Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экологический мониторинг. Учебно-методическое пособие
.pdf
Экологические проблемы, цифры, факты
другие компоненты воздуха. Большая роль в этом отно
шении принадлежит азоту. Известно, что азот является
главной составной частью атмосферы, в которой проте
кает около пятидесяти фотохимических реакций азота,
в том числе с участием озона. В стратосфере, где проис
ходит основное образование озона, начинают играть
роль оксиды азота, главным образом в виде оксида азо
та (II) и оксида азота (IV). В тропосфере их содержание
убывает с высотой, вероятно, вследствие взаимодей
ствий с водяными парами, тогда как в стратосфере
картина обратная: содержание оксидов азота с высотой
возрастает. Согласно экспериментальным данным, на
высоте 30 км концентрация оксидов азота после восхо
да солнца возрастает на два порядка. Отношение обще
го объема оксидов азота к общему объему атмосферы
изменяется от 10
–10
до 10–8. Существует мнение, что
до 80% озона разлагается за счет азотного цикла:
NO + O
NO2 + O3 = NO
NO
= NO2 + O2 ;
3
–
+ hv = NO + O2 .
3
–
+ O2 ;
3
Можно констатировать, что роль оксидов азота в
разложении озона очень велика, и они могут оказывать
весьма существенное влияние на его концентрацию в
атмосфере.
Водяной пар также влияет на образование и раз
рушение озона, точнее атомарный водород и радикал
гидроксила, образующиеся при разложении воды под
действием солнечного излучения или взаимодействии
пара с атомами водорода и кислорода:
Н
О + hn= Н + ОН·;
2
О + Н2О = = 2ОН·; Н + Н2О = Н2 + ОН·;
2ОН· + O3 = H2O + 2O2; 2H + O3 = H2O + O2.
По ориентировочным данным, из тропосферы в стра
тосферу проходит ежегодно от 0,5 до 1,2 млрд. т водяного
пара, т. е. объемное отношение водяного пара в стратос
–6
фере обычно колеблется от 3 × 10
до 6 × 10–6.
Процесс истощения озонового слоя наблюдается с
начала 70х гг. и в последнее время получил название
возникновения озоновых дыр.
371
Механизм отрицательного воздействия человека на
стратосферный озон в принципе выявлен, известны
основные пути предотвращения этого процесса и про
гнозирования его последствий. Тем не менее многие
из существующих прогнозов антропогенного измене
ния озонового слоя стратосферы расплывчаты, неопре
деленны и часто противоречат друг другу.
Основной опасностью для озонового экрана в
1971–1973 гг. считались сверхзвуковые самолеты,
ракеты, выбрасывающие NО
и водяной пар. Однако
x
авторы ряда исследований в США, Великобритании и
Франции пришли к заключению, что сверхзвуковые
самолеты лишь незначительно влияют на изменение
концентрации стратосферного озона. Вопрос о влия
нии сверхзвуковых самолетов на стратосферный озон
все еще остается открытым, поскольку оценки этого
явления, проводимые различными авторами, отличают
ся более чем на порядок.
В 1974 г. впервые заговорили о проблеме фреонов,
считающейся главным фактором «озоновой проблемы».
Уменьшение содержания озона в стратосфере связы
вается с присутствием в ней хлора и его оксидов —
продуктов фотолиза фреонов. Фреоны — фтор, хлор
производные метана, этана, циклобутана и других уг
леводородов, например фреон–12 (CCl
2F2
тно в мире используются в качестве пропеллентов в
аэрозольных баллонах, в холодильной технике (хлада
генты), в бытовых и промышленных кондиционерах.
В атмосферу фреоны поступают практически в
том же количестве, в каком они были заложены в аэро
зольные баллоны. При турбулентном перемешивании
и упорядоченных вертикальных потоках фреоны пе
реносятся в стратосферу практически без изменений.
На высоте около 25 км (зона максимального содержа
ния озона) они подвергаются воздействию ультрафи
олетовых лучей и распадаются с образованием ато
марного хлора:
CFCl
+ hn = CFCl2 + Cl ;
3
CF2Cl2 + hn = CF2Cl + Cl .
