссоциации кислот образуются ионы водорода Н⁺, присутствие которых обуславливает кислую реакцию растворов кислот. Щелочи диссоциируют в водном растворе с образованием гидроксид-ионов ОН^—. Вода — слабый электролит, при ее диссоциации образуется одинаковое количество ионов Н⁺ и ОН^—

Н₂О <=> Н⁺ + ОН^—

В чистой воде реакция нейтральная. Установлено, что произведение концентраций ионов Н⁺ и ОН^—есть величина постоянная:

Количественной характеристикой кислотно-основных свойств растворов является водородный показатель (рН) — отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода:

pH = -lg[H⁺].

В нейтральной среде [Н⁺] = [ОН^—], поэтому [Н⁺] = 10^-7 и рН = 7. В кислой среде [Н⁺] > [ОН^—], поэтому [Н⁺] > 10^-7 и рН < 7. В щелочной среде [Н⁺] < [ОН^—], поэтому [Н⁺] < 10^-7 и рН > 7. Таким образом, дистиллированная вода характеризуется значением рН = 7. Чем больше в растворе концентрация ионов Н⁺, тем меньшее значение имеет рН и тем более кислым является раствор

Причины образования кислотных осадков.

Дождевая вода, образующаяся при конденсации водяного пара, теоретически должна иметь нейтральную реакцию, однако в действительности даже самый чистый дождь не имеет значение рН = 7. Ведь в атмосфере всегда присутствует углекислый газ (постоянный компонент воздуха), который при взаимодействии с атмосферной водой образует угольную кислоту.

Поэтому дождевая вода имеет слабокислую реакцию (рН = 5,6). Кислотным же называется дождь, рН которого < 5,6. Термин «кислотный дождь» впервые ввел английский химик Роберт Ангус Смит в 1882 г. в своей книге «Воздух и дождь: начало химической климатологии». А. Смиту удалось выявить зависимость между уровнем загрязнения воздуха над Манчестером и кислотностью осадков.

Образование кислотного дождя обусловлено выбросами в атмосферу кислотных оксидов, преимущественно SO₂ и NO₂, естественные и техногенные источники. К основным антропогенным источникам этих газов относятся тепловые электростанции, промышленные котельные, автотранспорт, технологические агрегаты металлургической, химической и других отраслей промышленности.

Поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется кислородом воздуха в серный ангидрид. Происходит эта необычная для природы реакция в присутствии пылеобразных частиц оксидов металлов, выступающих в роли катализаторов, или под действием солнечного света.

Образующийся серный ангидрид растворяется в капельках влаги с образованием серной кислоты, выпадающей далее с атмосферными осадками на Землю в виде кислотного дождя.

Так образуется в атмосфере серная кислота, являющаяся первой причиной выпадения кислотных осадков.

Вторая причина образования кислотных осадков связана с азотной кислотой, образующейся в атмосфере из оксидов азота.

Роль серной и азотной кислот в образовании кислотных дождей неодинакова в различных регионах мира. Из всего количества кислот, выпавших с дождями на северо-востоке США и в Центральной Европе, в среднем ²/₃ приходится на серную кислоту и ¹/₃ на азотную. Это соотношение может несколько изменяться в зависимости от конкретного места или региона. Например, на западном побережье США, в Калифорнии, кислотность дождей обусловлена на 57% азотной кислотой, а на 43% — серной, это связано с большими выбросами оксидов азота автомобилями в южных районах Калифорнии. В некоторых регионах мира определенную долю кислотности осадков составляют хлороводород и фтороводород.

Хотя термин «кислотный дождь» возник более 100 лет назад, проблеме кислотных дождей стали уделять внимание сравнительно недавно. Раньше всех с этой экологической проблемой столкнулись в Скандинавских странах (1950-е гг.). Затем эта проблема заявила о себе на северо-востоке США, юго-востоке Канады, далее — в северной Европе, на Тайване и в Японии. В 1970-е гг. стали явно обнаруживаться экологические последствия кислотных дождей. Так, 10 апреля 1974 г. в небольшом шотландском городке Питлохри выпал кислотный дождь с рН = 2,4.

Предметом серьезного обсуждения проблема кислотных дождей стала на XXVIII Генеральной ассамблее Международного союза по теоретической и прикладной химии (ИЮПАК), которая состоялась в Мадриде в 1975 г. Кислотными следует называть осадки не только в виде дождя, но и любые осадки (туманы, снег, град), кислотность которых выше нормальной. К ним также относят так называемые кислотные отложения — выпадение из атмосферы сухих кислотных частиц. Кислоты могут выпадать из атмосферы и без воды — сами по себе или с частицами пыли. Такие сухие кислотные отложения могут накапливаться на поверхности растений, а при смачивании небольшим количеством влаги, например при выпадении росы, давать сильные кислоты. Следовательно, к кислотным осадкам надо относить и кислотную росу. Таким образом, к кислотным осадкам относятся кислотный дождь, кислотный снег, кислотный град, кислотный туман, сухие кислотные осадки (кислотные отложения), кислотная роса.

Водородный показатель кислотных осадков зависит от количества в атмосфере и кислот, и воды, в которой они растворены. Сильные дожди обычно менее кислотные, так как воды в них относительно больше, чем в умеренном или слабом дожде. У туманов и росы кислотность выше, чем у дождей, поскольку здесь кислоты растворены в значительно меньшем количестве влаги.У них уровень кислотности иногда в 100 раз выше (или значение рН на 2 ед. меньше), чем у дождя. Вода, образующая облака, может быть более кислой, чем дождь.

Кислотные осадки выпадают в большинстве промышленных районов мира. Они особенно распространены в странах Скандинавии (Швеция, Норвегия, Финляндия), Европы, на северо-востоке и западном побережье США и Канады. В указанных районах Северной Америки, а также почти над всей Европой рН дождя и снега обычно составляет около 4,5. В пределах этих регионов бывают осадки с рН = 4,0. Вода, образующая облака, в отдельных случаях имеет рН = 3,5 и даже ниже. Туман в районе Лос-Анджелеса обычно имеет рН — 2,5—3. В промышленных зонах и крупных городах осадки, как правило, в 10—1000 раз кислее нормальных. Отмечались даже случаи выпадения осадков с рН = 1,5, т. е. в 10 000 раз более кислотные по сравнению с так называемым чистым дождем, рН которого должен составлять 5,6.

Кислотные дожди «не признают» границ между государствами и народами. Великобритания и Северная Европа «экспортируют» кислотные дожди в Швецию и Норвегию. США и Канада также «обмениваются» своими кислотными дождями, однако США в большей степени ответственны за эти дожди, так как выбрасывают в атмосферу гораздо большее количество оксидов серы, а преобладающие ветры над восточными промышленно развитыми штатами США направлены в сторону Канады.

Исследователи считают, что более 50% кислотных осадков, выпадающих над восточной частью США и Канады, объясняются работой угольных электростанций, которые дают около 75% всех выбросов SO₂. С целью рассеивания загрязняющих веществ в более высоких слоях атмосферы и уменьшения загрязнения приземного воздуха на некоторых ТЭС произвели замену обычных труб на более высокие — 300-метровые. Но оказалось, что эта мера, решая только местные проблемы, создает более широкомасштабные, приводя к усиленному превращению диоксида серы и оксидов азота в кислоты и к их распространению на сотни километров от источника, особенно по направлению ветра.

Влияние кислотных осадков на живые организмы. Водные экосистемы.

Наиболее заметное влияние кислотные осадки оказывают на обитателей водоемов. В 1950-е гг. рыбаки отметили резкое сокращение популяции рыб во многих озерах Швеции, Норвегии, провинции Онтарио (Канада) и городе Адирондак (шт. Нью-Йорк). Шведские ученые первыми объяснили этот факт повышенной кислотностью воды в результате выпадения кислотных осадков.

В Швеции и Норвегии рыба погибла примерно в 6500 озерах и семи реках. В канадской провинции Онтарио около 1200 озер в 1990-е гг. были «мертвы». В горах Адирондак более 200 озер лишены рыбы, причем во многих из них выжило лишь несколько видов бактерий. Исследования, проведенные в 1975 г., показали, что всегда 50% этих высокогорных озер имели рН < 5.

В пресноводных озерах, ручьях и прудах вода обычно имеет рН = 6—7, и живые организмы в этих водоемах адаптированы именно к этому уровню кислотности. Значение рН водной среды чрезвычайно важно, поскольку от него зависит деятельность ферментов, гормонов, регулирующих метаболизм, рост и развитие организмов. Взрослая рыба менее чувствительна к изменению рН среды, чем молодь, так как метаболизм поддерживает внутренний рН на должном уровне, а кожа обеспечивает более или менее надежную защиту от нарушений. Ученые считают, что сокращение численности рыб происходит в основном не из-за гибели взрослой рыбы, а из-за того, что кислые воды не позволяют рыбе нормально размножаться. Самки могут оказаться не способны выметывать икру в кислой воде. Но если даже они и отложили икру, то из-за повышения кислотности воды либо она гибнет, либо погибнут мальки. При изменении реакции воды всего лишь на одну единицу рН, т. е. при увеличении кислотности в 10 раз по сравнению с оптимальной, мальки в большинстве случаев испытывают серьезный стресс и часто погибают. В результате в водоемах с кислой водой встречается не молодь, а только взрослые особи.

Подкисление водоемов усиливается в период таяния снегов, когда все накопившиеся за зиму в почве кислотные осадки вымываются талыми водами в водоемы. По времени это совпадает с началом нереста у рыб. Таким образом, вымеченная икра оказывается в кислой воде и погибает. Наряду с рыбой в кислой среде быстро погибают и другие водные организмы либо из-за прямого воздействия ионов Н⁺, либо из-за невозможности размножения.

