Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Науки о Земле. Учебное пособие
.pdf
осадочными породами и другими геологическими поглотителями
СО2. Однако этот вклад не сравнится по величине с антропогенной эмиссией оксида углерода, которая, по оценкам Геологической службы США, в 130 раз превышает количество СО2, эмитированного вулканами.
Антропогенное воздействие на изменение климата.
Антропогенные факторы включают в себя деятельность человека, которая изменяет окружающую среду и влияет на климат.
В некоторых случаях причинно-следственная связь прямая и недвусмысленная, как, например, при влиянии орошения на температуру и влажность, в других случаях эта связь менее очевидна.
Главными проблемами сегодня являются: растущая из-за
сжигания топлива концентрация СО2 в атмосфере, аэрозоли в атмосфере, влияющие на её охлаждение, и цементная промышленность. Другие факторы, такие, как землепользование, уменьшение озонового слоя, животноводство и вырубка лесов, также
влияют на климат.
Сжигание топлива. Начав расти во время промышленной
революции в 1850-х годах и постепенно ускоряясь, потребление
человечеством топлива привело к тому, что концентрация СО2 в
атмосфере к настоящему времени возросла в 1,3 раза. Известно,
что сейчас уровень СО2 в атмосфере выше, чем когда-либо за последние 750 000 лет.
Аэрозоли. Считается, что антропогенные аэрозоли, особенно сульфаты, выбрасываемые при сжигании топлива, влияют на
охлаждение атмосферы. Полагают, что это свойство является
причиной относительного «плато» на графике температур в середине XX века.
Землепользование. Существенное влияние на климат оказы-
вает землепользование. Орошение, вырубка лесов и сельское хозяйство коренным образом меняют окружающую среду. Например, на орошаемой территории изменяется водный баланс. Землепользование может изменить альбедо отдельно взятой территории, поскольку изменяет свойства подстилающей поверхности и
тем самым количество поглощаемого солнечного излучения. Например, есть причины предполагать, что климат Греции и других
251
средиземноморских стран поменялся из-за масштабной вырубки
лесов между 700 лет до н. э. и началом н. э. (древесина использовалась для строительства, кораблестроения и в качестве топлива),
став более жарким и сухим, а те виды деревьев, которые использовались в кораблестроении, не растут больше на этой территории.
Согласно исследованию 2007 года Лаборатории реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory) средняя температура в
Калифорнии возросла за последние 50 лет на 2°С, причём в городах этот рост намного выше. Это является в основном следствием
антропогенного изменения ландшафта.
Согласно отчету ООН «Длинная тень скотоводства» от
2006 года скот является причиной 18% выбросов парниковых газов в мире. Это включает в себя и изменения в землепользовании,
т. е. вырубку леса под пастбища. В тропических лесах Амазонки
70% вырубки лесов производится под пастбища, что послужило
основной причиной, почему Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (англ. Food and Agriculture Organization, FAO) в сельскохозяйственном отчёте за 2006 год включила
землепользование в сферу влияния скотоводства. В дополнение к
выбросам СО2, скотоводство является причиной выброса 65%
оксида азота и 37% метана, имеющих антропогенное происхождение.
Влияние на климат всех факторов, как естественных, так и
антропогенных, выражается единой величиной – радиационным
прогревом атмосферы в Вт/м2.
Глобальное потепление - процесс постепенного увеличения
среднегодовой температуры атмосферы Земли и Мирового океана.
Научное мнение, выраженное Межгосударственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК) ООН, и непосредственно поддержанное национальными академиями наук
стран «Большой восьмёрки», заключается в том, что средняя температура по Земле поднялась на 0,7 °C по сравнению со временем
начала промышленной революции (со второй половины
XVIII века) и что «боOльшая доля потепления, наблюдавшегося в
252
последние 50 лет, вызвана деятельностью человека», в первую
очередь выбросом газов, вызывающих парниковый эффект, таких
как углекислый газ (CO2) и метан (CH4).