Последний очень быстро вступает в реакцию с
озоном и трансформирует его в обычный кислород:
372
Приложение 1
), повсемес
Экологические проблемы, цифры, факты
O3 + Cl = ClO + O2; ClO + O = Cl + O2;
ClO + O3 = Cl + 2O2;
ClO + O3 = ClO2 + O2; ClO2 + O = ClO + O2.
Высвобождающиеся атомы хлора вновь реагиру
ют с озоном, вызывая цепную реакцию. Прежде чем
хлор окажется связанным с какимлибо другим элемен
том, например водородом, может произойти разруше
ние многих тысяч молекул озона.
Таким образом, исследование причин сокращения
содержания озона в атмосфере показало, что одной из
главных причин является высокая концентрация в
атмосфере монооксида хлора (II) (ClO), причем наблю
дается четкая корреляция между содержанием ClO и
снижением содержания О3.
Оценки возможного разрушения озонового слоя
под воздействием фреонов значительно расходятся.
Однако все согласны с тем, что фреоны разрушают
озоносферу, что неограниченное производство и по
требление фреонов в мире может привести к катаст
рофическому распаду озонового слоя.
Кроме фреонов, влияющих на истощение озоново
го экрана, на него, вероятно, воздействуют и соедине
ния, образуемые при использовании азотных минераль
ных удобрений и сжигании топлива. Они являются
основным источником оксида азота (N2O) и опасных
для озонового экрана стратосферных оксидов азота
(NОx). Оксид азота (I) также образуется в верхнем слое
морской воды микроорганизмами и в почвах при де
нитрификации почвенными бактериями.
Вопрос о возможном значительном влиянии этих
факторов серьезно был поставлен в 1974–1976 гг.
Оценки поступления в атмосферу N
ных удобрений и NO
от сжигания топлива также
x
O от минераль
2
противоречивы, особенно оценки эмиссии N2O, по
скольку недостаточно исследован сам процесс денит
рификации в почве.
С целью более точного прогнозирования и объяс
нения состояния озонового слоя организованы наблю
дения за общим содержанием озона (ОСО) сетью на
земных озонометрических станций Росгидромета,
станций других стран СНГ и Латвии, а также измере
ния с искусственных спутников Земли.
373
За последние годы с помощью спутников были
обнаружены две большие «дыры» в планетарном озо
новом слое. В этих дырах озона очень мало, и ультра
фиолет проходит почти не ослабленным. Одна «дыра»
располагается над Северным полюсом, а вторая, еще
большая по размерам, над Южным полюсом, над Ан
тарктидой. Площадь этих «дыр» очень велика. Напри
мер, над Антарктидой ее площадь достигает 22 млн. км
Это больше, чем площадь России. Причем размеры
«дыр» меняются в течение года — они как бы дышат.
Над Антарктидой «дыра» увеличивается в размерах
летом и уменьшается зимой.
В 1996 г. в период с января по апрель над большей
частью контролируемой территории наблюдались по
ниженные среднемесячные значения ОСО. С мая по
июль незначительное понижение ОСО отмечалось
только в отдельных районах. В августе значения ОСО
приблизились к климатическим нормам, а в сентябре
в отдельных регионах оказались несколько выше сред
них многолетних значений. В зимние месяцы средние
значения ОСО были близки к норме, за исключением
северозапада ЕТР, где в декабре ОСО было ниже
среднего многолетнего на 9–10%.
В целом за год ОСО было несколько ниже нормы
над ЕТР и Уралом, устойчиво ниже нормы — над За
падной и Восточной Сибирью, а также Дальним Восто
ком. Особенно низкие значения ОСО отмечались в
зимневесенние месяцы над Восточной Сибирью.
Анализируя результаты работ озонометрических
станций по контролю состояния поля общего содержа
ния озона в 1996 г., можно говорить о некоторой стаби
лизации состояния озонового слоя над контролируемой
территорией, особенно на фоне аномальных зимневе
сенних сезонов 1991–1992, 1992–1993 и 1994–1995 гг.
