Sb97290

приполярных районах формируется снежно-ледяной покров, ведущий к повышению альбедо и совместно с уменьшением парникового эффекта вызывающий понижение средней приповерхностной температуры.

Таким образом, климат на Земле может переходить в стадии потепления и похолодания в зависимости от изменения альбедо системы Земля – атмосфера и парникового эффекта.

Исследования подтверждают, что климатические циклы в рамках геологического времени (за последние 400 тыс. лет) коррелируют с концентрацией углекислого газа в атмосфере.

Уровень углекислого газа в атмосфере определяется прежде всего активностью вулканов. Вулканы, таким образом, являются частью геохимического цикла углерода. На протяжении многих геологических периодов диоксид углерода высвобождался из недр Земли в атмосферу, нейтрализуя тем самым количество СО2, изъятого из атмосферы при формировании осадочных пород. Следует отметить, что за период с 1915 по 1947 не было ни одного извержения, а в последующие годы наблюдался неуклонный рост активности вулканизма. Это в значительной степени объясняет рост углекислого газа в атмосфере начиная со второй половины XX в.

Кроме парниковых газов на климатические характеристики влияет содержание твердых частиц в атмосфере. Твердые частицы препятствуют достижению солнечного излучения поверхности земли. Соответственно, это способствует изменению климатических характеристик в сторону похолодания.

Естественными причинами появления твердых частиц в атмосфере являются вулканизм и падения метеоритов.

Считается, что сильное извержение вулкана способно вызвать похолодание длительностью несколько лет. Например, в 1991 г. извержение вулкана Пинатубо (Филиппины) существенно повлияло на климатические характеристики планеты: в течение нескольких месяцев после извержения средняя температура снизилась на 0,5 ºС от климатической нормы. Более сильные извержения влияют на климат в течение миллионов лет и являются причиной вымирания видов. Изначально предполагалось, что причиной похолодания является выброшенная в атмосферу вулканическая пыль. Однако детальные исследования показали, что большая часть пыли оседает на поверхности Земли в течение шести месяцев.

Площадь ледников. Ледники признаны одними из самых чувствительных показателей изменения климата. Они существенно увеличиваются в размерах во время охлаждения климата (так называемые «малые ледниковые периоды») и уменьшаются во время потепления климата. Ледники рас-

11

тут и исчезают из-за природных изменений и под влиянием внешних воздействий.

Изменение количества тепла, содержащегося в глубинах океана.

Обладая высокой теплоемкостью, вода океана аккумулирует около 93 % избыточного тепла. Многие флуктуации климата происходят отчасти благодаря возможности мирового океана аккумулировать тепловую энергию и перемещать ее в различные части океана (теплые и холодные течения). То есть в масштабе планетарного времени в океанах происходит термохалинная циркуляция, которая играет ключевую роль в перераспределении тепла и может значительно влиять на климат Земли.

Изменение отражательной способности поверхности Земли (альбе-

до) является следствием вариаций площади ледников, территорий, покрытых снежным покровом и т. д. Увеличение площади ледников снижает альбедо и наоборот.

Все перечисленные факторы имеют разнонаправленный характер по отношению к изменению климата. Следует отметить, что изменение климата является саморегулирующимся процессом, поскольку окружающая среда реагирует определенным образом на внешние воздействия и, изменяясь, сама способна воздействовать на климат.

1.2. Изменения климата и антропогенная деятельность

На протяжении всего своего существования человек влиял на окружающую его среду обитания. Ведение сельского хозяйства связано с распашкой и поливом земель; человек вырубает леса, нарушая микроландшафт и т. д. Антропогенные факторы включают в себя всю деятельность человека, которая изменяет окружающую среду и влияет на климат. В некоторых случаях причинно-следственная связь прямая и недвусмысленная, как, например, при влиянии искусственного орошения на температуру и влажность. Иногда в целом положительные для человека мероприятия (осушение болот, создание искусственных водных объектов, рекультивационные мероприятия, высадка зеленых насаждений) влекут за собой неоднозначные перемены: изменение ветрового и влажностного режима, режима промерзания почвенного покрова и т. д.