Уменьшение рН среды по-разному влияет на жизнеспособность различных организмов. При значении рН = 6 гибнут ракообразные, улитки, моллюски, при рН < 5,8—5,9 — лосось, форель, плотва, а также некоторые восприимчивые к кислотному загрязнению насекомые, фито- и зоопланктон. При рН=5,7 и ниже гибнут сиг и хариус. Окунь и щука выдерживают подкисление водоемов до рН = 5,1, а угорь и голец — до рН = 4,6—4,7. Из приведенных примеров видно, как по-разному влияет кислотность на виды рыб, лишь немногие выживают при рН < 4,5, при всём этом важно отметить, что даже при вымирании самых чувствительных видов наступает нарушение водных экосистем. При рН меньше 4,5 бурно развиваются кислотолюбивые мхи, грибы и нитчатые водоросли, развивается белый мох сфагнум (в обычных условиях — обитатель суши), водоем начинает заболачиваться. При таком понижении рН в озерах вымирают микроорганизмы, развиваются анаэробные (бескислородные) процессы с выделением метана и сероводорода.

Кислотные осадки оказывают на рыб не только прямое воздействие, но и косвенное — за счет вымывания алюминия и тяжелых металлов из почвы и донных отложений. Под действием кислот эти металлы переходят из нерастворимых соединений в растворимые, становятся доступными для живых организмов, поглощаются ими, производя токсическое действие. Алюминий, попадая в водоемы, вызывает аномалии развития и гибель эмбрионов рыбы, повреждает жаберный аппарат рыб. Ионы алюминия и марганца могут вызвать угнетение роста растений и водорослей, сокращение или полное исчезновение популяций рыб, в частности семги.

Отмечая пагубное действие кислотных осадков на водные экосистемы, следует добавить, что не все озера одинаково чувствительны к ним. Чувствительность озер к кислотным дождям определяется химическим составом подстилающих пород и почвы на водоразделах и берегах. Если в них присутствует известняк (осадочная порода, состоящая из карбоната кальция), то такие озера «сопротивляются» закислению воды, поскольку карбонаты нейтрализуют кислоту:

СаСО₃ + 2Н⁺ —> Са²⁺ + СО₂ + Н₂О.

Карбонат кальция играет роль буфера, поддерживает постоянным значение рН. Аналогичное действие производит и карбонат магния MgCO₃. При этом возможности любого буфера ограничены. Известняк, например, расходуется, реагируя с кислотами, т. е. его буферная емкость уменьшается. Если она будет исчерпана, то дополнительные ионы водорода останутся в растворе и произойдет соответствующее понижение рН среды. При истощении буферной емкости добавление даже небольшого количества кислот вызовет резкое уменьшение рН.

Если водозаборные бассейны озер сложены гранитами (или гнейсами) с низкой буферной емкостью, как в горах Адирондак, то такие озера чувствительны к кислотным осадкам. Последние вызывают сильное подкисление их воды. Обширные территории Северной Америки, особенно в Канаде, сильно страдают от кислотных осадков, так как сложены гранитными породами.

Таким образом, экологические последствия для разных рек и озер на планете, получающих одинаковое количество кислотных осадков, не одинаковы. Так, Белгородская область богата месторождениями мела (карбоната кальция). В зоне меловой находятся водозаборные бассейны почти всех рек области (Северский Донец, Оскол, Ворскла, Нежеголь, Псел, Пена, Короча, Валуй и др.). На рис. 3. представлена геологическая карта-схема Белгородской области, на которой отмечены меловые системы. Так как породы осадочного происхождения состоят из карбоната кальция, они обладают большой буферной емкостью и, следовательно, могут защищать белгородские реки и пруды от кислотных осадков. Иными словами, возможные кислотные осадки не должны вызывать сильного снижения рН воды этих рек, а потому отрицательные экологические последствия для данных водных экосистем будут незначительными. Продолжая разговор о кислотных осадках, следует заметить, что действие их не ограничивается гибелью непосредственных обитателей водоемов, а сказывается и на других животных, являющихся следующими звеньями пищевой цепи. Гибель рыбы и других водных обитателей вызывает уменьшение численности животных, пищевые цепи которых начинаются в водных экосистемах. По мере сокращения численности рыбы будет уменьшаться и численность питающихся рыбой птиц и животных, таких как белоголовый орлан, гагара, скопа, а также норка и выдра. Например, в горах Адирондак (север США), где в озерах уже не осталось рыбы, практически исчезли гагары и другая водоплавающая дичь; резко сократились популяции птиц, питающихся насекомыми, личинки которых развиваются в воде; уменьшилась численность енотов.

Численность лягушек, жаб и тритонов также сокращается по причине тех же кислотных осадков, так как многие из этих видов размножаются во временных водоемах, возникающих в период весенних дождей, т. е. образованных только дождевой водой, кислотность которой выше, чем у вод естественных (природных) водоемов.

Почва и растения. Не только водные экосистемы чувствительны к кислотным дождям. Почвенные и наземные экосистемы, в частности растения, также страдают от их воздействия.

Как и водоемы, почвы по-разному реагируют на кислотные осадки. Почвы, возникшие на осадочных породах, например карбонатных минералах, и почвы, богатые органическими веществами (гумусом), способны нейтрализовать кислотные дожди. К таким можно отнести почвы Центрального Черноземья, в частности почвы Белгородской области, где чернозем занимает около 77% площади земельных угодий. Основными свойствами черноземов являются богатство гумусом и элементами питания (N, Р, К и др.) растений, отсутствие в почве легкорастворимых солей и наличие в профиле карбонатов, а также благоприятные физические свойства.

Почвы, образованные на гранитах и гнейсах, практически не растворимых в воде, очень чувствительны к кислотным осадкам и легко становятся закисленными. Например, 70—80% земель в восточной части США имеют почвы, чувствительные к закислению. Из таких почв кислотные дожди легко выщелачивают небольшое количество минеральных питательных веществ, тем самым уменьшая их плодородие и как результат отрицательно воздействуя на растения.

Рассмотрим подробнее три основных пути воздействия кислотных осадков на растения.

1. Непосредственное воздействие {прямой контакт) с растением. Кислоты нарушают поверхность растений, в частности защитный восковой покров листьев, делая растения более уязвимыми для вредных насекомых, грибов и других патогенных организмов. Через такие поврежденные листья испаряется больше влаги, что может вызвать нарушение жизнедеятельности растений, особенно во время засухи. Кислотные осадки, стекая по растениям, вымывают из листьев биогенные элементы, особенно если поверхность листьев повреждена. Специальные лабораторные опыты показали, что иголки у сосны достигали лишь половины нормальной длины, а урожай помидоров заметно снижался, когда их поливали водой, кислотность которой соответствовала рН кислотного дождя (4,5).

2. Вытеснение ионов биогенных элементов из почвы (выщелачивание биогенов). Кислотные осадки вымывают ионы биогенных элементов из почвы. Частички гумуса и глины обычно заряжены отрицательно и удерживают такие положительные биогенные ионы, как К⁺, NH₄⁺, Ca²⁺. При просачивании через почву нейтрального водного раствора эти ионы удерживаются частицами почвы и не вымываются. При этом при поступлении в почву кислотного дождя биогенные ионы вытесняются ионами Н⁺. Кроме того, при низких значениях рН понижается активность азотфиксаторов, что еще больше приводит к уменьшению содержания биогенов.

Дефицит биогенов, возникающий в результате вымывания их из листьев и вытеснения из почвы, вызывает замедление роста растений, снижает их сопротивляемость болезням и вредителям.

3. Перевод токсичных металлов из нерастворимых соединений в растворимые (мобилизация алюминия и других элементов). При рассмотрении водных экосистем было отмечено, что алюминий и
тяжелые металлы под действием кислот, содержащихся в атмосферных осадках, переходят из нерастворимых форм в растворимые. Алюминий широко распространен в земной коре, присутствует в значительных количествах во многих горных породах и почвенных минералах. Из кристаллов кварца (SiO₂), полевого шпата и слюды состоят горные породы граниты и гнейсы. Алюминий входит в состав всех глинистых почв. Основу различных глин составляет каолин А1₂О₃ * 2SiO₂ * 2Н₂О. При повышении кислотности происходит растворение соединений алюминия, переход алюминия в раствор. Этот процесс называется мобилизацией алюминия. Образующиеся соединения обладают токсичностью для корневой системы, они разрушают корневые волоски, которые в конечном итоге отмирают. При повреждении волосков нарушается процесс питания растений. Особенно опасен алюминий при невысоком соотношении в почве Са : AI (т. е. при малом содержании кальция). Например, в Белгородской области есть месторождения глины, так что не исключается образование растворимых соединений алюминия при повышении кислотности почвы. При этом присутствие значительного количества карбоната кальция в белгородских почвах должно снижать эффект воздействия токсичного алюминия.

Тяжелые металлы, например свинец и ртуть, тоже могут переходить в растворимые соединения при подкислении среды. Кроме того, тяжелые металлы и повышенная кислотность обладают синергическим действием на растения, т. е. действие одного из этих двух факторов усиливается действием другого.

С повышением кислотности почвы и образованием растворимых форм токсичных металлов активность микроорганизмов резко снижается. В почве содержатся различные микроорганизмы: бактерии, грибы, вирусы и др. Большинство из них перерабатывает лесную подстилку, улучшает структуру почвы, переводит органические соединения в усвояемые формы. Снижение активности микроорганизмов приводит к ухудшению качества почвы, что отрицательно сказывается на жизнедеятельности растений.

В результате действия даже одного из названных факторов происходит деградация или гибель дикорастущих растений, снижается продуктивность сельскохозяйственных растений. В первую очередь погибают некоторые лишайники, которые считаются «индикаторами» чистого воздуха. Кислотные осадки влияют также на кустарниковую и древесную растительность. Они вызывают массовые заболевания лесов, особенно хвойных, составляющих основную часть лесных площадей России, Европы и Северной Америки. Кислотные дожди омертвляют леса. Леса высыхают, развивается суховершинность деревьев на больших площадях. Чаще всего страдают ель, сосна, пихта, потому что смена хвои происходит реже, чем смена листьев, и хвоя накапливает больше веществ-загрязнителей за один и тот же период времени.

