Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы природопользования. Учебное пособие
.pdf
Полный список глобальных экологических проблем огромен. Рас-
смотрим самые распространенные. Среди них наиболее актуальны:
- глобальное потепление, парниковый эффект, сдвиг климатических зон;
- озоновые дыры, разрушение озонового экрана;
- сокращение биологического разнообразия на планете;
- глобальное загрязнение окружающей среды;
- неутилизируемые радиоактивные отходы;
- водная и ветровая эрозия и сокращение площадей плодородных почв;
- демографический взрыв, урбанизация;
- истощение невозобновляемых минеральных ресурсов;
- энергетический кризис;
- резкий рост числа ранее неизвестных и зачастую неизлечимых болезней;
- недостаток продуктов питания, перманентное состояние голода большей
части населения планеты;
- истощение и загрязнение ресурсов Мирового океана.
Глобальное потепление и парниковый эффект
Парниковый эффект - это современный физико-химический процесс
нарушения теплового баланса планеты с ускоряющимся ростом температуры на ней. Выброс в атмосферу многих газов: угарного газа (СО), углекислого газа (СО2), углеводородов, т. е. метана (СН4), этана (С2Н6) и др.,
которые накапливаются в результате сжигания горючих ископаемых и
других производственных процессов, приводит к появлению парникового
эффекта, хотя эти вещества почти не представляют опасности как самостоятельные загрязнители (за исключением высоких концентраций). В настоящее время человечество оказалось на пороге крупнейшего изменения
климата, вызванного человеком. Причина этого изменения – увеличение в
атмосфере углекислого газа (СО2) и некоторых других газов (СН4, углеводорода, оксидов азота и др.), которые поглощают инфракрасное излучение
от Земли, нагреваются и тем самым нагревают нашу планету.
Кроме парникового эффекта наличие указанных газов обусловливает
образование так называемого фотохимического смога. При этом в результате фотохимических реакций углеводороды образуют весьма токсичные
продукты - альдегиды и кетоны. Смоги бывают влажные, сухие и ледяные.
Влажный смог (Лондонского типа) - сочетание газообразных загрязняющих веществ, пыли и капель тумана. Эти составляющие вступают
в химические реакции, образуя еще более опасные вещества, чем исходные. Так возникает в 100- 200-метровом слое воздуха ядовитый густой
грязно-желтый туман - влажный смог. Он образуется в странах с морским
климатом, где часты туманы и высока относительная влажность воздуха.
Сухой смог (Лос-Анджелесского типа) - вторичное загрязнение воздуха в результате химических реакций, сопровождающихся появлением озона.
Сухой смог в Лос-Анджелесе (США) образует не туман, а синеватую дымку.
31
Ледяной смог (Аляскинского типа). Он возникает в Арктике и Субарктике при низких температурах в антициклоне. При таких погодных
условиях выбросы даже небольшого количества загрязняющих веществ
приводят к возникновению густого тумана, состоящего из мельчайших
кристалликов льда и, например, серной кислоты. Смоги характерны для
городов, расположенных в котловинах, где застаивается воздух. Смоги отмечались в Алма-Ате, Ереване, Кемерово, Новокузнецке, Братске, Мехико.
Механизм парникового эффекта. Механизм парникового эффекта
достаточно прост. Обычное солнечное излучение при безоблачной погоде
и чистой атмосфере сравнительно легко достигает поверхности Земли, поглощается поверхностью почвы, растительностью и др. Солнечные лучи,
достигая Земли, поглощаются поверхностью почвы, растительностью,
водной поверхностью и др. Нагретые поверхности отдают тепловую энергию снова в атмосферу, но уже в виде длинноволнового излучения, которое не рассеивается, а поглощается молекулами этих газов (СО2 поглощает
18% отдаваемой теплоты), вызывая интенсивное тепловое движение молекул и повышение температуры (рис.6).
Рис. 6. Схематичное изображение парникового эффекта, обусловленного
присутствием углекислого газа в атмосфере
Атмосферные газы (кислород, азот, аргон) не поглощают тепловое
излучение с земной поверхности, а рассеивают его. Однако в результате
сжигания горючих ископаемых и других производственных процессов в
атмосфере накапливаются: углекислый газ, угарный газ, различные угле-
32
водороды (метан, этан, пропан и др.), которые не рассеивают, а поглощают
тепловое излучение, идущее от поверхности Земли. Возникающий таким
образом экран и приводит к появлению парникового эффекта - глобального потепления.