Несмотря на общую тенденцию к потеплению, значительную долю влияния на потепление в настоящее время приписывают антропогенной деятельности. Среди всех факторов, связанных с деятельностью человека и существенно влияющих на климат, особенно выделяют выброс парнико-

12

вых газов в атмосферу. Однако, позиция МГЭИК1 звучит: «весьма вероятно, что основной наблюдаемый прирост глобальной средней температуры с середины XX в. обеспечен наблюдаемым ростом концентраций в атмосфере антропогенных парниковых газов»; позиция Неправительственной ГЭИК

– «неочевидно, что именно антропогенный фактор является причиной потепления» и «корреляция между температурой и концентрацией CO2 слабая и неубедительная». Действительно, вопреки распространенному мнению жѐсткой зависимости между ростом антропогенных выбросов и увеличением парникового эффекта в последние десятилетия не наблюдается, что отмечается и в самих докладах МГЭИК, однако акцента на этом не делается. Очевидно, что борьба с выбросами парниковых газов имеет значительный экономический подтекст.

Повышение концентрации парниковых газов в атмосфере Земли характеризуется не только вероятными негативными последствиями (повышение уровня Мирового океана вследствие таяния ледников, опустынивание и т. д.), но и некоторыми положительными. Например, исследование по материалам спутникового зондирования показало, что за последние 30 лет в мире существенно выросла суммарная площадь растительной листвы, и этот рост в первую очередь был вызван ростом концентрации CO2 в земной

атмосфере2. Более корректно заключить, что антропогенная деятельность в большей степени причастна к разбалансировке климатической системы и учащению в связи с этим экстремальных погодных явлений (засух, наводнений, смерчей, морозов и т. д.).

Тем не менее, в данном пособии рассмотрены основные отрасли промышленности, которые вносят вклад в выброс парниковых газов.

Парниковый эффект способны создать все многоатомные газы. Основными являются водяной пар (H2O), углекислый газ (CO2), метан (CH4) и озон (O3), но также это относится и к оксидам азота (NOx), другим легким углеводородам, и к группе веществ под общим названием хлорфторуглероды. Водяной пар обычно исключают из рассмотрения, так как нет данных о росте его концентрации в атмосфере (т. е. его влияние на увеличение парникового эффекта не оценивается, несмотря на то, что именно он обеспечивает порядка 50 % парникового эффекта без учета облаков). Вклад углекислого газа в парниковый эффект оценивают от 9 до 26 %, доля антропо-

1Межправительственная группа экспертов по изменению климата.

2Zhu, Zaichun (et al.). Greening of the Earth and its drivers // Nature Climate Change, 2016. http://www.nature.com/nclimate/journal/vaop/ncurrent/full/nclimate3004.html

13

генного происхождения которого в разных источниках оценивается от 50 до

65 %.

Углекислый газ и пары воды являются конечными продуктами реакции разложения (деструкции) органического вещества, какой бы процесс не вызывал эту реакцию. Среди антропогенных процессов это сжигание ископаемого топлива для различных промышленных и коммунально-бытовых целей. Особенно можно выделить производственные процессы, в которых происходит обжиг известняка (например, производство цемента, включающее получение клинкера – основного продукта для получения цемента – спеченного с глиной известняка), доломита и др. карбонатных пород. Кроме того, все высокотемпературные промышленные процессы сопровождаются образованием оксидов азота. Не менее значимым источником поступления указанных поллютантов в атмосферу являются различные виды транспорта. На количество углекислого газа влияет также вырубка лесных массивов, снижающая количество продуцентов, поглощающих CO2 для прироста биомассы.

Метан и другие газообразные углеводороды выделяются при добыче, переработке, транспортировке нефти, газа и продуктов их переработки. Метан выделяется в сельском хозяйстве (при выращивании некоторых культур, например риса; использовании удобрений; от продуктов жизнедеятельности крупного скота); при биоразложении органических отходов (полигоны захоронения ТБО, сооружения биологической очистки сточных вод).

Закись азота в основном выделяется сельскохозяйственными угодьями (прямой выброс из почв при использовании минеральных и органических удобрений, разложении растительных остатков, оставленных на полях) – примерно 75 % от общего количества закиси азота, выделяемого в атмосферу в сельском хозяйстве; системами сбора и хранения навоза и помета в животноводстве.

Источников, непосредственно вырабатывающих и выбрасывающих озон в атмосферу, не существует. Приземный озон – вторичный газ, т. е. он возникает в процессе взаимодействия солнечных лучей, оксидов азота, углерода и летучих органических соединений с кислородом воздуха. Максимальный уровень наблюдается при наиболее жарких погодных условиях.

Доля различных парниковых газов антропогенного происхождения в эквиваленте СО2 показана на рис. 21; доля различных отраслей промыш-

1 по данным Climate Change 2007: Synthesis Report, p. 5 / IPCC // IPCC Fourth Assessment Report. http://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar4/syr/ar4_syr_full_report.pdf

14

ленности, вносящих вклад в совокупный выброс парниковых газов в мире, показана на рис. 31; на рис. 4 – структура выбросов в Российской Федерации2; отдельно по сектору «промышленные процессы и использование продукции – на рис. 52.