Например, наблюдения за лесами в Баварии (Германия) показали, что у ели красной — вида, который наиболее чувствителен к повреждениям, — наблюдаются пожелтение и раннее опадание хвои, которое, начинаясь с вершины дерева, постепенно распространяется книзу. Процесс, кроме того, развивается по направлению к стволу, т. е. хвоя начинает опадать с самых концов ветвей, и ветки опускаются вниз. В Англии из-за кислотных дождей гибнет до 60% хвойных лесов, в Германии — до 50%. Действию кислотных дождей подвергаются не только хвойные породы деревьев, но и лиственные (бук, граб, дуб, береза, рябина, платан).

Примером деградации лесов и другой растительности в России является территория около г. Норильска, медеплавильные заводы которого выбрасывают в атмосферу большое количество сернистого газа. В результате выпадения сернокислотных дождей погибла древесная растительность в радиусе 50 км от центра города, на больших площадях исчезли лишайники.

В 1980-е гг. отмечались повреждения лесов и даже их гибель по всей Европе. К 1990 г. в Северной Европе от кислотных дождей пострадало около 50% лесов. Эти явления охватили лесные массивы Германии, Чехословакии, Польши, Австрии, Швейцарии, Швеции, Голландии, Румынии, Великобритании, Югославии. Например, отмечено, что у елей в Швеции хвоя удерживается лишь в течение одного года, тогда как у здоровых молодых деревьев она сменяется каждые три года. Буки в некоторых районах Швеции и Германии теряют листву уже в августе, причем листья опадают, когда они еще зеленые. В Германии повреждения деревьев были отмечены на 50% площади лесов, и это явление получило название Waldsterben (буквально — «умирающие леса»). В этой стране можно встретить плакат с надписью: «Лес умирает сегодня. Мы умрем завтра». Ведь каждый вид растений — это часть определенной экосистемы, поэтому заболевание лесов ведет к дальнейшей гибели целой экологической цепочки. В конечном итоге это отрицательно скажется на здоровье человека.

Аналогичные повреждения деревьев обнаружены на северо-востоке и западе США, где выпадают кислотные дожди. В лесах отмечается быстрая гибель красных елей. Происходит также замедление роста деревьев, что выражается в уменьшении толщины годичных колец на срезе ствола или в уменьшении ежегодного прироста. Другими словами, налицо признаки снижения продуктивности леса.

Разрушение лесной экосистемы ведет к эрозии почвы, засорению водоемов, наводнениям, уменьшению запасов воды, гибели диких животных. Изменяется видовой состав лесной растительности. Погибшие деревья будут замещены ацидофильными видами (т. е. «любящими кислотность»), состав которых очень ограничен. В основном это мхи, папоротники и другие низкорослые растения, не представляющие экономической ценности.

Из-за кислотности дождей страдают не только леса, но и сельскохозяйственные культуры. В них также разрушается хлорофилл, затрудняется процесс фотосинтеза, изменяется обмен веществ. У растений повреждаются покровные ткани, нарушаются рост и развитие, уменьшается сопротивляемость болезням и вредителям, снижается урожайность. Например, по данным для Донбасса снижение урожайности зерновых достигает 27%, гречихи — 25%, капусты — 12%, кукурузы — 43% по причине воздействия SO₂, выделяющегося при самовозгорании угольных отвалов (терриконов), и образующейся в атмосфере серной кислоты.

Человек. Отрицательное воздействие кислотных дождей на человека проявляется, прежде всего, через ухудшение качества жизни. Наносимый различным экосистемам экономический, экологический и эстетический ущерб приносит вред и человеку.

Примером экономического ущерба является исчезновение рыбы в некоторых озерах, реках и прудах. Особенно значительный экономический ущерб отмечается при исчезновении ценных промысловых рыб в регионах, где рыба является основным продуктом питания и предметом торговли. Исчезновение ценных пород деревьев, замена их низкорослыми растениями также приводит к экономическому ущербу.

Подкисление водоемов вызывает загрязнение их ионами алюминия и тяжелых металлов. Может произойти загрязнение этими металлами как поверхностных, так и грунтовых вод, являющихся источниками питьевой воды. Употребление загрязненной воды окажет влияние на здоровье человека. Было установлено, что алюминий способен вызывать болезнь Альцгеймера, разновидность преждевременного старения. Ионы таких тяжелых металлов, как ртуть, свинец, кадмий, цинк, из водоемов попадают в рыбу, а далее по пищевой цепи в организм человека, вызывая тяжелейшие отравления. Ртуть, содержащаяся в природных водоемах, может под влиянием кислой среды превратиться в ядовитую метилртуть. Рыбы будут накапливать это соединение ртути в своих тканях. Ртуть — сильно токсичное вещество для человека, поэтому при потреблении такой рыбы происходит его отравление ртутью. Ионы тяжелых металлов могут поступать в организм человека не только при употреблении рыбы, но и через недостаточно очищенную питьевую воду.

Назовем еще одно косвенное воздействие кислотных дождей на организм человека. Если повышается кислотность воды водохранилищ, откуда ведется водозабор для городской водопроводной сети, то в подаваемой воде могут растворяться токсичные металлы самих водопроводных труб и пробок. Таким образом, например, в питьевую воду может поступать свинец, который раньше использовали при строительстве водопроводных систем. С такой водой токсичные металлы могут попадать в организм человека. Не менее важно и то, что деградирующие леса, гибнущие озера, разрушающиеся памятники культуры — это большие эстетические потери для человечества, а также фактор негативного воздействия на эмоционально-психологическое состояние людей.

Меры защиты биосферы от кислотных осадков. Кислотные дожди наносят значительный ущерб всем объектам окружающей среды. Поэтому данная проблема весьма актуальна и требует объединения усилий всех стран.

Прежде всего, необходимы меры, позволяющие резко снизить выбросы в атмосферу сернистого газа и оксидов азота, так как именно они являются причиной образования кислотных дождей. Для уменьшения газообразных выбросов необходимо совершенствовать технологический процесс по принципу безотходного производства, разрабатывать систему эффективных очистных сооружений, а это определяется уровнем развития науки и техники, которые должны быть приоритетными в государственной политике.

В первую очередь надо резко снизить выбросы в атмосферу сернистого газа, так как серная кислота примерно на 70% обусловливает кислотность дождей, выпадающих на больших расстояниях от места выбросов.

Одним из путей уменьшения содержания SO₂ в выбросах является обессеривание топлива. Уголь можно очищать от серы методом промывки водой. Для этого уголь необходимо предварительно измельчить, просеять через сито, а затем промыть водой. При этом сера отделяется от частиц угля в результате седиментации пирита FeS₂ вследствие его относительно большой плотности. Эта мера позволяет удалить из угля 25—50% содержащейся в нем серы, однако полного отделения серы от угля таким методом достичь не удается.

Нефть и нефтепродукты можно гидрировать при высоких температурах и под большим давлением в присутствии катализатора, при всём этом сера переходит в H₂S. При охлаждении реакционной смеси сероводород остается в газовой фазе, т. е. может быть отделен от топлива.

Природный газ обычно не содержит серы. Если же в нем присутствует сероводород, то его можно удалять методом промывки водой, в которой сероводород растворяется.

Уменьшения выбросов сернистого газа можно достичь заменой угля низкосернистыми нефтью и природным газом. Например, на Белгородской ТЭЦ и входящих в ее состав двух котельных («Южной» и «Западной») используют природный газ и мазут, а на Губкинской ТЭЦ (в Белгородской области) — природный газ и уголь, на ее отопительной котельной — природный газ и мазут. Из сравнения видов топлива, применяемых на Белгородской и Губкинской ТЭЦ, следует, что вероятность образования кислотных дождей больше в районе Губкинской ТЭЦ, так как наряду с природным газом и мазутом на ней используется и уголь, содержащий, как правило, больше серы.

Используемые на практике способы обессеривания не позволяют полностью удалить из топлива серу. Кроме того, при сгорании топлива из азота воздуха получаются еще и оксиды азота, т. е. образующиеся газы необходимо подвергать очистке. Таких методов очистки газов предложено достаточно много в зависимости от вида топлива. Они значительно различаются по эффективности.

1. Аммиачный метод скрубберной (мокрой) очистки. По этому
методу к поточному газу добавляют аммиак. В установке для
промывки газа SO₂, NH₃ и вода превращаются в сульфат аммония:

4NH₃ + 2SO₂ + 2Н₂О + О₂—> 2(NH₄)₂SO₄.

Образующийся сульфат аммония можно использовать в качестве удобрения.

2. Известковый метод скрубберной (мокрой) очистки. Газ, предварительно очищенный от пыли, поступает в скруббер с известковым молоком:

SO₂ + Са(ОН)₂ + Н₂О > CaSO₃ + 2Н₂О.

известковое молоко

Образующийся в скруббере CaSO₃ в дальнейшем под воздействием SO₂, Ca(OH)₂ и кислорода воздуха переходит в сульфат кальция через промежуточную реакцию образования гидросульфита кальция.

Этот метод скрубберной (мокрой) очистки топочных газов позволяет снизить содержание серы в отходящих газах на 95%.

3. Сульфитный метод мокрой очистки. В отличие от предыдущего метода газ пропускают не через известковый раствор, а через нагретый раствор сульфита кальция. При этом образуется соответствующий гидросульфит. После охлаждения из раствора гидросульфита можно вновь выделить SO₂ и использовать его для производства серной кислоты. Кроме того, из гидросульфита и Са(ОН)₂ при окислении воздухом можно получить сульфат кальция, как в предыдущем методе.

Вместе с SO₂ в раствор сульфита переходят галогены и следы тяжелых металлов. После удаления SO₂ раствор сульфита можно использовать повторно до тех пор, пока он не обогатится достаточно загрязнениями. Оксиды азота в этом методе не отделяются.

