Экологические последствия, связанные с антропогенным загрязнением атмосферы

В зависимости от масштабов распространения загрязнителей можно подразделять загрязнение на локальное, регио­нальное и глобальное.

Наиболее распространенными проявлениями локального и регионального загрязнения атмосферы являются смоги и кислотные дожди.

Смог (от английских слов, smoke — дым, копоть и fog — туман) — это сильное загрязнение воздуха в больших городах и промышленных центрах, обусловленное застаиванием больших масс воздуха.

Необходимым условием для образования любого типа смога является температурная инверсия (от латинского слова inversio — перестановка), которая проявляется в повышении температуры воздуха с высотой в приземном слое атмосферы (как правило, до высоты не выше 0,5 км) вместо обычного понижения, характерного для тропосферы. При этом теплый воздух, который легче холодного, находясь вверху, не перемешивается с более тяжелым холод­ным. Температурная инверсия чаще всего связана с охлаждением воздуха от более холодной земной поверхности. В результате нарушения циркуляции ат­мосферного воздуха, загрязняющие вещества не могут подняться вверх и не рассеиваются, при повышенной влажности воздуха возникают туманы. Интенсивный смог вызывает аллергические реакции, раздражение глаз, расстройство кровообращения, поражает органы дыхания, повреждает растения, здания и сооружения (особенно сильно страдают скульптурные элементы).

Выделяют влажный (лондонский), сухой (фотохимический, лос-анджелесский) и ледяной (аляскинский) типы смога.

Смог лондонского типа представляет собой сочетание газообразных загрязнителей (прежде всего диоксида серы), пылевых частиц и капель тумана. В 1952 г. в Лондоне от смога в течение одной недели погибло более 4 тыс. че­ловек, в 1962 г. в Рурском промышленном районе Германии за три дня влаж­ный смог вызвал смерть более 160 человек.

Смог лос-анджелесского типа называют также фотохимическим: при сла­бом вертикальном перемешивании воздуха под воздействием интенсивных солнечных лучей антропогенные выбросы (прежде всего выхлопные газы ав­томобилей) участвуют в сложных химических реакциях с образованием новых высокотоксичных загрязнителей. Главный ядовитый компонент фотохимиче­ского смога — озон, дополнительными его составляющими служат угарный газ (СО), соединения азота и др.

В Лос-Анджелесе каждый год фиксируется не менее половины всех дней со смогом. В 1971 г. в Токио фотохимический смог вызвал отравление около 30 тыс. человек.

Смог аляскинского типа — это сочетание газообразных загрязнителей, пылевых частиц и кристаллов льда, возникающих при замерзании капель тумана и пара автомобильных систем.

Кислотные дожди — это атмосферные осадки, подкисленные (число рН ниже 5,6) из-за растворения в атмосферной влаге антропогенных выбросов (таких, как окислы серы, азота и др.). Показатель рН — это отрицательным логарифм концентрации ионов водорода, поэтому раствор с рН = 4,6 «кислее» раствора с рН = 5,6 в десять раз, а кислотность раствора рН = 3,6 будет отличаться от кислотности раствора с рН = 5,6 уже в сто раз (так как в пер­вом случае показатель рН отличается на одну единицу, а во втором — на две). В Западной Европе зарегистрированы кислые атмосферные осадки с рН = 2,3.

Ливневые дожди оказываются менее кислыми, чём слабые моросящие: при той же исходной концентрации загрязнителей в воздухе в последнем случае они растворяются в меньшем количестве воды. В промышленных райо­нах, в атмосферу которых выбрасывается особенного много окислов азота и серы, слабые моросящие дожди иногда оказываются настолько кислыми, что повреждают не только растительность, но и одежду людей, вызывают силь­ное раздражение дыхательных путей и кожи, ускоряют коррозию металличе­ских конструкций, разрушают скульптуры, приводят к массовой гибели ры­бы в водоемах и т. п. В ФРГ под угрозой гибели от кислотных дождей оказалось не менее 20% площади лесов. В Канаде из-за частых кислотных дождей более 4тыс. озер были объявлены мертвыми, а еще 12 тыс. — на гра­ни гибели. Сходные явления происходят и в России, особенно на Кольском полуострове, на Урале и в районе Норильска. Так, из-за выбросов Нориль­ского медно-никелевого комбината (на него приходится более половины все­го объема выбросов в атмосферу предприятий цветной металлургии России) громадные площади тундры и лесотундры Таймырского полуострова стали безжизненными.

В ряде случаев проблемы кислотных дождей переходят в разряд межнациональных. Доказано, что значительная часть выбросов Вёликобритании попадает на территорию Скандинавских стран в виде кислотных осадков и наносит ущерб их экономике. В Швеции и Норвегии считают, что более 80—90% окислов серы импортируется к ним из других стран.

Проблемы кислотных дождей постепенно приобретает глобальные масштабы. Особенно опасно подкисление океанических мелководий, которое приводит к невозможности размножения многих морских беспозвоночных животных, что может вызвать разрыв пищевых цепей и глубокое нарушение экологического равновесия в Мировом океане.

Озоновые дыры — это пространство в озоновом слое стратосферы с пониженным содержанием озона. Слой повышенной концентрации озона в стратосфере (содержание в нем озона обычно в 10 раз выше, чем у поверхности Земли) защищает земные организмы от губительной жесткой ультрафио­летовой солнечной радиации.

