Ухудшение состава атмосферы

и меры по её восстановлению

С каждым десятилетием, с каждым годом состояние атмосферы Земли вследствие антропогенного воздействия на неё всё более ухудшается. Это вызывает тревогу у специалистов-экологов, климатологов, биологов и др., так как состояние атмосферы Земли является важнейшим показателем её здоровья.

Слово “ атмосфера ” произошло от греч. atmos – шар и sphaira – сфера. Давление и плотность воздуха в атмосфере с высотой убывают. В зависимости от распределения температуры атмосфера делится на 4 слоя:

! тропосфера (до 8-10 км в высоких широтах, 10-12 км в умеренных широтах и до 16-18 км вблизи экватора, со снижением температуры до! 40! 80˚ С в верхних слоях). Здесь сосредоточено 4/5 всей массы атмосферного воздуха. Состав тропосферы у поверхности Земли: 78, 1% азота, 21% кислорода, 0, 9% аргона и в незначительных долях процента углекислый газ, водород, гелий, неон и др. В нижних слоях тропосферы содержится водяной пар: от 3% в тропиках до 0, 00002% в Антарктиде. С высотой количество водяного пара быстро убывает;

! стратосфера (от 12-18 км до 50-55 км, с возрастанием температуры от! 80! 40˚ С до 0˚ С). На высоте 20-25 км расположен слой озона, который предохраняет живые организмы от вредного коротковолнового излучения;

! мезосфера (от 50-55 км до 80-85 км, с понижением температуры от 0˚ С до! 90˚ С);

! ионосфера (выше 80-85 км) характеризуется преобладанием гелия и водорода; часть молекул разлагается под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космических излучений на атомы, ионы и свободные электроны.

Теперь, когда мы с вами ознакомились в общих чертах со структурой и качественными характеристиками атмосферы, остановимся на вопросе о состоянии атмосферы в современных условиях и её динамике. Круговорот углекислого газа и воды, а также кислорода – важнейшие факторы жизни на Земле. До индустриальной эры, начало которой можно обозначить с изобретений Э.Уитни фрезерного станка (1793), Г.Модсли токарно-винторезного станка (1797) и Р.Тревитиком парового двигателя (1800), содержание углекислого газа и воды в атмосфере были сбалансированы. В то время на Земле насчитывалось менее 1 млрд. человек, количество сельских жителей составляло около 97%. Лишь к 1830 г. количество людей на Земле достигло 1 млрд., а горожан – 60 млн (6%). С ростом промышленного производства и городов стали формироваться многомиллионные мегаполисы. Количество углекислоты в атмосфере стало неуклонно нарастать, особенно с момента возникновения химической промышленности (в 1-й ½ ХХ века). Причины этого − выбросы в окружающую среду промышленных газов, загрязнение водных бассейнов ксенобиотиками, нефтью и нефтепродуктами. Это повлекло гибель фитопланктона[3] со снижением его участия в обмене кислорода и углекислого газа.

Колоссальный ущерб газовому содержанию атмосферы наносят хищническая вырубка лесов и многочисленные лесные пожары. Проблема гибели лесов стала привлекать особое внимание лишь в последние десятилетия, особенно с 60-х гг. ХХ в., когда началось ускоряющееся уничтожение тропических лесов Африки, Южной Америки. Ежегодно уничтожается около 160000 км² тропических лесов, что по площади в 5 раз превышает территорию Бельгии. Считают, что к настоящему времени от первобытных тропических лесов Африки осталось не более 20%, Австралии – 25%. За всю историю цивилизации было вырублено 2/3 лесов. Чрезвычайно активно идёт планомерное уничтожение лесов Южной Америки, усиливаются темпы уничтожения лесов Юго-Восточной Азии, Дальнего Востока, Сибири, Карелии. Академик Российской академии сельскохозяйственных наук Н.А.Моисеев пишет о необходимости принятия «эффективных мер по искоренению широкомасштабного криминала в лесном секторе, включая и “корпоративные войны”, и невиданный за всю историю масштаб нелегальных рубок (леса), что требует организации совместных усилий многих федеральных ведомств и должной их координации» [x].