4. Известняковый метод сухой очистки. Измельченный уголь перемешивается с пылью известняка (СаСО₃), и эта смесь подается в камеру сгорания. После сжигания из известняка, сернистого газа и кислорода воздуха образуется сульфат кальция:

2СаСО₃ + 2SO₂ + О₂ —> 2CaSO₄ + 2СО₂.

Вместо известняка можно использовать негашеную известь СаО:

2СаО + 2SO₂ + О₂ —> 2CaSO₄.

Этот метод требует небольших затрат, технически прост, однако недостаточно эффективен, так как позволяет связывать только 50% SO₂ топочных газов. Полученный сульфат кальция загрязнен золой, это затрудняет его использование.

Сухой метод очистки отходящих газов при сжигании топлива в «кипящем слое». Смесь угля и известняковой пыли, как и в методе 4, подается в камеру сгорания. За счет энергии подогретого воздуха, одновременно подаваемого снизу камеры, смесь находится во взвешенном состоянии, т. е. весь процесс сгорания протекает в «кипящем слое». При этом происходят те же химические реакции, что и в предыдущем методе 4. Преимущество этого метода состоит в том, что принцип «кипящего слоя» позволяет вести сжигание при температуре 800—900 °С. При этом на 50% сокращается процесс образования оксидов азота в отличие от методов, которые проводятся при температуре выше 1000 °С. Данный метод является высокоэффективным, он позволяет удалять из отходящих газов до 90% серы. Чрезвычайно интенсивное перемешивание угля и известняковой пыли дает возможность наряду с серой отделять и галогены.

Адсорбционный метод с применением активированного угля или кокса. Для улавливания SO₂, содержащегося в отходящих газах горения топлива и некоторых металлургических производств, можно использовать углеродные пористые вещества (активированный уголь или кокс). При этом адсорбируются сернистый газ, галогены и тяжелые металлы. После исчерпания адсорбционной емкости активированный кокс перемешивают с горячим песком для извлечения SO₂ и галогенов. Кокс после десорбции вновь используют для очистки газов. Сернистый газ можно в дальнейшем использовать для производства серной кислоты и других химических синтезов.

Получение из сернистого газа серы. Из SO₂ отходящих газов можно получать и серу (простое вещество), для чего к отходящим газам в стехиометрическом отношении к SO₂ требуется добавить сероводород. При этом SO₂ восстанавливается с образованием серы:

2H₂S + SO₂ —> 3S + 2H₂Q

3.3. Разрушение озонового слоя

История озоновой проблемы. Озоновый слой (озоносфера) располагается в стратосфере приполярных широт на высоте 10 км от поверхности Земли и на высоте до 50 км вблизи экватора. Максимальная концентрация озона О₃ (около 5 млн»¹) отмечается на высоте 20—25 км, где его содержание составляет ~5 молекул О₃ на 10⁶ молекул воздуха. В слое озоносферы озон находится в очень разреженном состоянии. Если бы можно было собрать весь озон, содержащийся в атмосфере, у поверхности Земли при давлении 101,3 кПа и температуре 20 °С, то толщина этого слоя составила бы около 3 мм. Его называют озоновым щитом Земли, так как он защищает все живое на Земле от жесткого ультрафиолетового излучения Солнца.

Проблема разрушения или, точнее, истощения озонового слоя возникла в начале 1970-х гг. Было высказано несколько гипотез, согласно которым некоторые вещества — продукты деятельности человека — достигнув стратосферы, могут вызывать разложение озона.

В 1970 г. немецкий ученый Пауль Крутцен предположил, что причиной разрушения озона является N₂O — оксид диазота, который в атмосфере превращается в NO — оксид азота(II). Последний непосредственно участвует в каталитической реакции разрушения озона. В следующем 1971 г. химик из Калифорнийского университета в Беркли (США) Гарольд Джонстон высказал мысль, что оксиды азота, содержащиеся в выбросах реактивных двигателей сверхзвуковых самолетов, могут вызывать уменьшение количества озона в стратосфере. В декабре 1973 г. химики из Калифорнийского университета в Ирвине (США) Шервуд Роу-ленд и Марио Молина высказали мнение, что хлорфторуглеродные соединения (ХФУ) могут постепенно достигать стратосферы и разрушать озоновый щит. В июне 1974 г. статья об их открытии была опубликована в журнале «Nature» («Природа»).

В 1977 г. в рамках Программы ООН по окружающей среде (ЮНЕП) проведена Первая международная конференция по проблеме истощения озона.

С 1982 г. группой английских исследователей под руководством Джо Фармана из Кембриджа установлен факт уменьшения содержания озона над Антарктидой. В 1984 г. приборы их наземных станций мониторинга (на антарктической станции Халли-Бей) показали снижение содержания озона на 40% за период около 30 дней (с сентября по октябрь).

В 1985 г. была опубликована историческая статья, объявившая о появлении в Южном полушарии озоновой «дыры». Фотоснимки, сделанные из космоса, показали наличие над Антарктидой огромной «дыры», равной по площади территории США. Под «дырой» не следует понимать то, что в этой области совсем нет озона. Отмечено лишь сильное утончение его слоя.

В том же 1985 г. участники международных переговоров в Вене подписывают Венскую конвенцию об охране озонового слоя, призывающую страны к проведению дополнительных исследований и обмену информацией по сокращению озонового слоя. СССР присоединился к Венской конвенции в 1986 г.

В 1986 г. тринадцать американских ученых совершают Национальную озоновую экспедицию в Антарктиду, результаты которой позволяют заключить, что потеря озона в этом районе, вероятно, вызвана химическими веществами. При этом в то время некоторые ученые объясняли уменьшение озона не химическими, а климатическими или динамическими процессами (движением масс воздуха).

В 1987 г. 150 американских ученых совершают вторую экспедицию в Антарктиду, в результате которой сделан вывод о том, что первопричиной сокращения озонового слоя являются хлор-содержащие химические соединения. В октябре 1987 г. озоновая «дыра» над Антарктидой стала больше, чем в 1985 г. Дефицит озона уже составлял почти 50%.

Следующим шагом после Венской конференции стало подписание 16 сентября 1987 г. Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой. Это международное соглашение устанавливает графики поэтапного сокращения производства и использования озоноразрушающих веществ (ОРВ). Страны-участницы согласились заморозить производство и потребление ХФУ к 1990 г. на уровне 1986 г., провести 20%-ое сокращение к 1 января 1994 г. и следующее 30%-ое — к 1 января 1999 г. В 1987 г. Монреальский протокол (МП) подписали 36 стран, к июню 1995 г. — почти 150 стран, а на юбилейной встрече в Монреале в сентябре 1997 г. таких стран было уже 163. СССР подписал Монреальский протокол в 1988 г.

День принятия Монреальского протокола — 16сентября — по инициативе ЮНЕП с 1995 г. объявлен ООН Международным днем защиты озонового слоя.

После открытия озоновой «дыры» над Антарктидой (1985 г.) исследования по содержанию озона продолжались. Они проводились не только в Южном, но и в Северном полушарии. В 1988 г. появилось сообщение, что над Северным полушарием за период 1968—1986 гг. обнаружены потери от 1,7 до 3% озонового слоя. Установлено наличие озоновой «дыры» и над Арктикой, однако меньшей по размерам, чем над Антарктидой.

В 1989—1992 гг. проведено несколько международных экспедиций по исследованию озонового слоя над Арктикой, в которых активное участие принимали ученые нашей страны. Выявленные озоновые «мини-дыры» особенно часто появлялись над европейским сектором Арктики и севером Европы и Атлантического океана. При этом в отличие от Антарктиды эти «мини-дыры» были менее интенсивными, меньше по площади и смещались на значительные расстояния за недолгое время своего существования. Это объясняется тем, что зимний полярный вихрь слабо устойчив и в отличие от антарктического обменивается массами воздуха со стратосферой соседних широт, откуда приходит более теплый и богатый озоном воздух. При этом арктические «мини-дыры» могут вызывать более серьезные последствия в густонаселенной Северной Европе, чем более сильная озоновая дыра в пустынной Антарктиде.

Встречи сторон Монреальского протокола на правительственном уровне происходят ежегодно. На таких встречах принимаются новые поправки к МП, все более ограничивающие производство и использование озоноразрушающих веществ. Так, в июне 1990 г. в Лондоне представителями 92 государств (в том числе и нашей страны) подписано дополнение к МП, предусматривающее полное прекращение производства ХФУ к 2000 г. Этот документ называют Лондонским протоколом. В 1997 г. на очередной встрече в Монреале была достигнута договоренность о необходимости лицензирования экспортно-импортных операций с озоноразрушающими веществами (ОРВ).

Озоновая проблема обсуждалась и на Конференции ООН по окружающей среде и развитию, состоявшейся в июне 1992 г. в Рио-де-Жанейро (Бразилия) с участием глав государств и представителей из 179 стран мира. В документах конференции отмечено, что «озоновый слой в стратосфере планеты продолжает уменьшаться из-за выбросов в атмосферу хлорфторуглеродов и других веществ, содержащих химически активные соединения хлора и брома… Необходимо разработать безопасные заменители этих химических веществ и проследить за тем, чтобы они были доступны как развитым, так и развивающимся странам».

Ежегодно наша планета Земля теряет около 0,5% озонового слоя. За последние 10—15 лет его содержание уменьшилось примерно на 7%, и отмечается нарастающая интенсивность этого процесса. Наибольшие потери стратосферного озона раньше приходились на каждую антарктическую весну (октябрь), но сейчас и в северных широтах исчезает около 10% озона зимой и весной и около 5% летом и осенью. В первой половине 1997 г. возникла громадная по своим масштабам озоновая «дыра» площадью ~30 млн км² над всей Арктикой, включая север Европы, Канады, Гренландию, Балтийское море, северные области Сибири вплоть до Урала и Байкала. Среднемесячное уменьшение озона весной достигало здесь 30—40%. Над Южным полушарием за 5 лет (1993—1998) «дыра» увеличилась в два раза, достигнув площади 22 млн км². Полученные данные полностью подтверждают теорию химического разрушения озонового слоя.