Оценки, полученные по климатическим моделям, на которые ссылается МГЭИК, говорят, что в XXI веке средняя температура поверхности Земли может повыситься на величину от 1,1 до
6,4 °C. В отдельных регионах температура может немного понизиться. Как ожидается, потепление и подъём уровня Мирового
океана будут продолжаться на протяжении тысячелетий, даже в
случае стабилизации уровня парниковых газов в атмосфере. Этот
эффект объясняется большой теплоёмкостью океанов.
Помимо повышения уровня Мирового океана повышение
глобальной температуры также приведёт к изменениям в количестве и распределении атмосферных осадков. В результате могут
участиться природные катаклизмы, такие как наводнения, засухи,
ураганы и другие, понизится урожай сельскохозяйственных культур и исчезнут многие биологические виды. Потепление должно,
по всей вероятности, увеличивать частоту и масштаб таких явлений.
Некоторые исследователи считают, что глобальное потепление - это миф, часть учёных отвергает возможность влияния
человека на этот процесс. Есть те, кто не отрицает факт потепления и допускает его антропогенный характер, но не соглашается с
тем, что наиболее опасными из воздействий на климат являются
промышленные выбросы парниковых газов.
Международные соглашения по снижению воздействия на
климат. Рамочная конвенция ООН об изменении климата, РКИК
(Framework Convention on Climate Change, UN FCCC) - соглашение, подписанное более чем 180 странами мира, включая Россию,
все страны бывшего СССР и все промышленно развитые страны,
об общих принципах действия стран по проблеме изменения
климата. Конвенция была торжественно принята на «Саммите
Земли» в Рио-де-Жанейро в 1992 году и вступила в силу 21 марта
1994 года (Россия ратифицировала РКИК в 1994).
Конвенция не содержит количественных обязательств, поэтому для их определения был разработан дополнительный документ - Киотский протокол - международный документ, приня-
253
тый в Киото (Япония) в декабре 1997 года в дополнение к Рамочной конвенции ООН об изменении климата (РКИК). Он обязывает развитые страны и страны с переходной экономикой сократить
или стабилизировать выбросы парниковых газов в 2008-2012 годах по сравнению с 1990 годом. Период подписания протокола
открылся 16 марта 1998 года и завершился 15 марта 1999 года.
По состоянию на 26 марта 2009 Протокол был ратифицирован
181 страной мира (на эти страны совокупно приходится более
чем 61 % общемировых выбросов). Заметным исключением из
этого списка являются США. Первый период осуществления
протокола начался 1 января 2008 года и продлится пять лет до
31 декабря 2012 года, после чего, как ожидается, на смену ему
придёт новое соглашение.
Киотский протокол стал первым глобальным соглашением
об охране окружающей среды, основанным на рыночном механизме регулирования - механизме международной торговли квотами на выбросы парниковых газов.
Страны, подписавшие протокол, определили для себя количественные обязательства по ограничению либо сокращению
выбросов на период с 1 января 2008 года по 31 декабря 2012 года.
Цель ограничений - снизить в этот период совокупный средний
уровень выбросов 6 газов (CO2, CH4, гидрофторуглеводороды,
перфторуглеводороды, N2O, SF6) на 5,2 % по сравнению с уровнем 1990 года.
и рассеивания примесей в атмосфере
Атмосфера, как и вся природная среда в целом, обладает
способностью к самоочищению. Вредные вещества, поступающие в атмосферу от антропогенных источников, оседают на поверхности домов, растений, почвы, вымываются атмосферными
осадками или переносятся на значительные расстояния от места
выброса. Все эти процессы происходят с помощью ветра и зависят от температуры воздуха, солнечной радиации, атмосферных
осадков и других метеорологических факторов.