Лесные пожары − одна из важнейших причин гибели лесов. Основные их причины − неаккуратное обращение с огнём и повышение температуры планеты. Уничтожение лесов усиливает экологическую дезинтеграцию биосферы Земли, вследствие чего возрастает вероятность и сила природных катастроф, а почвы становятся бесплодными.

Почти треть суши Земли сегодня занимают пустынные и полупустынные районы, где проживает около 15% человечества планеты. В середине 90-х годов площадь антропогенных пустынь составляла 10-13 млн. км ². В результате на голод обрекаются целые народы. Быстро исчезают многие виды растений и животных.Уже уничтожено более 200 видов животных и растений. Запасы кислорода в атмосфере снизились на 10 млрд. тонн.

В 1924 г. В.И.Вернадский предупреждал, что сжигание огромного количества различного топлива должно повлиять на состав атмосферы Земли. Последующие события показали правоту учёного. В настоящее время человечество ежегодно сжигает более 4 млрд. тонн бурого и каменного угля, более 3, 5 млрд. тонн нефти и нефтепродуктов, триллионы кубометров газа, в огромных количествах – горючие сланцы, торф, дрова. Своей экологически непродуманной деятельностью люди породили множество других факторов отрицательного действия на состав атмосферы. Это: непрерывный рост автомобильного транспорта, рост мегаполисов, расширение добычи полезных ископаемых, развитие промышленности и сельского хозяйства без должной охраны окружающей среды. К этому следует добавить создание непродуманных ирригационных систем, например в Средней Азии, что привело к высыханию Аральского моря, нарушению климата в этом регионе с возникновением пылевых бурь, несущих скопившиеся на дне бывшего моря огромные количества пестицидов.

Всё это снизило адаптационные возможности биосферы Земли.

Правительства развитых стран, прикрываясь необходимостью помощи странам третьего мира, активно развивают в них экологически грязные производства. В декабре 2005 г. в Монреале (Канада) собрался Международный форум, где основным был вопрос об ухудшении климата на планете. В Форуме приняли участие около 190 стран мира. Каковы же результаты? − США, будучи главным загрязнителем атмосферы, отказались подписать соглашение. Страны ЕЭС намерены снизить выброс парниковых газов к 2010 году по сравнению с уровнем 1999 г. на 9, 3%, т. е. практически будут загрязнять атмосферу почти с такой же интенсивностью. Такова утилитарная реакция мировых промышленных синдикатов на требование научной общественности устранить безответственное отношение к природе.

Мощным и главным загрязнителем окружающей среды стал автомобильный транспорт. В настоящее время в мире насчитывается более 1 млрд. автомобилей, из которых около 85% – легковые машины. Мировой автопарк ещё к середине 80-х годов выбрасывал в атмосферу ежегодно более 250 млн. тонн вредных веществ, среди них бензапирен, свинец, окись углерода, оксиды азота, диоксид серы, сажу и др.

Бензапирен – полициклический ароматический углеводород (ПАУ) обладает канцерогенным эффектом и способностью кумулировать (накапливаться) в организме человека и животных. В некоторых городах концентрация бензапирена, выбрасываемого в атмосферу автотранспортом, в 10 и более раз превышает предельно допустимые концентрации (ПДК), т. е. не вызывающие повреждение здоровья человека.

Оксиды азота нарушают функции лёгких, в высоких концентрациях вызывая кислородное голодание и даже отёк лёгких.

Соединения свинца появляются в отработанных газах в случаях использования тетраэтилена в качестве антидетонационной присадки к бензину. Следствием длительного отравления свинцом являются заболевания нервной системы, снижение интеллекта.

Сажа – твёрдый фильтрат отработанных газов, состоящий из частиц углерода, накапливающийся в лёгких жителей городов, особенно у водителей автотранспорта.

В середине 80-х годов вклад автотранспорта в загрязнение атмосферы Москвы составлял 69%, а в настоящее время (2006 г.) – около 90%, Санкт-Петербурга – более 70%.

Рост автомобилизации, ухудшение воздушной среды, особенно городов, конкуренция на мировом автомобильном рынке обусловили введение нормирования вредных веществ в автомобильных выбросах. Однако продолжающийся рост мирового автотранспортного парка и нарушения нормативов в целом не улучшили ситуацию [6, 81].