В последнее время деятельность человека привносит дисбаланс в соотношение поглощаемой и выделяемой энергии. До вмешательства человека в глобальные процессы на планете изменения, происходящие на ее
поверхности и в атмосфере, были связаны с содержанием в природе газов,
которые с легкой руки ученых были названы «парниковыми». К таким газам относятся диоксид углерода, метан, оксид азота и водяной пар (рис. 7).
Сейчас к ним добавились антропогенные хлорфторуглероды (ХФУ)
Рис. 7. Доля содержания антропогенных газов в атмосфере
при парниковом эффекте азота 6%
Без газового «одеяла», окутывающего Землю, температура на ее поверхности была бы на 30-40 градусов ниже. Существование живых организмов в таком случае было бы весьма проблематичным. Парниковые газы
временно удерживают тепло в нашей атмосфере, благодаря чему создается
так называемый парниковый эффект. В результате техногенной деятельности человека некоторые парниковые газы увеличивают долю своего участия в общем балансе атмосферы. Это касается прежде всего углекислого
газа, содержание которого из десятилетия в десятилетие неуклонно растет.
Углекислый газ создает 50% парникового эффекта, на долю ХФУ приходится 15-20%, на долю метана - 18%.
Глобальное потепление является одним из наиболее значимых последствий антропогенного загрязнения биосферы. Оно проявляется как в
изменении климата, так и биоты: продукционного процесса в экосистемах,
сдвига границ растительных формаций, изменения урожайности сельскохозяйственных культур. Особенно сильные изменения могут коснуться
высоких и средних широт. По прогнозам именно здесь наиболее заметно
повысится температура атмосферы. Природа этих регионов особенно вос-
33
приимчива к различным воздействиям и крайне медленно восстанавливается. В результате потепления зона тайги сдвинется к северу примерно на
100-200 км. Подъем уровня океана за счет потепления (таяния льдов и ледников) может составить до 0,2 м, что приведет к затоплению устьев крупных, особенно сибирских рек.
За последние 200 лет в результате антропогенной деятельности содержание оксида углерода в атмосфере возросло на 25%. Связано это, с одной
стороны, с интенсивным сжиганием ископаемого топлива: газа, нефти, сланцев, угля и др., а с другой - с ежегодным уменьшением площадей лесов, которые являются основными поглотителями углекислого газа. Сегодня уже не
остается сомнений, что тенденция к использованию преимущественно ископаемого топлива неизбежно ведет к глобальному катастрофическому изменению климата. При нынешних темпах использования угля и нефти в ближайшие 50 лет прогнозируется повышение среднегодовой температуры на
планете в пределах от 1,5 °С (близ экватора) до 5 °С (в высоких широтах).
Повышение температуры в результате парникового эффекта грозит
небывалыми экологическими, экономическими и социальными последствиями. Уровень воды в океанах может подняться на 1-2 м за счет морской воды и таяния полярных льдов. Вследствие парникового эффекта
уровень Мирового океана в XX в. уже поднялся на 10-20 см. Установлено,
что повышение уровня моря на 1 мм приводит к отступлению береговой
линии на 1,5 м. Если уровень моря поднимется примерно на I м (а это
худший сценарий), то к 2100 г. под водой окажутся около 1 % территории
Египта, 6 % территории Нидерландов, 17,5% территории Бангладеш и
80 % атолла Маджуро, входящего в состав Маршалловых островов. Это
станет началом трагедии для 46 млн. людей. По самым пессимистическим
прогнозам, повышение уровня Мирового океана в XXI в. может повлечь за
собой исчезновение с карты мира таких стран, как Голландия, Пакистан и
Израиль, затопление большей части Японии и некоторых других островных государств. Под воду могут уйти Санкт-Петербург, Нью-Йорк и Вашингтон. В то время как одни участки суши рискуют оказаться на дне моря, другие будут страдать от жесточайшей засухи. Исчезновение грозит
Азовскому и Аральскому морям и многим рекам.
Глобальное потепление отразится и на состоянии лесов планеты.
Лесная растительность, как известно, может существовать в очень узких
пределах температуры и влажности. Большая часть ее может погибнуть,
сложная экологическая система окажется на стадии разрушения, а это повлечет за собой катастрофическое уменьшение генетического разнообразия растений. В результате всемирного потепления на Земле уже во второй
половине XXI в. может исчезнуть от четверти до половины видов сухопутной флоры и фауны. Даже при максимально благоприятных условиях к середине века непосредственная угроза вымирания нависнет почти над 10%
видов сухопутных животных и растений. Исследования показали: чтобы
34
избежать глобальной катастрофы, необходимо уменьшить выбросы углерода в атмосферу до 2 млрд. т в год (одна треть нынешнего объема). Учитывая естественный прирост населения, к 2030-2050 гг. на душу населения
должно выбрасываться не более 1/8 объема углерода, приходящегося сегодня в среднем на одного жителя Европы.