254
Климатические условия, определяющие характер самоочищения атмосферы, или, как чаще говорят, потенциал загрязнения
атмосферы, для территории России. Перенос примесей в верхние
слои атмосферы определяется характером распределения температуры в атмосфере с высотой - устойчивостью атмосферы, степенью изменения температуры с высотой, т. е. вертикальным
градиентом температуры на единицу расстояния, обычно на 100
м. Состояние атмосферы бывает равновесным, устойчивым и неустойчивым. Степень устойчивости атмосферы определяет поведение воздушной частицы, выведенной из первоначального положения в выше- или нижележащий слой атмосферы. Частица
теплого воздуха поднимается вверх, холодного - опускается вниз.
Обычно в атмосфере происходит падение температуры с высотой. Если градиент температуры в сухой атмосфере равен 1 0С на
100 м, то считается, что воздух на любой высоте будет находиться в равновесии.
Если вертикальный градиент температуры в атмосфере
меньше, чем при равновесии, то частица, перемещающаяся вверх,
охлаждается и скоро станет холоднее, чем окружающий воздух, и
тяжелее его. Поэтому она опустится и снова займет свое первоначальное положение. В этом случае атмосфера находится в состоянии устойчивого равновесия, т. е. наблюдается устойчивая
стратификация атмосферы.
Если вертикальный градиент температуры больше равновесного, то воздушная частица, начав двигаться вверх или вниз,
будет продолжать свое движение со все возрастающим ускорением. Чем дальше она уходит от первоначального положения, тем
больше ее температура отклоняется от температуры окружающего воздуха. В таком случае говорят о неустойчивой стратификации.
При вертикальном градиенте температуры, значительно
большем 1 0С/100 м, в приземном слое атмосферы создаются неупорядоченные движения воздуха - атмосферная турбулентность.
Возрастание температуры с высотой называется инверсией
температуры. Инверсия температуры может наблюдаться как у
поверхности земли (приземная инверсия), так и на некоторой высоте (высотная инверсия). Если инверсия встречается на не-
255
большой высоте от земли, ее называют приподнятой. Инверсия
характеризуется вертикальной протяженностью (мощностью) (т.
е. разностью высот от верхней до нижней границы инверсии) и
интенсивностью (т. е. разностью значений температуры на верхней и нижней границах инверсии).
Приземные инверсии возникают в результате выхолаживания воздуха над почвой. Инверсии свободной атмосферы развиваются в результате атмосферных циркуляционных процессов
(циклонов и антициклонов, холодных и теплых атмосферных
фронтов).
Приземные и приподнятые инверсии температуры, имеющие устойчивую стратификацию, являются задерживающими
слоями, так как препятствуют распространению примесей в атмосфере. Если слой приподнятой инверсии располагается непосредственно над трубой источника выбросов, то в приземном слое
атмосферы могут создаваться опасные условия загрязнения, так
как инверсионный слой ограничивает подъем выбросов, способствует их опусканию и накоплению в приземном слое.
Слой инверсии, расположенный ниже уровня выбросов,
препятствует их переносу к земной поверхности. В этом случае
слой инверсии оказывает благоприятное действие. В городских
условиях при наличии большого числа низких источников выбросов, особенно если температура выбросов близка к температуре
окружающего воздуха, при приподнятых и при приземных инверсиях создаются условия накопления примесей.
Еще одним фактором, оказывающим прямое влияние на
самоочищение атмосферы, является направление ветра. Максимум концентрации обычно создается на расстоянии, кратном 10 20 высотам труб источника выбросов. Поэтому при проектировании размещения промышленных предприятий и жилых кварталов
учитывается повторяемость различных направлений ветра (роза
ветров), особенно со стороны предприятий, и расстояние до
предприятия.
Необходимо принимать во внимание не только направление, но и скорость ветра. Выбросы низких и неорганизованных
источников скапливаются в приземном слое при слабых ветрах.