Более того, в летние месяцы 1996 г. наблюдались не
большие положительные отклонения ОСО от нормы.
По оценке экспертов ЦАО Росгидромета, главны
ми причинами образования озоновых дыр над Россией
попрежнему остаются глобальное потепление клима
та и неконтролируемый промышленный выброс в ат
мосферу углекислоты.
Сенсационным было сообщение средств массовой
374
информации («Аргументы и факты», № 49, 1998) о том,
Приложение 1
2
.
Экологические проблемы, цифры, факты
что дыры в озоновом слое неожиданно «сползли» к югу
и появились над экватором, где раньше колебания не
превышали 6%. Дефицит озона до 20 и более процентов
обнаружили над экваториальной областью планеты — в
двух районах с центрами над Тихим океаном и Африкой.
Специалисты Центральной аэрологической обсервато
рии Гидрометцентра, которые и обнаружили «дыры» над
экватором, считают, что изменения в состоянии озоново
го слоя, в первую очередь, связаны с общими естествен
ными изменениями климата на планете.
Для более точного прогнозирования и объяснения
состояния озонового слоя необходимо глубокое изуче
ние ряда проблем:
– полного цикла азота, его антропогенных измене
ний и роли в химии стратосферы;
– обмена между стратосферой и тропосферой;
– химизма антропогенных загрязняющих веществ в
атмосфере;
– воздействия солнечной радиации на содержание
озона и др.
К изучению атмосферного озона и процессов, свя
занных с ним, привлечены значительные силы ученых
многих стран, в том числе и России. Проводятся широ
комасштабные экспериментальные и теоретические
исследования озоносферы. Созданы и продолжают
разрабатываться космические системы контроля озон
ного слоя атмосферы Земли, попрежнему перспектив
ными остаются оптические методы дистанционного
зондирования, обеспечивающие оперативный обзор
всех слоев атмосферы. Однако проблема атмосферно
го озона к настоящему времени далеко не исчерпана,
и ряд важных и интересных разделов этой проблемы
ждет своего разрешения, в особенности явлений, свя
занных с влиянием на озонный слой некоторых есте
ственных факторов и антропогенных воздействий. Для
их осмысления необходимо постоянное и всеобъем
лющее слежение за состоянием окружающей среды
(мониторинг). Для выработки научно обоснованных
выводов и прогнозирования изменений в состоянии
озоносферы Земли в отдельных регионах и глобаль
ном масштабе нужны регулярные измерения концен
трации озона существующими приборами и разработ
ка новых методов и средств наблюдений озона.
375
В химии атмосферного озона еще многое остается
неясным. Истощение озонового слоя над нашей плане
той вызывает серьезную тревогу ученых.
1.1.7. Кислотные дожди [65, 66]
Многие газообразные вещества, попадающие в
атмосферный воздух, взаимодействуют с влагой, об
разуя кислоты. Наиболее крупный источник таких
кислот — сернистый газ, который образуется при эк
сплуатации энергетических установок, использующих
органическое топливо, а также металлургических
предприятий. Выделяющийся при сжигании угля, ма
зута, нефти, при обжиге на воздухе полиметалличес
ких и других сульфидных руд сернистый газ попадает
в атмосферу с отходящими газами и в присутствии
паров влаги превращается в неустойчивую сернистую
кислоту и окисляется до серной кислоты. Окисление
сернистого газа — каталитический процесс, протека
ющий в присутствии следовых количеств оксидов ме
таллов, некоторых органических соединений, возмож
но, активных частицрадикалов или под действием
солнечного света.
Источником сернистого газа в атмосфере могут
быть и естественные процессы — извержение вулка
нов, разложение так называемых серных вод, биоген
ное выделение (СН
тропических почв и другие, однако антропогенные выб
росы серы уже сравнимы с естественными в южном
полушарии и более чем на порядок превысили их в се
верном полушарии Земли. Вклад природных источни
ков в глобальном масштабе не превышает 40%.