Рис. 2. Доля различных парниковых газов (в эквиваленте СО2) в их суммарных антропогенных выбросах в мире

Рис. 3. Доля различных видов хозяйственной деятельности человека в совокупном выбросе парниковых газов в мире, выраженная в эквиваленте СО2

1по данным Climate Change 2007: Synthesis Report, p. 5 / IPCC // IPCC Fourth Assessment Report. http://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar4/syr/ar4_syr_full_report.pdf

2По данным Национального доклада о кадастре антропогенных выбросов из источников и абсорбции поглотителями парниковых газов, не регулируемых Монреальским протоколом за 1990 – 2014гг. Часть 1. Москва, 2016.

15

1.3.Мероприятия по предотвращению изменений климата

исвязанных с этим последствий

Оценка причин и последствий глобального потепления служит основой для действий по предотвращению и адаптации на уровне государств, корпораций и отдельных людей.

Более 20 лет назад был создан международный договор – Рамочная конвенция Организации Объединенных Наций об изменении климата (далее РКИК ООН), в настоящее время ратифицированная 186 странами, в том числе Российской Федерацией 04.11.1994. В документе рассматриваются различные меры для предотвращения глобального потепления. В конце 1997 г. в рамках РКИК ООН подписан Киотский протокол – международный договор, заключѐнный для реализации целей РКИК ООН и обязывающий государства-участники сократить выбросы парниковых газов (до 2012 г. это было основное соглашение о противодействии глобальному потеплению). В 2004 году РФ ратифицировала Киотский протокол к РКИК ООН, в связи с чем он вступил в действие 16.02.2005 на территории РФ и одновременно стал обязательным для выполнения всеми участвующими государствами (по условиям его вступления в действие).

Область действия соглашения распространялась на шесть парниковых газов: диоксид углерода СО2, метан СН4, закись азота N2O, гидрофторуглероды (ГФУ), перфторуглероды (ПФУ), гексафторид серы (SF6).

Протокол включал количественные обязательства 38 развитых стран, перечисленных в Приложении В к Киотскому протоколу, ограничить выбросы парниковых газов в период с 1 января 2008 г. по 31 декабря 2012 г. (первый период действия протокола). Здесь следует отметить, что Индия и Китай, объемы выбросов которых росли наиболее высокими темпами, не взяли на себя вообще никаких обязательств. США взяли обязательства сократить выбросы на 7 %, но не ратифицировали документ. Канада (обязалась снизить выбросы на 6 %) вышла из соглашения незадолго до окончания первого периода действия протокола. Австралия и Япония не смогли выполнить своих обязательств, оставшись при этом участниками. Обязательства России заключались в сохранении среднегодового уровня выбросов на уровне 1990 г.; фактически Россия сократила выбросы CO2 почти на 30 %, т.е. перевыполнила взятые на себя обязательства. Также страны Евросоюза добились сокращения выбросов более чем на 11 %, хотя обязательства по сокращению были на 8 % (рис. 6.)

17

Рис. 6. Динамика выбросов CO2 по крупнейшим странам в 1990–2013 гг.1

В результате усилий стран, выполнявших свои обязательства по Киотскому протоколу (или даже перевыполнявших их, как Россия), оказалось недостаточно для достижения заявленных в Соглашении целей. В итоге общемировые выбросы за период 2008–2012 гг. выросли почти в 1,5 раза. Участники, не выполнившие свои обязательства, не понесли реальных ограничений международно-правового характера. В целом можно констатировать, что достижение целей Киотского протокола было изначально обречено по причине уклонения от участия в его реализации двух самых крупных в мире виновников выбросов парниковых газов – Китая и США.

1.4. Иные точки зрения в вопросе изменения климата и его последствий

Дискуссия в научном сообществе по поводу факторов, приводящих к росту средней температуры атмосферы Земли и вклада каждого из них, продолжается, а сам антропогенный характер глобального изменения климата является отнюдь не единственной научно обоснованной теорией.

1 Составлено по данным Международного энергетического агентства (МЭА) (CO2 Emissions from Fuel Combustion. Highlights 2015 / OECD, IEA) //http://www.iea.org/media/freepublications/stats/CO2Highlights2015Exceltables.xls)

18

Тому есть исторические предпосылки и актуальные примеры, когда глобальная экологическая инициатива успешно использовалась отдельными странами и транснациональными корпорациями в своих интересах в качестве инструмента конкурентной борьбы (см. гл. 3).