Наибольшие концентрации примесей в городах часто наблюда-
256
ются при скорости ветра 0 - 1 м/с. При выбросах от промышленных предприятий с высотными трубами значительные концентрации примесей у земли создаются при так называемой опасной
скорости ветра. Из высоких труб воздушная смесь (факел) выходит с определенной скоростью. Если эта смесь имеет более высокую температуру, чем окружающий воздух, она поднимается
вверх, и вредные примеси уносятся в верхние слои атмосферы.
При слабых ветрах подъем факела увеличивается, и примеси почти не достигают земли. При сильных ветрах наблюдается
перенос примесей на значительные расстояния от места выброса.
Но имеется некоторая промежуточная скорость ветра, при которой факел опускается к земле (наблюдается эффект "задымления") и в приземном слое формируется наибольший уровень загрязнения. Эта скорость и является "опасной". Ее значение зависит от высоты, скорости и температуры выбросов из источника;
например, для тепловых электростанций она равна 4 - 6 м/с. При
ослаблении ветра до штиля происходит подъем перегретых выбросов от отдельных высоких источников в верхние слои атмосферы, где они рассеиваются. Однако если при этих условиях наблюдается инверсия, то она образует "потолок", препятствующий
подъему выбросов. Тогда концентрация примеси в приземном
слое будет резко возрастать.
Большую опасность представляют так называемые застои
воздуха, т. е. ситуации, когда приземные инверсии температуры
наблюдаются при скорости ветра 0 - 1 м/с. При этой ситуации
выбросы вредных веществ не могут подниматься в верхние слои
атмосферы и уноситься от источника выбросов. При застоях воздуха все вредные вещества скапливаются у источника выбросов.
Теперь рассмотрим влияние на формирование уровня загрязнения атмосферы других факторов, таких, как туманы, осадки и солнечная радиация. При туманах загрязнение воздуха усиливается. Капли тумана поглощают вредные вещества как вблизи
поверхности, так и из вышележащих загрязненных слоев воздуха:
концентрация примеси в тумане возрастает. Это связано с определенными процессами, например, при растворении в каплях тумана оксидов серы (SO2 и SO3) образуются капли более токсичных сернистой и серной кислот. Аналогичным образом происхо-
257
дит переход двуокиси серы в серную кислоту в атмосферных
осадках, что является одной из причин кислотных дождей.
При низкой температуре воздуха ( - 35 0С и ниже) выбросы
тепловых электростанций и котельных способствуют образованию тумана, состоящего из замерзшей влаги с высоким содержанием серной кислоты. Такие туманы могут возникать в северных
районах. Туманы, содержащие частицы дыма и вредных веществ,
получили название смогов. С наличием смогов связывают периоды особо высокого загрязнения воздуха, сопровождающегося
ростом заболеваемости и даже смертности населения.
Важную роль в процессе самоочищения атмосферы играют
атмосферные осадки. Капли дождя либо снежинки захватывают
частицы пыли и несут их к поверхности земли. Процесс самоочищения происходит в облаках, где облачные капли захватывают пылинки, частицы сажи и дыма, а также при прохождении
дождевых капель и снежинок через слой атмосферы. Повышение
концентрации примесей редко наблюдается после дождя. Чем
больше количество выпавших осадков, тем чище атмосфера. Однако осадки становятся источником загрязнения почвы, водоемов
вредными веществами.
Важную роль в формировании уровня загрязнения атмосферы играет солнечная радиация. При высокой интенсивности
солнечного сияния, особенно в южных районах, в атмосфере
происходят фотохимические реакции: окисление двуокиси серы с
образованием сульфатных аэрозолей. При наличии в атмосфере
окислов азота и органических веществ в ясные солнечные дни
возможны фотохимические процессы с образованием фотохимического смога, при котором в атмосфере образуются озон и наиболее вредный продукт фотохимической реакции - пероксиацетилнитрат (ПАН).