В настоящее время биосфера Земли не в состоянии сбалансировать круговорот углекислоты, что влечёт постепенное потепление.

Таким образом, речь идёт о сохранении приемлемой для жизни человека на Земле биосферы и в том числе атмосферы, сильно изменённой к настоящему времени. Это выдвигает на передний план внедрение комплекса профилактических и восстанавливающих биосферу мероприятий. Для устранения перечисленных выше крайне отрицательных тенденций дезинтеграции атмосферы необходимо кардинально и в срочном порядке изменить как промышленные технологии, так и мышление людей. Для этого необходимо: − внедрить в промышленности безотходные производства;

− установить на промышленных предприятиях, загрязняющих биосферу, уловители дыма и вредных веществ;

− разработать и внедрить способы получения энергии, не нарушающие тепловой баланс Земли;

− наладить широкий промышленный выпуск электромобилей;

− начиная со школьной скамьи, повсеместно и систематично вести природоохранную профилактическую работу с населением.

2.3. “Парниковый” эффект

Поток солнечного излучения содержит инфракрасный, видимый и ультрафиолетовый части спектра. Земля и атмосфера поглощают около 2/3 солнечного излучения, а 1/3 отражается от поверхности Земли (альбедо планеты). “Парниковые” газы задерживают обратное инфракрасное (тепловое) излучение. Углекислый газ (СО₂) является основной причиной “парникового эффекта” (60% вклада). К “парниковым” газам относятся также метан СН₄ (20% вклада), хлорфторуглеводороды − фреоны (15% вклада), закись азота N₂O (5% вклада).

Как же изменяется ситуация с “парниковыми” газами в атмосфере? В 1800 г. в атмосфере Земли содержалось 0, 029% СО₂, в 1958 г. – 0, 0315% (за 158 лет увеличилось в 1, 085 раза), в 1980 г. – 0, 0335% (за 22 года – в 1, 0635 раза), в 2001 г. – 0, 0368% (за 21 год – в 1, 0985 раз). Таким образом, отмечается ускорение роста количества углекислого газа в атмосфере. Суммарно за 200 лет оно увеличилось в 1, 27 раза. Для стабилизации углекислого газа на существующем уровне требуется сокращение его выбросов во всём мире на 70%, причём это необходимо осуществить в короткий срок [5]. Повышенное содержание углекислого газа в атмосфере есть следствие промышленных и транспортных выбросов, а также производства поверхностно-активных веществ (ПАВ) и других токсикантов, ингибирующих (от лат. inhibere – сдерживать, останавливать) фотосинтетическую активность растений – поглотителей углекислого газа. Вследствие этих воздействий катастрофически снизилась фотосинтетическая активность растений океанов, морей и пресных вод.

Концентрация метана в настоящее время ежегодно растёт на 1, 2-1, 5%. Сейчас его в атмосфере больше на 60%, чем в 1800 г., т. е. в доиндустриальную эпоху. Концентрация закиси азота растёт на 0, 35% в год, концентрация фреонов – на 4% в год [6, 81]. И это несмотря на Монреальский протокол, вступивший в силу с 1 января 1989 г., предписывающий ограничение производства и применения химических веществ, повреждающих озоновый слой, а фреоны относятся к ним.

Температура нашей планеты зависит также от отражательной способности поверхности Земли (её альбедо). Чем альбедо ниже, тем выше температура поверхностных слоёв Земли. Альбедо поверхности Земли вследствие антропогенного загрязнения, уничтожения лесов всё более снижается, что также ведёт к потеплению климата.

В результате всех этих процессов температура на Земле, по подсчётам Управления по аэрокосмическим исследованиям США (НАСА), может повыситься к 2030 году на 1, 4 – 4, 0˚ С.

Вследствие таяния ледников и полярных ледяных шапок можно ожидать повышение уровня океанических вод, возрастёт количество осадков в тропиках, расширятся засушливые зоны, увеличится площадь пустынь, сократятся посевные площади планеты в целом, что может стать причиной голода. “Или люди сделают так, чтобы в воздухе стало меньше дыма, или дым сделает так, что на Земле станет меньше людей” (Дж.Баттон).

Мероприятия экологической безопасности, названные в заключительном абзаце § 2.2, целесообразны и в плане снижения “парникового” эффекта.