В 1996 г. ученые Шервуд Роуленд, Марио Молина из Калифорнийского университета в США и Пауль Крутцен из Института химии им. Макса Планка в Германии были удостоены Нобелевской премии за установление причин снижения концентрации стратосферного озона. Они смогли доказать, что основными разрушителями озона являются атомы хлора или брома, отделившиеся от молекул галогенированных углеводородов под действием солнечной радиации.

Методы измерения содержания озона. Каким же образом ученые определяют содержание озона в стратосфере?

Систематические измерения содержания озона в атмосфере начались в Англии и Швейцарии в 1926 г. Позднее начала формироваться мировая озонометрическая сеть, а в 1960-е гг. она появилась и в нашей стране. К концу 1990-х гг. в мире уже насчитывалось около 120 озонометрических станций, из них около 40 — на территории России.

В первые годы измерение озона осуществляли преимущественно с помощью наземных спектрофотометров Добсона. Этот старейший разработанный Дж. М. Б. Добсоном инструмент стал использоваться с 1931 г. метеорологами для слежения за движением воздушных масс и измерений содержания озона. Принцип данного метода состоит в определении доли ультрафиолетового излучения Солнца, достигающего поверхности Земли. Поскольку О₃ поглощает ультрафиолетовые лучи, уменьшение его количества соответствует усилению ультрафиолетового облучения земной поверхности. Точность этого прибора при благоприятных метеоусловиях составляет 1—3%. Этим методом, например, пользовались английские исследователи под руководством Джо Фармана в 1980-е гг. на британской антарктической станции Халли-Бей. В России широко используются фильтровые озоно-метры. Вертикальное распределение концентрации озона исследуют с помощью озонозондов, поднимаемых на аэростатах до высоты 20-35 км.

Глобальное распределение озона изучают также с помощью приборов, установленных на искусственных спутниках Земли, например на американских серии «Нимбус» или российских серии «Метеор». Так, группа исследователей Дональда Хита из Годдардовского центра космических полетов НАСА использовала спутник «Нимбус-7». Цветные слайды, полученные ими с помощью компьютеров в 1979—1983 гг., показали наличие над Антарктидой озоновой «дыры», о которой заявила английская группа Джо Фармана только в 1985 г.

В России проводятся систематические наблюдения за общим содержанием озона (ОСО) сетью наземных озонометрических станций, а также путем измерений прибором ТОМС со спутника «Метеор-3».

В последнее десятилетие ушедшего века измерения содержания озона проводились с помощью российских стратосферных самолетов, ранее используемых в военных целях. В их числе М-17, созданный под руководством генерального конструктора В.М. Мясищева, и его модификация М-55, разработанная Экспериментальным машиностроительным заводом (ЭМЗ) им. В.М. Мясищева. Эти летательные аппараты представляют собой выдающиеся образцы мировой авиационной техники. Уже в 1990 г. самолетом М-17 «Экологический интернационал» проведены первые исследования состояния атмосферы с целью определения содержания в ней озона. Эта работа проводилась в рамках проекта «Глобальный резерв озона», организаторами которого были объединение «Ноосфера», ЭМЗ им. В.М. Мясищева и Московская патриархия. Самолет М-55 также получил новое назначение и название «Геофизика». В переоборудовании самолета принимали участие ученые Центральной аэрологической обсерватории Росгидромета и Института космических исследований Российской академии наук (РАН). В 1994 г. комиссия по научно-техническому сотрудничеству между Российской Федерацией и Итальянской Республикой одобрила международный проект создания на базе советского высотного самолета-разведчика М-55 летающей лаборатории для проведения всестороннего мониторинга атмосферы Земли, в частности стратосферного озона. В декабре 1996 г. — январе 1997 г. состоялась первая международная научная экспедиция по изучению озонового слоя в Арктике с помощью самолета-лаборатории М-55 «Геофизика». Создание подобной летающей лаборатории — это вклад России в выполнение ее обязательств по Венской конвенции и Монреальскому протоколу.

Мониторинг озона как в верхних слоях атмосферы, так и в приземном слое в нашей стране осуществляет Росгидромет и в первую очередь его ведущие институты — Центральная аэрологическая обсерватория (ЦАО), Главная геофизическая обсерватория и Институт прикладной геофизикии имени академика Е.К. Федорова.

Проблемой озонового слоя занимаются также многие научно-исследовательские институты РАН, например Институт космических исследований, Физический институт, Институт химической физики, Институт физики Земли.

Рис. 3. Истощение озона над Антарктидой

Состояние озонового слоя в мире и над Россией. Исследования, проведенные в Антарктике с помощью американских спутников «Нимбус-7» и российских «Метеор-3», показали уменьшение общего содержания озона в районе 60—90° ю.ш. за 20 лет (1979—1999). На рис. 3 приводится содержание озона О₃ (в единицах Добсона, ДЕ), 1 ДЕ = 0,01 мм толщины слоя, который получается, если сжать весь озон, содержащийся в атмосфере, до давления 101,3 КПа (760 мм рт. ст.) при температуре 0 °С. Тогда образующийся слой озона в 3 мм (нормальное значение) будет соответствовать 300 ДЕ. Все данные получены за период с середины сентября по начало октября. Из данных следует, что минимальное количество озона, почти такое же, как в 1995 г., наблюдалось в 1999 г.

Мониторинг содержания озона, проводимый в нашей стране, позволяет дать следующую характеристику озонового слоя над территорией России в последнее десятилетие XX в.

Если в 1970—1980 гг. снижение общего содержания стратосферного озона (ОСО) над Россией происходило эпизодически, то в 1990-х гг. озоновые «дыры» над обширными регионами России зимой стали носить устойчивый характер.

С декабря 1992 г. по апрель 1993 г. над территорией СНГ значения ОСО были ниже климатических норм на 5—20%. Наибольшие среднемесячные отклонения в декабре составляли 10—12% севернее 50° с. ш. Понижение ОСО достигало 20% над Восточной Сибирью в январе и над севером европейской части в феврале 1993 г. В марте—апреле этого же года наиболее низкие значения ОСО отмечены на северных широтах (от 60° и выше). В период с мая по сентябрь над территорией СНГ значения ОСО были ниже нормы на 5—15%. В октябре—ноябре ОСО было близко к норме. В декабре 1993 г. над всей территорией России ОСО было пониженным. Таким образом, в период с декабря 1992 г. по сентябрь 1993 г. для средних и высоких широт территории СНГ, как и для всего Северного полушария, были характерны пониженные значения ОСО.

Зимой 1993—1994 гг. не было столь обширных и сильных отрицательных отклонений ОСО, как зимой 1992—1993 гг., однако в зимне-весенний сезон 1994—1995 гг. опять отмечены значительные отрицательные отклонения в содержании озона.

До середины 1990-х г. общее содержание озона над Скандинавией и северо-западом России в январе было обычно ниже, чем над северо-востоком Сибири и Камчаткой, на 20—25%. При этом в последние годы снижение ОСО стало наблюдаться и над другими областями России. Так, в январе 1995 г. отмечено снижение ОСО над Западно-Сибирской равниной и Среднесибирским плоскогорьем на 15—20%, в то время как над северо-западом России ОСО было ниже нормы только на 10—15%.

В 1996 г. (в период с января по апрель) над большей частью контролируемой территории России наблюдались пониженные среднемесячные значения ОСО. С мая по июль незначительные понижения отмечались только в отдельных районах. В августе значения ОСО приблизились к климатическим нормам, а в сентябре в отдельных регионах оказались несколько выше средних многолетних значений. К декабрю 1996 г. значения ОСО снова понизились. В целом за 1996 г. ОСО было несколько ниже нормы над европейской территорией России и Уралом, устойчиво ниже нормы — над Западной и Восточной Сибирью, а также над Дальним Востоком. Над Якутией озоновый слой был минимален, и жители республики подвергались сильному ультрафиолетовому облучению.

Весной 1996 г. было зарегистрировано уменьшение озонового слоя до 30% над Республикой Коми, Архангельской и Кировской областями РФ, что, по мнению некоторых специалистов, связано с воздействием выбросов при запусках искусственных спутников Земли с космодрома Плесецк, находящегося в Архангельской области.

С января по май 1997 г. значения ОСО были ниже нормы на 5—30% преимущественно над Сибирью и Дальним Востоком, в особенности над их северными районами. С июня по ноябрь среднемесячные значения ОСО над всей контролируемой территорией были близки к норме. В декабре значения ОСО также были близки к норме, исключая северо-западную часть европейской территории России (ЕТР) и Балтии, где дефицит озона превышал 20%.

Следует отметить, что уже не первый год выделяется весна с аномально низкими значениями ОСО в марте и апреле над Восточной Сибирью. Аномалия 1997 г. была самой значительной как по длительности, так и по размерам затрагиваемой территории и дефициту озона (—30%) за все время наблюдений. Эта аномалия над восточной территорией страны явилась отражением необычно низкого содержания озона в циркумполярном вихре весной 1997 г., когда в Арктике наблюдалось близкое подобие озоновой «дыры» в Антарктике. «Дыра» над Арктикой и значительной частью Восточной Сибири имела диаметр ~3 тыс. км. Таким образом, наиболее неблагоприятными с точки зрения повышения доз УФ-Б (биологически опасной) радиации в 1997 г. были Восточная Сибирь и северо-запад ЕТР.

В 1998 г. в отличие от ряда предыдущих лет общее содержание озона над территорией Российской Федерации характеризовалось значениями, близкими к средним многолетним. Только в отдельные периоды наблюдался некоторый дефицит озона (5—25%), преимущественно над Якутском, Архангельском, Владивостоком, Сибирью, Дальним Востоком, Северным Уралом, ЕТР. В другие месяцы наблюдались повышенные значения ОСО над этими же районами. В ноябре ОСО практически над всей территорией России было выше средних многолетних. В целом за 1998 г. ОСО над Россией было близко к «нормам» 70-х гг. и даже несколько их превышало. Неблагоприятных по ОСО зон на территории нашей страны не было.