В связи с этим имеются достаточные основания полагать, что современная экологическая повестка также используется в качестве инструмента в глобальной конкурентной борьбе.

Предметом сомнений в так называемом «климатическом скептицизме» являются: 1) сам факт потепления, 2) роль человечества в этом процессе, 3) его опасность. Более распространено скептическое отношение к антропогенному характеру потепления, чем отрицание самого факта повышения температур.

Контрольные вопросы:

1.Какова роль углекислого газа в атмосфере Земли?

2.Назовите природные факторы формирования и изменения климата.

3.Назовите антропогенные факторы формирования и изменения климата.

4.Чем отличаются понятия «погода» и «климат»?

5.Отмечались ли когда-либо раньше изменения климата на Земле?

2. КИСЛОТНЫЕ ДОЖДИ

Термины «кислота» и «основание» введены в обращение шведским ученым С. Аррениусом. Кислотами называют вещества, которые при растворении в воде образуют свободные положительно заряженные ионы водорода (Н+), а основаниями – свободные отрицательно заряженные гидро- ксид-ионы (ОН-). Дистиллированная вода считается нейтральным раствором (концентрации ионов водорода и гидроксид-ионов равны, их содержание обусловлено диссоциацией молекул воды). При температуре 25 ºС концентрация ионов водорода составляет 10-7 моль/л. Значение рН определяют как отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода. рН водных растворов измеряют от 0 до 14 (при бóльших концентрациях указывают молярную концентрацию кислоты или основания). Соответственно, кислая среда характеризуется значениями рН меньше 7,0; щелочная

– больше 7,0. Чистая вода при температуре 25 ºС имеет рН, равное 7. Нормальная дождевая вода имеет слабокислую реакцию со значением

рН 5,6–5,7. Это объясняется содержанием в воздухе углекислого газа, который после взаимодействия с дождевыми каплями образует слабую угольную кислоту. Помимо СО2 в атмосферу Земли естественным путем попадают различные соединения серы и азота, которые придают осадкам ки-

19

слотную реакцию. Вклад углекислого газа в кислотность осадков вдали от промышленных центров составляет 80 %, на оксиды серы и азота приходится по 10 %. Оксиды углерода, азота и серы, выпадая с дождями, замыкают круговорот этих элементов в природе. При этом происходит обогащение почвы минеральными солями, снижение щелочности, увеличение подвижности элементов питания, их доступность для растений.

В случае, когда рН осадков меньше 5,6, говорят о кислотных дождях. Термин «кислотный дождь» впервые был введен британским химиком

Р.Э. Смитом в 1872 г. Он обнаружил, что выбросы над Манчестером содержат вещества, вызывающие значительные изменения в химическом составе дождя, которые можно заметить не только вблизи источника их выделения, но и на большом расстоянии от него. Воздух в городе содержал серную кислоту или бисульфаты, в окрестностях были обнаружены сульфат аммония и в отдаленных полях – карбонат аммония. Тем не менее, ученые того времени отвергли теорию существования кислотных дождей.

Термин «кислотный дождь» не в полной мере отражает наблюдаемое явление. В данном случае больше подходит термин «кислотные осадки», поскольку загрязняющие вещества выпадают как в виде дождя, так и града, снега, росы, тумана, а также пыли и газа в засушливое время года. Поэтому

вдальнейшем под этим термином будем понимать все виды метеорологических осадков с пониженным значением водородного показателя.

Понижение кислотности осадков могут вызвать как оксиды азота и серы (могут быть природного и антропогенного происхождения), так и хлористый водород и летучие органические соединения, которые в незагрязненном атмосферном воздухе отсутствуют.

Схимической точки зрения, кислые оксиды под воздействием солнечного излучения (или так называемых «фотохимических реакций») вступают

вреакцию с молекулами воды и образуют кислоты. В сухом воздухе диоксид серы может перемещаться на большие расстояния от источника выброса, но попав в облако, он окисляется за несколько часов до триоксида серы и впоследствии превращается в серную кислоту. Оксиды азота при взаимодействии с парами воды трансформируются в азотную кислоту. Необходимо отметить, что в атмосфере над крупными промышленными центрами содержатся твердые частицы соединений железа и марганца, являющиеся катализаторами реакций. При выпадении кислотных осадков происходит самоочищение атмосферы от загрязнения.

Существуют естественные и антропогенные источники поступления соединений азота и серы в атмосферу, где они окисляются до оксидов.

20