Причины кислотных дождей. Основная причина выпадения кислотных дождей - наличие в атмосфере за счет промышленных выбросов
оксидов серы и азота, хлористого водорода и других кислотообразующих
соединений. В результате дождь и снег оказываются подкисленными. Образование кислотных дождей и их воздействие на окружающую среду показано на (рис. 8).
Рис. 8. Образование кислотных дождей и их воздействие
на окружающую среду
Присутствие в воздухе заметных количеств, например, аммиака или
ионов кальция приводит к выпадению не кислых, а щелочных осадков.
Однако их также принято называть кислотными, поскольку они при попадании на почву или в водоем меняют их кислотность.
Подкисление природной среды отрицательно отражается на состоянии экосистем. В этом случае из почвы выщелачиваются не только питательные вещества, но и токсичные металлы, например свинец, алюминий и
др. В подкисленной воде увеличивается растворимость алюминия. В озерах
это приводит к заболеванию и гибели рыб, к замедлению развития фито-
35
планктона и водорослей. Кислотные дожди разрушают облицовочные материалы (мрамор, известняки др.), значительно снижают срок службы железобетонных конструкций. Окисление природной среды - одна из важнейших
экологических проблем, требующая решения в ближайшем будущем.
Последствия кислотных дождей. Атмосферные осадки, характеризу-
ющиеся сильнокислой реакцией (обычно рН<5,6), получили название кислотных (кислых) дождей. Впервые в 1872 г. этот термин был введен британским химиком Р.Э. Смитом. Занимаясь вопросами загрязнения г. Манчестера,
Смит доказал, что дым и пары содержат вещества, вызывающие серьезные
изменения в химическом составе дождя, и что эти изменения можно заметить
не только вблизи источника их выделения, но и на большом расстоянии от
него. Он также обнаружил некоторые вредные последствия кислотных дождей: обесцвечивание тканей, коррозию металлических поверхностей, раз-
рушение строительных материалов и гибель растительности. Специалисты
утверждают, что термин «кислотные дожди» недостаточно точен. Для такого
типа загрязнителей лучше подходит выражение «кислотные осадки». Действительно, загрязняющие вещества могут выпадать не только в виде дождя,
но и в виде снега, облаков, тумана («влажные осадки»), в виде газа и пыли
(«сухие осадки») в засушливый период.
Наряду с гибелью озер происходит деградация лесов. Хотя лесные
почвы менее восприимчивы к подкислению, нежели водоемы, произрастающая на них растительность крайне негативно реагирует на увеличение
кислотности. Кислые осадки в виде аэрозолей обволакивают хвою и листву деревьев, проникают в крону, стекают по стволу, накапливаются в почве. Прямой ущерб выражается в химическом ожоге растений, снижении
прироста, изменении состава подпологовой растительности.
Кислотные осадки разрушают здания, трубопроводы, приводят в негодность автомобили, понижают плодородие почв и могут способствовать
просачиванию токсичных металлов в водоносные слои почвы. Разрушительному действию кислотных осадков подвергаются многие памятники
мировой культуры. Так, за 25 веков мраморные статуи всемирно известного памятника архитектуры Древней Греции Акрополя постоянно подвергались воздействию ветровой эрозии и дождей. В последнее время действие
кислотных осадков ускорило этот процесс. Кроме того, это сопровождается и осаждением на памятниках корки сажи в виде двуокиси серы, выделяемой промышленными предприятиями.
Разрушение озонового слоя. Озоновый слой находится в атмосфере
между 15 и 40 км над поверхностью Земли. Этот слой выполняет роль
экрана смертоносной ультрафиолетовой радиации, ослабляя ее примерно в
6500 раз. В атмосфере озон образуется из кислорода под действием электрических разрядов и космической радиации (рис. 9).
Разрушение озонового слоя на 50% увеличило бы УФ-радиацию
в 10 раз, что повлияло бы на зрение человека и животных и могло бы ока-
36
зать другие губительные воздействия на живые организмы. Живые организмы на Земле защищены от коротковолнового ультрафиолетового (УФ)
излучения Солнца, которое губительно для всего живого, озоновым экраном (озоновым слоем).
Рис. 9. Механизмы образования озонового слоя (внизу)
и его роль в атмосфере (вверху)
Озоновый экран - это воздушный слой в верхних слоях атмосферы
(стратосфере), состоящий из особой формы кислорода - озона (рис. 10).