Наблюдаемое поведение озона над территорией России зимой — весной 1997—1998 гг. можно объяснить естественными и антропогенными факторами. Среди естественных причин можно назвать влияние изменений солнечной и вулканической активности, динамики атмосферы, флуктуации температуры. Долговременные изменения содержания озона связаны с солнечной активностью, которая имеет 11-летний цикл. Например, максимум солнечной активности отмечен в 1979 г. Кроме того, наблюдаются изменения содержания озона с более коротким периодом — 26 месяцев. К антропогенным факторам относятся выбросы парниковых газов и озоноразрушающих веществ, содержащих хлор. Это приводит к потеплению тропосферы и похолоданию стратосферы. Рост антропогенного хлора в стратосфере вызывает понижение уровня глобального ОСО. Другое антропогенное воздействие — повышение содержания парниковых газов — с одной стороны, должно приводить к некоторому уменьшению скорости разрушения озона при понижении температуры стратосферы; с другой стороны, при всём этом может увеличиться скорость разрушения озона в результате активации хлора в гетерогенных реакциях на сульфатном аэрозоле и полярных стратосферных облаках. Совокупность всех этих факторов в конечном итоге влияет на содержание озона.

В 1999 г., как и в 1998 г., средние значения общего содержания озона над всей территорией России оказались близки к средним многолетним.

В целом с 1979 г. наблюдается понижение глобального среднегодового ОСО со скоростью примерно 2,5% за десятилетие.

Озоноразрушающие вещества. К числу основных озоноразрушающих веществ (ОРВ) относятся:

* хлорфторуглероды (ХФУ, международное обозначение CFC — chlorofluorocarbon), такие как фтортрихлорметан CFC1₃(ХФУ-11, или CFC-11), дифтордихлорметан CF₂C1₂ (ХФУ-12, илиСРС-12)идр.;

фторхлорбромуглероды, иначе называемые талонами, такие как дифторхлорбромметан CF₂ClBr (галон-1211) и трифтор-бромметан CF₃Br (галон-1301);

гидрохлорфторуглероды (ГХФУ, международное обозначение — HCFC), в них не все атомы водорода замещены галогенами (например, дифторхлорметан CHC1F₂);

метилбромид СН₃Вг, метилхлороформ СН₃СС1₃ (МХФ) и четыреххлористый углерод СС1₄ (ЧХУ).

Из перечисленных веществ главными виновниками разрушения озона являются ХФУ и галопы.

Хлорфторуг-лероды (ХФУ) имеют и другие названия: хлорфторметаны, хладоны, фреоны. Они относительно химически инертны (нереакционноспособны), негорючи, малотоксичны, просты в производстве и хранении, очень летучи, практически нерастворимы в воде и хорошо растворимы в органических растворителях. Более того, являясь газами при комнатной температуре, они сжижаются при небольшом давлении с выделением тепла, а испаряясь, вновь его поглощают и охлаждаются. Благодаря этим свойствам ХФУ широко используются в технике.

Первоначально ХФУ стали использовать как хладагенты в холодильниках и кондиционерах воздуха. Поскольку эти изделия ломаются и в конце срока эксплуатации выбрасываются, содержащиеся в них ХФУ попадают в атмосферу.

Другая область применения — ХФУ как пропелленты (распылители) в аэрозольных упаковках различного назначения.

Следующая важнейшая область их применения — производство пористых пластмасс (пенопластов). ХФУ растворяют в жидких пластмассах при повышенном давлении (они хорошо растворимы в органических веществах). Когда давление понижают, они вспенивают пластмассу, так как растворимость их уменьшается, и при всём этом улетучиваются в атмосферу.

Талоны уже в середине 1940-х гг. стали применяться как эффективные средства пожаротушения. Галон-1301 и сейчас широко используется пожарными службами многих стран.

В России к концу XX столетия сложилась следующая структура использования озоноразрушающих веществ (ОРВ) по секторам потребления, связанным с промышленным производством: 1 — аэрозольные упаковки — 46%; 2— холодильная техника (бытового, торгового и промышленного назначения) и кондиционеры — 27%; 3— средства пожаротушения — 14%; 4 — пенопласта — 11%; 5— растворители — 2%.

В свое время разработка ХФУ определяла новую ступень американской промышленности. Хлорфторуглеродные соединения открыл в 1928 г. химик корпорации «Дюпон» Томас Мидгли. Он знал, что компания «Дженерал-Моторс» работает над усовершенствованием холодильных агрегатов. В то время в качестве хладагентов использовали аммиак NH₃ или сернистый газ SO₂, которые имели серьезные недостатки: например, аммиак огнеопасен, а сернистый газ токсичен. Токсичным можно считать и хлористый метил СН₃С1, использовавшийся до фреонов в качестве хладагента. Новый хладагент должен был быть нетоксичным, неогнеопасным и устойчивым. Томас Мидгли нашел такие соединения, он назвал их фторуглеродами, так как они содержали углерод и один или несколько атомов галогенов (фтор, хлор, бром, йод). Позднее их стали называть хлорфторуглеродами (ХФУ), поскольку в состав химикатов, используемых в аэрозольных упаковках, вошли главным образом хлор и фтор.

Чтобы продемонстрировать неогнеопасность и нетоксичность этого нового класса химических соединений, Т. Мидгли даже вдыхал их и выдыхал на свечу. Только в 1970-х гг. было установлено, что вдыхание ХФУ дает наркотический эффект. Использование аэрозольных баллончиков с пропеллентами из ХФУ представляет опасность для здоровья людей. В больших концентрациях ХФУ могут вызывать остановку сердца, а в малых дозах — нарушение его ритма. Вдыхание содержимого аэрозольных баллончиков оказывает отрицательное воздействие на легкие. Хлорфторуглеродные соединения, предложенные Т. Мидгли, получили торговое название «фреоны» (от лат. frigor — холод), и оно стало торговой маркой корпорации «Дюпон».

Во время Второй мировой войны в качестве пропеллента инсектицидов использовали оксид углерода(ГУ) СО₂. Так называемые «противоклопиные бомбы» (банки) открыли практику использования химикатов в аэрозольных баллончиках. В 1947 г. на рынке аэрозолей главным товаром были инсектициды. Позднее аэрозольные баллончики стали использоваться и для других видов продукции.

В 1950-х гг. в качестве пропеллентов стали широко применяться фреон-11 и фреон-12, которые, как потом выяснилось, оказались и наиболее опасными для озона. Эти фреоны позволяли производить тонкое распыление, они были устойчивы и не вступали в реакции с содержимым баллончика.

В 1974 г. пропелленты из ХФУ использовали в 300 видах аэрозольных упаковок, применявшихся для косметических товаров, парфюмерии, дезодорантов, средств для мытья окон, освежителей воздуха, инсектицидов, смазок, средств для очистки от смазки, упаковки для продуктов, различных средств по уходу за автомобилем, ветеринарных препаратов. Ежегодное производство ХФУ во всем мире к 1974 г. составило почти 1 млн т.

Примером «легкомысленного» использования ХФУ американцы считали изготовление упаковок из пенопластов для хранения горячих гамбургеров компании «Макдоналдс». Начиная с 1976 г. эти упаковки из пенопласта стали вытеснять картонные, при всём этом также руководствовались экологическими соображениями, считая, что пенопласт меньше воздействует на окружающую среду, чем картон — в смысле потребления природного сырья, воды и энергии на его производство. Тогда еще вопрос разрушения озона не стоял так остро, но уже в 1987 г. «биг-мак» стал своего рода символом загрязнения среды хлорфторуглеродами. Хотя использование ХФУ в производстве упаковок продовольствия составляло менее 2% общего его потребления в США, проводимая кампания против использования ХФУ в продуктовых упаковках способствовала повышению общественного сознания в отношении угрозы озоновому слою.

Каким же образом эти вещества распространяются в атмосфере и разрушают озоновый слой?

Высокая химическая устойчивость фреонов и плохая растворимость их в воде (они не вымываются дождем) позволяют этим веществам высоко подниматься в атмосфере. Оказавшись вблизи поверхности Земли, фреоны беспрепятственно проходят тропосферу, т. е. первые 10—15 км воздушного пространства, и оказываются в стратосфере, где сосредоточено 90% атмосферного озона. Путь в стратосферу непрямой, поскольку фреоны, как и все другие соединения, могут попасть в стратосферу с поверхности Земли только с тропическими конвективными потоками. До тропиков вещества переносятся приблизительно месяц. Движение вверх по тропосфере до высоты 10—15 км за счет конвекции занимает несколько суток, иногда несколько часов. Но чтобы оказаться на высоте 35 км, веществам требуется 15 лет. Отсюда следует, что влияние на озоновый слой могут оказать только такие вещества, время жизни которых в атмосфере превышает несколько десятков лет. Именно такими веществами являются фреоны. Время их жизни составляет 50 и более лет. По оценкам Роуленда и Молины, хлорфторуглеродам нужно от 50 до 100 лет, чтобы накопиться в стратосфере.

Рис. 4. Изменение по высоте концентрации озона (выражено через его парциальное давление):

1 — фреоны высвобождаются человеком; 2 — фреоны разрушаются только в стратосфере; 3 — атом хлора разрушает озон; 4 — более тонкий озоновый слой пропускает больше УФ-излучения; 5 — увеличенное количество УФ опасно для живых организмов.

О количестве озона судят по его давлению (см. на оси абсцисс — Р, мПа), пик содержания озона соответствует высоте 20—25 км. Здесь же приведена схема разрушения озона фреонами. Из аэрозольного баллончика фтортрихлорметан CFC1₃ (CFC-11) поднимается в стратосферу. На высоте более 30 км фреон разрушается солнечным УФ-излучением с образованием атомов хлора, которые посредством цепных реакций разрушают стратосферный озон.