В 1970-х гг. появились сообщения о региональных, снижениях содержания азота в стратосфере. Особенно заметной стала сезонно пульсирующая озоновая дыра над Антарктидой, часто выходящая за контуры этого конти­нента, при этом содержание озона в ней за 1980-е гг. уменьшалось почти вдвое. Менее значительные по размеру озоновые дыры и не с таким значи­тельным снижением концентрации озона наблюдаются над Арктикой,

Регулярные астрономические измерения со специального спутника показали, что появление и исчезновение озоновых дыр происходит каждый год. При этом над Антарктидой величина дыры возрастает. В середине сентября 2000 г. был побит абсолютный рекорд величины дыры за весь период наблюдения, ее площадь достигла 28 млн. км²,что почти в три раза больше территории США; однако затем она стала необычно быстро затягиваться и полностью исчезла через два месяца. Появление озоновых дыр связано с особенностями глобальной циркуляции воздуха в атмосфере. Ученых настораживает систематический рост их размеров.

Существует несколько гипотез о причинах нарушения озонового слоя:

1. Техногенное происхождение озоновых дыр. Их оппоненты утверждают, что снижение содержания озона в озоновом слое над отдельными регионами Земли и в целом в атмосфере (ско­рость глобального уменьшения оценена в 0,5—0,7% в год) связана не с тех­ногенными выбросами, а с вековыми колебаниями аэрохимических свойств атмосферы и независимыми изменениями климата.

Установлено, что разрушителями озона в атмосфере могут являться соеди­нения как азота и водорода (например, аммиак, метан), так и хлора, прежде всего хлорфторсодержащие вещества (фреоны). Стратосферный озон образуется в результате воздействия ультрафиолетового излучения на молекулы О₂ (О + О₂ → О₃), но туда попадают и атомы Cl, которые наиболее эффективно разрушают слой озона (Cl + О₃ → ClO + О₂), затем ClО + О →Cl+О₂ и т. д. Сторонники гипотезы о техно­генном происхождении озоновых дыр считают главной причиной их возникно­вения попадание фреонов в стратосферу. Фреоны применяют в холодильных установках, кондиционерах, огнетушителях, аэрозольных баллончиках и т. п. В 1987 г. был подписан Монреальский протокол (в нем участвовали более 50 стран) о постепенной ликвидации применяющих фреоны технологий и пре­кращении производства самих фреонов. Результатом явилось прекращение роста содержания хлоридов в атмосфере Земли в 1990 г., с 1994 г. их содержа­ние постоянно снижается.

К глобальным проблемам, связанным с антропогенным загрязнением атмосферы, относят проблему нарушения озонового слоя в стратосфере (проема озоновых дыр) и проблему усиления парникового эффекта.

Проблема усиления парникового эффекта связана с потеплением климата на Земле (за последние 50 лет средняя температура атмосферы повысилась на 0,70ºС) за счет повышения содержания в атмосфере веществ, которые препятствуют длинноволновому, тепловому излучению с земной поверхности. Такими веществами (парниковыми газами) являются углекислый газ, окислы азота, метан, пары воды, фреоны и др.

Одна из наиболее устойчивых тенденций последних десятилетий — рост концентрации углекислого газа в атмосфере: с начала XX в. она увеличилась в 1,12 раза, за последние двадцать лет ее рост в тропосфере составил 0,3—0,4% в год. Предполагается, что удвоение содержания углекислого газа в атмосфе­ре Земли может произойти к середине нынешнего века. Следствием этого ста­нет увеличение средней температуры воздуха на нашей планете.

Различные расчеты предсказывают увеличение температуры на полюсах на 5—6°С, а в средних широтах на 2—3 °С. Однако достоверность таких количественных прогнозов невелика, так Как невозможно достаточно полно учесть все сопутствующие явления. В настоящее время пока еще нет методов, которые давали бы возможность с высокой степенью надежности учесть из­менения систем океанических течений и воздушных потоков в условиях но­вого теплового баланса, определить изменения отражательной способности ледников и полярных льдов и степень влияния увеличения облачного покрова Земли на ее температурный режим. Вместе с тем не следует недооценивав опасность таяния полярных льдов и ледников: если это произойдет, огромные территорий, на которых ныне живет не менее четверти всего человечества: могут оказаться под водой.

Решение проблемы усиления парникового эффекта, как правило, связывают, с уменьшением поступления в атмосферу именно углекислого газа, уве­личению содержания других парниковых газов уделяется значительно меньше внимания.

Предлагаются разные пути предотвращения опасного повышения концентрации в атмосфере углекислого газа. Один из них - уменьшение сжигания органического топлива. Он лежит в области перспективных технически: разработок новых источников энергии, однако в ближайшие годы вряд ли произойдет серьезное снижение масштабов сжигания традиционных видов топлива — нефтепродуктов, угля и газа.

Второй путь — увеличение площади растительного покрова на Земле, прежде всего лесного. При этом приходится иметь в виду, что растительные экосистемы не только поглощают углекислый газ при фотосинтезе, но и выделяют его как при дыхании растений, так и при гниении органических остатков.

Еще один путь - снижение антропогенного загрязнения Мирового океана. Антропогенные загрязнители подавляют фотосинтетическую активность океанических микроорганизмов, угнетают их способность поглощать углекислый газ из атмосферы, преобразовывая его в органические вещества донны отложений.

Многие ученые подвергают сомнению точку зрения о преимущественно техногенной обусловленности современных климатических изменений за счет увеличения содержания в атмосфере парниковых газов, прежде всего углекислого газа.

Они связывают повышение глобальной температуры с естественным температурными колебаниями, которые неоднократно происходили в геологической истории Земли за счет изменения наклона оси вращения нашей планеты, изменения орбиты ее вращения и т. п.

Дата добавления: 2015-05-29