Еще один источник кислот в дождевой воде — ок
сиды азота. Их прародитель — обычный воздух, содер
жащий, как известно, в основном азот и кислород. В ес
тественных условиях образование оксидов азота из
газов воздуха происходит лишь при грозовых разря
дах и в результате деятельности азотфиксирующих и
разлагающих белок бактерий. В промышленности ок
сиды азота образуются на энергетических предприя
тиях, на заводах, производящих азотную кислоту («ли
сьи хвосты» над трубами). Могут образоваться оксиды
376
азота и в автомобильных двигателях: развиваемая при
S из океанских вод, H2S и CS2 из
3)2
Приложение 1
Экологические проблемы, цифры, факты
сжигании топлива высокая температура способствует
реакции азота с кислородом. Немалый вклад в загряз
нение атмосферы вносит и применение азотных удоб
рений (нитратов, аммиака и др.), за счет чего увеличи
вается количество оксидов азота «бактериального»
происхождения. Доля природных процессов в образо
вании оксидов азота оценивается в 50%.
Определенная «заслуга» в образовании кислот в
атмосфере принадлежит хлору и его соединениям. Их
гидролиз или фотохимическое разложение приводят к
появлению хлороводорода.
Что же происходит со всеми этими кислотами?
Мельчайшие капельки кислот диаметром 0,1–1,0 мкм
в виде тумана довольно устойчивы и не осаждаются,
но они могут служить центром конденсации влаги,
сливаться друг с другом и выпадать на землю в виде
дождя. Кислотность растворов выражают с помощью
водородного показателя — рН. Чистая вода при темпе
ратуре 20°С имеет рН = 7,0, обычная дождевая вода —
в среднем 5,6 (некоторую кислотность ей придает при
сутствующий в воздухе углекислый газ). Вода кислот
ных дождей имеет рН < 5,0.
В некоторых районах Швеции, Норвегии, США
кислотность дождевых вод составляет 4,2–4,5, а кон
центрация кислот в них превышает нормальную для
дождей в десятки раз. Некоторые дождевые воды со
держат еще больше кислоты. В 1974 г. в Шотландии во
время грозы рН дождевой воды составлял 2,4, т. е. в
тысячи раз больше нормы. Для сравнения скажем, что
такой же водородный показатель имеет 6% столовый
уксус.
Кислотные дожди вызывают тяжелые последствия.
Уже при рН менее 5,5 пресноводные рыбы чувствуют
себя угнетенно, медленнее растут и размножаются, а
при рН ниже 4,5 вообще не размножаются. Дальней
шее уменьшение рН приводит к гибели рыб, затем
земноводных, а в конце концов — насекомых и расте
ний: организмы не приспособлены к жизни в кисло
тах. К счастью, всеобщая гибель предотвращается поч
вой, которая не только фильтрует через себя дождевую
воду, но и химически очищает ее, обменивая катионы
+
Н
на катионы натрия и калия. Очищающие свойства
почвы были известны с давних времен. Тит Лукреций
377
Кар считал, что даже морскую воду можно опреснить,
пропуская ее через почву, «ибо при грубости их, ее
горечи мерзкой начала, не уходя в глубину, на поверх
ности держатся почвы». Таков же механизм естествен
ной очистки речных и других проточных вод. И лишь
при скапливании подкисленной дождевой воды в не
проточных водоемах — озерах и прудах, особенно рас
положенных на кислых грунтах, — очистка проис
ходит крайне медленно или вовсе не происходит. Все
живое тогда погибает.
Такое явление получило печальную известность;
теперь уже ведется статистика, сколько озер ежегодно
становятся мертвыми изза кислотных дождей. В горах
Андродиак (штат НьюЙорк, США) более половины из
214 озер уже не имеют рыбы.
Кислотные дожди воздействуют и на почву, вызы
вая закисление ее, поскольку ионообменная способ
ность почвы не беспредельна. Закисление отрицатель
но влияет на структуру, агрегатное состояние почвы,
угнетает почвенную микрофлору и растения, вызыва
ет их гибель. Это вредит лесам, сельскохозяйственным
культурам.