Экологические последствия разрушения озонового слоя. Защитная роль озонового слоя объясняется тем, что озон поглощает коротковолновое солнечное УФ-излучение совершенно в том же диапазоне длин волн, что и молекулы живых клеток. В результате биологически опасное УФ-излучение поглощается в атмосфере, не достигая поверхности Земли.

Солнечное излучение с длиной волны меньше 200 нм хорошо поглощается молекулами кислорода, поэтому такое излучение не распространяется даже до нижних слоев стратосферы. Излучение с длиной волны от 200 до 320 нм поглощается озоном, а больше 320 нм — уже доходит до поверхности Земли.

В ходе эволюции Земли живые существа смогли выйти из морей (также поглощающих УФ-излучение) на сушу только тогда, когда над Землей возникла первая озоновая оболочка. Растительность на суше появилась лишь чуть более 400 млн лет тому назад, когда содержание кислорода составило примерно 0,5, а озона — 0,7 современного уровня, что оказалось достаточным, чтобы защитить живые клетки от коротковолнового солнечного излучения. До этого момента жизнь развивалась исключительно в водной среде, которая и обеспечивала соответствующую защиту вместо озонового слоя. Таким образом, стратосферный озоновый слой следует рассматривать как необходимое условие существования на суше всего живого.

В 1970-х гг. было установлено, что озоновый слой истощается, следовательно, он перестает в полной мере выполнять свою защитную функцию. Уменьшение содержания озона позволяет большему количеству УФ-лучей достигать поверхности Земли, что является вредным для живых организмов. Рассмотрим возможные экологические последствия разрушения озонового слоя.

Потеря озона в стратосфере с одновременным увеличением его в тропосфере может привести к изменению климата. Разрушение озона вызывает снижение температуры в стратосфере и разогревание тропосферы, так как все большее количество УФ-лучей проникает в нее. Вспомним также, что О₃ относится к парниковым газам и его образование в тропосфере происходит при загрязнении ее оксидами азота и углеводородами, что ведет к повышению температуры. Кроме того, хлорфторуглероды, являясь парниковыми газами, также поглощают ИК-излучение и тем самым участвуют в создании парникового эффекта. Таким образом, перераспределение озона между тропосферой и стратосферой будет сопровождаться климатическими изменениями.

Усиление УФ-облучения оказывает вредное воздействие на здоровье человека. Имеется много данных о связи солнечного света мрака кожи. Известно, что даже при небольшом повышении дозы УФ-облучения у человека появляются ожоги на коже. Солнечная радиация способствует также старению кожи. Усиление УФ-облучения вызывает увеличение заболеваемости раком кожи. За последнее десятилетие XX в. частота таких заболеваний у жителей США и Европы возросла в несколько раз. Это связано не только с увеличением доли УФ-облучения, но и с изменением образа жизни людей, которые стали больше времени проводить на солнце.

Частота образования двух наиболее часто встречающихся форм рака кожи, а именно базальноклеточной и плоскоклеточной карциномы, особенно тесно связана с действием УФ-Б (т. е. действием световых волн с длиной волны 290—320 нм). Люди со светлой кожей гораздо больше предрасположены к заболеванию этими формами, так как пигменты в темной коже способствуют задержке УФ-лучей. При этом у жителей тропических стран, большинство из которых имеет темную кожу, рак встречается чаще. Это, видимо, объясняется тем, что они подвергаются более сильному и более длительному УФ-облучению. Заболевания этими формами рака на юге встречаются в 2,5 раза чаще, чем на севере. Рак кожи, вызванный ультрафиолетом, в большинстве случаев излечим. Базальноклеточный и плоскоклеточный рак редко ме-тастазирует в другие области тела.

Ученые полагают, что уменьшение озонового слоя на 1% приводит к 2%-му усилению УФ-радиации и к 2—5%-му увеличению числа случаев рака кожи.

Третий тип рака кожи — меланома — менее распространен, и он не так тесно связан с воздействием солнечного света. Тем не менее, частота меланомы на юге на 75% выше, чем на севере.

Ультрафиолетовые лучи оказывают также вредное действие на глаза, в том числе на роговую оболочку, приводя к катарактам и старческому ослаблению зрения.

Биологическое действие УФ-радиации обусловлено высокой чувствительностью нуклеиновых кислот, которые могут разрушаться, что приводит к гибели клеток или возникновению мутаций. Сильное УФ-облучение способно повредить молекулы ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) — основного хромосомного материала, передающего генетическую информацию.

Воздействие УФ-излучения на живую клетку преимущественно связано именно с повреждением ДНК. Нуклеиновые кислоты, образующие молекулы ДНК, поглощают УФ-излучение гораздо сильнее, чем молекулы белков, образующих клетку. Максимум поглощения УФ-излучения (254 нм) для озонового слоя очень близок к таковому для ДНК (260 нм).

Наиболее эффективно УФ-излучение поглощается циклическими структурами азотистых оснований, соединяющих в ДНК группировки сахара (дезоксирибозы) и фосфорной кислоты. При поглощении кванта света (hv) происходит разрыв двойной связи в тимине с образованием двух свободных валентностей. Если вблизи от этого места то же самое происходит и в соседней спирали, то они могут замкнуться, что ведет к потере генетического кода клетки, задержке роста и деления и в конце концов к ее гибели.

УФ-облучение вызывает ослабление иммунной системы человека. Полагают, что заболевания типа герпеса и тропической лихорадки вызваны УФ-облучением. Изменение в иммунной системе может повлиять на число случаев некоторых инфекционных заболеваний.

Возросшее УФ-излучение оказывает вредное воздействие на растения и животных. Облучение ультрафиолетом приводит к уменьшению площади поверхности листьев, высоты растений и интенсивности фотосинтеза. Различные сельскохозяйственные растения неодинаково реагируют на усиление УФ-облучения. Испытания на злаках показали, что у ²/₃ ^{из них} снижается урожайность. Разрушение озонового слоя на 1% уменьшает урожайность соевых бобов на 1%. УФ-облучение ухудшает качество семян и понижает сопротивляемость вида к вредителям и болезням, оно влияет также на глубину укоренения растений и способствует тому, что сорняки отнимают у культурных растений воду и питательные вещества. Менее изучено влияние УФ-облучения на развитие дикорастущих наземных сообществ растений, дающих миру примерно 90% первичной (растительной) продукции.

Усиление УФ-облучения нанесет вред обитателям водных экосистем. Эксперименты показали, что облучение вредно для мальков рыб и другой водоплавающей молоди и тем самым существенно влияет на пищевую цепь водоемов.

Одноклеточные и микроорганизмы подвержены опасности в большей степени, чем крупные живые организмы, потому что УФ-облучение проникает только в поверхностные слои клеток. Так, 5%-ое увеличение УФ-радиации может наполовину сократить время жизни некоторых микроорганизмов.

В период весенних потерь озона в Антарктике ученые изучали влияние УФ-облучения на морские микроорганизмы. Было установлено, что с возрастанием УФ-облучения падает продуктивность фитопланктона — микроскопических растений, которые являются начальным звеном в пищевых цепях океана.

Согласно полученным оценкам 25%-ая потеря озона может вызвать 35%-ое уменьшение количества фитопланктона. Такой эффект будет иметь катастрофические последствия для мирового рыболовства.

Хотя УФ-излучение проникает вглубь океана только на несколько метров, но это тот самый слой, где живет большая часть морских микроорганизмов. Небольшие плавучие растения и животные очень чувствительны к УФ-радиации, они же являются основой большинства пищевых цепей в океане. Вот почему увеличение УФ-излучения может нанести значительный ущерб многим живым организмам океана.

Результатом разрушения озонового слоя может быть нарушение равновесия не только в водных, но и в наземных экосистемах. Известно, что у одних живых организмов механизмы защиты от УФ-излучения развиты лучше, чем у других. Поэтому может произойти уменьшение численности одних популяций и увеличение других.

В заключение следует отметить, что УФ-облучение оказывает воздействие и на строительные материалы. Усиление ультрафиолета приводит к более быстрому выцветанию красок и растрескиванию полимерных материалов, на восстановление которых потребуются дополнительные финансовые расходы. А это уже экономический ущерб.

Меры защиты озонового слоя. Итак, разрушение озонового слоя грозит изменением климата, вредным воздействием на здоровье человека (рак кожи, катаракта, нарушение иммунной системы, возрастание опасности инфекционных заболеваний), а также негативно влияет на многие растения и животных (падение урожайности сельскохозяйственных культур, гибель некоторых микроорганизмов) и даже на строительные материалы.

Как же спасти, защитить озоновый слой Земли, чтобы избежать таких экологических последствий?

Еще в 1970-е гг. американские ученые Ш. Роуленд и М. Молина ставили вопрос перед промышленниками и политиками об отказе от производства и применения ХФУ в тех случаях, где это не продиктовано особой необходимостью.

В 1978 г. в США было запрещено использование ХФУ в аэрозольных баллончиках. Так был сделан первый шаг к избавлению человечества от этих химических соединений — главных виновников разрушения озона. К такому решению пришли еще и потому, что использование пропеллентов из ХФУ связано с определенной опасностью для здоровья людей. Стало известно, что в больших концентрациях ХФУ могут вызывать остановку сердца, а в малых дозах, как предполагали, — нарушение ритма его работы. При вдыхании содержимого баллончиков хлорфторуглерод действует и на легкие. Кроме того, была показана неэкономичность аэрозольных упаковок. В баллончике содержится от 50 до 90% пропеллента и лишь небольшое количество активного вещества. Потребителям было рекомендовано подыскать замену этим изделиям:

вместо напыляемого крема для бритья пользоваться мыльной палочкой или электробритвой;

вместо аэрозольных дезодорантов пользоваться дезодорантами с шариком, палочкой или пудрой;

вместо баллончиков с краской пользоваться кисточками;

вместо распылителя инсектицидов пользоваться распылителем на сжатом воздухе или опрыскивателем с ручным насосом.

В 1977 г. был изобретен новый клапан, получивший название «аквазоль», который работает на смеси воды и газа бутана С₄Н₁₀ в качестве пропеллента (без ХФУ).