Толщина озонового слоя в масштабе атмосферы - не больше листа бумаги
в объеме домашней библиотеки. Основное количество Озон сосредоточено
в стратосфере на высоте 15-25 км (верхняя граница - 45-50 км). Парадокс,
37
но те же самые молекулы озона в тропосфере (нижний слой атмосферы)
представляют собой опасные элементы, разрушающие живую ткань, включая легкие человека. Разрушение озонового экрана на 50% увеличивает в
10 раз УФ-радиацию, что влияет на зрение животных и человека и может
оказать другие губительные воздействия на живые организмы.
Рис. 10. Озоновый экран: а - озон (03) в стратосфере поглощает УФ-лучи
Солнца; б - озон формируется в стратосфере, когда под действием
УФ-лучей молекулы 02 распадаются на свободные атомы,
способные присоединяться к другим его молекулам
Исчезновение озоносферы привело бы к непредсказуемым последствиям. Озоновый слой в стратосфере предохраняет земную поверхность
от ультрафиолетового излучения, в том числе от особенно опасного коротковолнового излучения (320-180нм), умерщвляющего живые клетки, по-
38
вреждающего биологические молекулы, включая ДНК, вызывающие рак
кожи, заболевание глаз и подавлению иммунной системы людей, снижению урожайности растений.
В 1974 г. ученые установили, что вызывать разрушение озонового
экрана могут хлорфторуглероды (ХФУ) (рис. 11).
Рис. 11. Схема разрушения озонового экрана
Начиная с этого времени так называемая «хлорфторуглеродная проблема» стала одной из основных в исследованиях по загрязнению атмосферы. К хлорфторуглеродам относятся, в частности, фреоны - химически
инертные на поверхности Земли вещества. Они уже более 60 лет используются как хладагенты в холодильниках и кондиционерах, пропелленты
для аэрозольных смесей (в бытовых аэрозольных баллончиках), пенообразующие агенты в огнетушителях, очистители для электронных приборов,
при химической чистке одежды, при производстве пенопластиков.
39
В ходе фотохимического разложения фреона в стратосфере ион хлора выступает как агент разрушения озона. Таким образом, ХФУ переносят
хлор с поверхности Земли через тропосферу и нижние слои атмосферы, где
менее инертные соединения хлора разрушаются, в стратосферу, к слою с
наибольшей концентрацией озона. Осколки фреоновых молекул разрушительно действуют на слой атмосферного озона. ХФУ уже разрушили от 3
до 5% озонового слоя атмосферы.
Расширение озоновой дыры может привести к гибели высокоорганизованной жизни на Земле. По мнению ряда ученых – экологов, к 2030г.
в России, при сохранение нынешних темпов истощения озонового слоя,
заболеют раком кожи дополнительно 6 млн. человек. Растения под влиянием сильного ультрафиолетового излучения постепенно теряют свою
способность к фотосинтезу. По данным международной экологической
организации «Гринпис», основными поставщиками хлорфторуглеродов
(фреонов) являются США (30,85%), Япония (12,42%), Великобритания
(8,62%) и Россия (8,0%). Люди осознали грядущую опасность, и были
приняты меры по охране озонового слоя Земли. Были заключены международные соглашения, запрещающие производство фреонов (Венская
конвенция 1985 г., Монреальский протокол 1987 г., а в 1992 г. в Копенгагене было подписано соглашение, по которому в странах, участвующих в
соглашении, должно было быть исключено применение всех веществ,
угрожающих озоновому слою.
Деградация почвенного покрова опустынивание. Совокупность
природных и антропогенных процессов, приводящих к разрушению равновесия в экосистемах и к деградации всех форм органической жизни на
конкретной территории называется опустыниванием.
Главная причина современного роста опустынивания в различных
странах мира - экологический кризис, вызванный несоответствием сложившейся структуры хозяйственного использования природных ресурсов с
потенциальными природными возможностями данного ландшафта, ростом
народонаселения, увеличением антропогенных нагрузок, несовершенством
социально-экономического устройства ряда стран. Способствуют росту
опустынивания территорий и рассмотренные выше кислотные дожди.
Опустынивание происходит во всех природных зонах мира. Сейчас пустынями антропогенного происхождения занято более 9 млн. км, а из продуктивного использования земель ежегодно выбывает до 7 млн. га.
Ежегодные мировые потери плодородных почв на обрабатываемых
землях в настоящее время составляют, по некоторым оценкам, 24 млн.
тонн. Для сравнения - такая же площадь засевается зерновыми во всей
Австралии. Одной из главных причин разрушения плодородного слоя является почвенная эрозия. Происходит она главным образом из-за так
называемого «агропромышленного» земледелия: почвы распахиваются на
больших площадях, а затем плодородный слой выдувается ветром или
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]