В реальной атмосфере выбросы промышленных предприятий подвергаются действию всего комплекса метеорологических
факторов, который и определяет тот или иной уровень загрязнения. Сочетание метеорологических условий, обусловливающих
накопление в атмосфере примесей, обычно называют метеороло-
гическим потенциалом загрязнения атмосферы (ПЗА), а обусловливающих рассеяние - рассеивающей способностью атмо-
258
сферы (РСА). Влияние различных составляющих ПЗА зависит от
расположения источников, параметров выбросов, а также от повторяемости составляющих ПЗА. Чем больше повторяемость неблагоприятных условий, тем чаще происходит накопление примесей и тем выше средний уровень загрязнения.
Атмосферные процессы, определяющие скорость самоочищения атмосферы, в различных климатических зонах протекают неодинаково. В одних районах часто наблюдаются сильные
ветры, воздушные массы из этих районов переносят загрязненный воздух далеко от места выбросов. В этих условиях загрязненный воздух, скапливаясь в небольшом пространстве речных
долин и оврагов, медленно распространяется на большие территории. В районах с высокой повторяемостью неблагоприятных
метеорологических ситуаций формируется более высокий, чем в
других районах, уровень загрязнения.
Повторяемость условий, благоприятных для рассеивания
примесей, существенно изменяется в течение года и от года к году. В зависимости от вида источников и характера их размещения
по территории города изменчивость концентрации примеси, обусловленная изменениями метеорологических условий, может
быть весьма значительной.
7.2.3. Принципы медико-экологического нормирования
интенсивности воздействия
природно-климатических факторов
окружающей среды
Окружающая среда урбанизированных территорий представляет собой комплекс факторов, так или иначе оказывающих
влияние на биологические объекты, включая человека. По происхождению эти факторы делятся на природные и антропогенные.
К природным относят: климат, рельеф, почву, растительность,
водные объекты и др. Среди антропогенных выделяют физические (шум, ЭМП), химические (загрязнение атмосферного воздуха, воды, почвы), механические (нарушение рельефа, вырубка
лесов). Существуют факторы, активизирующие друг друга: туманы и выброс химических веществ в атмосферу, низкие темпера-
259
туры и сильный ветер, солнечная радиация и выбросы автотранспорта и др. Некоторые из них обладают способностью к потенцированию в окружающей среде, что ведет к резкому увеличению интегрального показателя, отражающего совокупное воздействие всех факторов городской среды на здоровье человека.
К числу климатических факторов, оказывающих существенное влияние на формирование внешней среды на территориях
проживания людей, относят аэрацию (обычно оцениваемую по
комплексному влиянию ветрового и температурно-влажностного
режима), инсоляцию (воздействие прямых солнечных лучей),
рельеф и ряд других.
Критерием оценки аэрации (суммарного воздействия температуры и относительной влажности воздуха, силы и направления ветра) является теплоощущение человека, которое должно
служить основой для оценки комфортности среды. Тепловой
комфорт - это комплекс метеорологических условий, при которых терморегуляторная система находится в состоянии наименьшего напряжения. Скорость ветра в большей степени, чем другие
климатические факторы, влияет на теплоощущение человека как
результат изменения интенсивности теплопотерь за счет испарения с поверхности кожи, а также теплоотдачи через конвекцию и
излучение.
Изменение теплоощущений человека в зависимости от скорости ветра определяется температурным фоном, влажностью
воздуха, теплоизоляционными свойствами одежды, физической
нагрузкой и т.д. В летнее время ветер "снимает" ощущение перегрева, а в зимнее время увеличивает ощущение холода: усиление
ветра на 1-2 м/с эквивалентно понижению температуры на 2-3
градуса. И наоборот, при выявлении влияния на организм человека скорости ветра необходимо учитывать температуру воздуха,
так как охлаждающее действие ветра зависит от температуры
движущегося воздуха (тепловой эквивалент скорости движения
воздуха).
Гигиенические исследования теплового самочувствия человека при ветре различной силы и разных климатических условиях позволили установить величины комфортных скоростей
ветра следующие:
260
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]