Труднее было найти замену хлорфторуглеродам в кондиционерах и холодильниках. В промышленности хлорфторуглеродов в 1980-е гг. начались серьезные поиски их заменителей. Требовалось заменить три основных вещества: ХФУ-11, используемый в производстве пенопластов и в холодильниках; ХФУ-12, применяемый в холодильниках, кондиционерах и при изготовлении пенопластов; ХФУ-113 — растворитель для электронной промышленности. С этой целью были предложены химические соединения, известные под названиями фреон-123 и фреон-134а. В отличие от фреона-11 и фреона-12 эти заменители должны разлагаться в тропосфере, не достигая озонового слоя.

Одновременно с поисками альтернативных веществ идет поэтапное сокращение производства и использования озоноразрушающих веществ согласно Венской конвенции (ВК) и Монреальскому протоколу (МП) и дополнениям к МП. Для развивающихся стран вывод из производства и потребления ОРВ может быть осуществлен в более поздние сроки, чем в развитых странах. Например, если для развитых стран срок вывода из производства ХФУ, четыреххлористого углерода (ЧХУ) и метил-хлороформа (МХФ) — 1 января 1996 г., то для развивающихся стран — 1 января 2006 г.

На момент подписания ВК и МП Советский Союз характеризовался как промышленно развитая страна. После распада СССР, в 1991 г. Россия получила статус государства с переходной экономикой, и в 1996 г. ей была предоставлена помощь в виде гранта от Глобального экологического фонда (ГЭФ) для поэтапного сокращения производства озоноразрушающих веществ. Россия к моменту принятия МП (1987 г.) находилась в числе крупнейших мировых производителей и потребителей главных ОРВ. Пик их производства пришелся на 1990 г. и составлял тогда 20% от мирового уровня производства. К 1996 г. в России объем производства ОРВ снизился в 10 раз по сравнению с 1990 г., производство фреонов — более чем в шесть раз, талонов — почти в 20 раз. В 1996 г. полностью прекращено производство метилхлороформа СН₃СС1₃.

На ряде крупнейших в мире предприятий перешли на использование альтернативных озонобезопасных веществ. Уже более 80% производимых в мире аэрозолей используют углеводородные пропелленты (УВП) типа пропана или бутана. С 1994 г. на эту технологию перешли и ряд предприятий в России, в частности крупнейший завод аэрозольных упаковок в Казани. Углеводороды стали эффективной заменой ХФУ при производстве вспененных теплоизолирующих материалов. В настоящее время достаточно широкое распространение в качестве вспенивателя получил циклопентан С₅Н₁₀. Его свойства аналогичны свойствам ХФУ-11 и R- 134а.

В холодильной технике внедрение озонобезопасных веществ сопровождается наибольшими трудностями. Используемые в качестве хладагентов вещества можно подразделить на следующие группы:

хлорфторуглероды (ХФУ), которые должны быть выведены в 1996 г., — R-ll, R-12 (или ХФУ-11, ХФУ-12) и др.;

гидрохлорфторуглероды (ГХФУ), вывод которых из потребления планируется к 2030 г., — R-21, R-22 (иначе ГХФУ-21, ГХФУ-22)идр.;

вещества, не содержащие атомов хлора и брома, — фторуглероды, гидрофторуглероды (ГФУ), углеводороды и др. — R-134, R-134a, R-717 (аммиак), R-290 (пропан), R-600 (я-бутан); у них нулевой потенциал озоноразрушения.

Идеального во всех отношениях заменителя ХФУ в качестве хладагентов нет. Ряд европейских фирм сделали ставку на изобутан — его потенциал озоноразрушения (ОРП) равен нулю, а потенциал глобального потепления (ПГП) — всего 3, т. е. в 3 раза превышает ПГП углекислого газа. Ряд английских фирм, а также красноярский завод «Бирюса» используют пропан-бутановые смеси. Основной недостаток этих хладагентов— их пожаро-опасность. Многие производители холодильной техники в США, Японии и других странах (в том числе и корпорация «Дюпон») перешли на хладагент R-134a — это ГФУ. Его ОРП равен нулю, однако он является парниковым газом, и его ПГП равен 3300. При этом ряд исследований свидетельствуют о незначительном влиянии ГХФУ и ГФУ на парниковый эффект. Хладагент R-134а используется в отечественном холодильнике «Стинол» (от названия «сталь новолипецкая»), выпускаемом ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат».

Разработка экологически безопасных хладагентов продолжается. У новых хладагентов С-1 и С-ЮМ ОРП равен 0 и 0,03, а ПГП — 0,015 и 1200 соответственно.

Защита озонового слоя заключается не только в разработке новых озонобезопасных хладагентов, но и в регенерации ХФУ и талонов, собранных из вышедшего из употребления оборудования. Это позволяет снижать производство ОРВ вплоть до полного его прекращения в соответствии с Монреальским протоколом.

При этом даже при полном соблюдении всеми странами существующих международных соглашений по ограничению использования ОРВ сезонные изменения содержания О₃ могут наблюдаться еще несколько десятилетий за счет накопившихся в стратосфере галогенсодержащих соединений, выделяющих атомы хлора и брома.

Заключение

В заключении хотелось бы порассуждать на тему: А возможен ли выход из этого тупика, в который человечество постепенно себя загоняет?

Из экологического тупика, возможно, есть несколько путей, но, к сожалению, не все они реальны для практического осуществления. Рассматривая и анализируя каждый из них, можно методом отрицания выявить наиболее надежный, доступный и реально приемлемый. Техногенный: скорее всего, нереально рассчитывать на внезапную техническую революцию, которая повсеместно и одновременно сможет заменить нынешние промышленные мощности более безвредными для природы. Нереально надеяться на создание гигантских вентиляторов и миксеров, способных вентилировать атмосферные массы или взбивать морские воды для освобождения их от вредных примесей. Химический: нереально надеяться на создание чудодейственного порошка, способного при опылении почвы, воды и воздуха дать положительный результат по их очистке, способствовать одновременному улучшению всей экологической обстановки повсеместно. Стабилизация цивилизации: нереально застабилизировать цивилизацию на ее нынешнем уровне (что, вообще-то, ничем не поможет делу), или, тем более, вернуть ее на уровень более ранней, безопасной для природы стадии, и застабилизировать ее в том состоянии. Ограничение потребности людей: и вовсе нереальный вариант, хотя по сути вроде бы осуществимый. В действительности это мгновенно вызовет чудовищный взрыв, который сметет и цивилизацию, и общество, и саму планету.

Что же тогда остается? Только один путь — коренным образом изменить отношение самого Человека к Среде своего обитания. ЗАСТАВИТЬ его отказаться от нанесения ей ущерба и превратить в бережного защитника. Но как этого добиться? Жесткий административный диктат: по сути — реально, в действительности — прямой путь к самоуничтожению. Призывы к самосознанию: по сути — реально, в действительности — нет. Фактор материальной заинтересованности всегда будет довлеть и преобладать над нравственностью. Яркий пример тому — нравственный кризис на исходе второго тысячелетия христианства. И вовсе уж нереально, чтобы сознание людей изменилось повсеместно и одновременно, а без этого обстоятельства такой выход становится не только бессмысленным, но даже очень опасным. Остается еще один вопрос — кто должен изменить отношение человека к Среде обитания? Экологи? Вопрос наивный. Не обладая ни финансовой независимостью, ни властными полномочиями, они лишены такой возможности, хоть и осознают отлично всю степень надвигающейся катастрофы. К тому же требовать от экологов решения экологической проблемы, или хотя бы коренных изменений в этой области, так же бессмысленно, как требовать от акушеров или гинекологов изменений в демографической ситуации. Политики? Нереально. У них свои интересы, которые никак не совпадают с позицией охраны окружающей Среды. Госструктуры? Нереально. Интересы у них также прямо противоположные. И диктуются они экономическими интересами государства, а не конкретных людей. «Гринпис»? По ряду причин, приведенных выше, совершенно нереально. ООН? Слабовато. К тому же, по определенным обстоятельствам — совершенно нереально. Да и невозможно заниматься решением столь серьезного и важного вопроса (спасения биосферы и сохранения человеческого рода) наряду и попутно с другими важными вопросами, которыми занята ООН в своей деятельности. Что же тогда остается? Только один выход — сделать так, чтобы люди сами ИСКРЕННЕ ПОЖЕЛАЛИ оберегать окружающую Среду. А это возможно только в одном случае — если охрана природы станет делом ВЫГОДНЫМ, не будет противоречить материальной заинтересованности самого человека. И если этот процесс будет соответствовать присущим каждому из нас природным, физиологическим потребностям, опираться на естественные наши стремления и желания. И еще одно серьезное обстоятельство, которое никак нельзя игнорировать! Сегодня речь ведется о спасении Человечества. Но от кого? От самого человечества? От достижений цивилизации? От агрессии со стороны природы? Пока мы не поймем и откровенно не признаем, что в этой ситуации, прежде всего, нужно спасать саму природу, доведенную нами до вымирания, так и будем метаться в бесполезных поисках путей «спасения Человечества». Если уж в лодке открылась течь, в первую очередь следует спасать лодку, а не самих себя, сидящих в этой лодке. Особенно если никто не умеет плавать, а море вокруг кишит акулами. Как только признаемся сами себе, что основной приоритет сегодня — спасение Биосферы от окончательного уничтожения, тут же все сразу встанет на свои места. Это очень важное обстоятельство, от которого слишком много зависит.

Список используемой литературы

1. С.Н. Бобылёв. «Экономика природопользования»; Москва, изд. ТЕИС, 1997 г.

2. К.В. Папенов «Экономика природопользования»; Москва, изд. Московский университет, 1997 г.

3. Френц Щебек. «Вариации на тему одной планеты», Москва, 1972 г.

4. С. Гиголяна. «Экологический кризис: шанс на спасение», Москва, 1998г.

5. Л.Ф. Голдовская. «Химия окружающей среды», Москва, изд.Мир, 2007 г.