От кислотных дождей страдают здания и сооруже
ния, каменные и металлические конструкции. Особен
но страдают мраморные и известняковые сооружения.
Изза повышенной кислотности городского воздуха в
последнее время заметно ускорилось разрушение мра
морных сооружений и памятников, выдержавших на
тиск столетий.
Особенность кислотных дождей — их отдаленность
от места выброса оксидов серы и азота и привязка к
определенным географическим зонам, что связано с
тем, что превращение оксидов серы и азота протекает
сравнительно медленно, а выбросы заводских труб
относятся ветрами. Так, максимальная концентрация
серной кислоты достигается на расстоянии 250–300 км
от места выброса SO
ния кислоты пылевидными оксидами металлов: мак
симальная концентрация сульфатов отмечается на
500–1000 км от места выброса. Общая ситуация из
года в год приблизительно повторяется, поскольку роза
ветров (значит, и роза задымления) и другие действу
378
ющие факторы меняются мало.
. Еще меньше скорость связыва
2
Приложение 1
Экологические проблемы, цифры, факты
В Европе, где значительную часть года господству
ют югозападные ветры, наиболее уязвимы для кислот
ных дождей территории на севере ее центральной
части: Великобритания, Германия, Швеция, Финляндия
и отчасти другие страны. В то же время в Великобри
тании и Германии осаждается только от
1
/10 до 1/
части выброшенной трубами предприятий серы, а в
Скандинавских странах, наоборот, в 2–3 раза больше
серы, чем ее вырабатывают собственные заводы. Кис
лотные дожди не признают территориальных границ.
От кислотных осадков страдают не только обита
тели водоемов, почвы и растения. Человек реагирует
на наличие сернистого газа при его концентрации в
воздухе около 50 мкг/м
3
.
1.1.8. Охраняемые виды растений и животных
на территории России [6772]
Одна из важнейших экологических проблем совре
менности — рациональное использование раститель
ных и животных ресурсов, которые находят широчай
шее применение в различных отраслях народного
хозяйства: промышленности, медицине, технике, сель
ском хозяйстве.
Однако в современном мире наблюдается реаль
ная угроза растительным и животным богатствам Рос
сии в связи с возрастанием антропогенных воздей
ствий на природную среду и массовым изъятием
отдельных видов. В связи с этим возникла необходи
мость охраны живых ресурсов. Практическое осуще
ствление охраны растений и животных предполагает,
прежде всего, составление списков видов, которые
стали редкими или численность которых угрожающе
сокращается. На основе тщательного изучения специ
алистами редких видов в разных регионах страны
выявляются «претенденты» для включения в Красную
книгу России.
Первая Красная книга РСФСР была издана в 1988
году в двух томах. Первый том Красной книги был
посвящен редким и исчезающим видам животных,
второй — растениям. В том, посвященный животным,
было включено описание 247 видов и подвидов живот
ных, в том числе 65 млекопитающих, 109 видов птиц,
3
379
11 рептилий, 4 земноводных, 9 рыб, 15 моллюсков, 34
вида насекомых. В томе, посвященном растениям, при
ведены сведения о нуждающихся в охране 533 видах
флоры России, из них 440 — покрытосеменные, 11 —
голосеменные, 10 — папоротниковидные, 4 — плауно
видные, 22 — моховидные, 29 — лишайники и 17 —
грибы. Все виды, помещенные в Красную книгу, раз
делены на пять категорий, принятых в Красной книге
Международного союза охраны природы (МСОП) и
второго издания общесоюзной Красной книги.
При составлении Красной книги предпочтение
отдавалось уязвимым, узкоэндемичным и редким ви
дам, охрана которых важна для сохранения видового
разнообразия флоры и фауны различных регионов
России. Для каждого вида, включенного в Красную
книгу РСФСР, дается их распространение, приводятся
обзорные и уточняющие карты, дающие представле
ние об ареалах таксонов в пределах страны. Кроме
того, приводятся краткие сведения об экологии видов
и их специфических биологических особенностях.
Отмечаются как естественные, так и антропогенные
лимитирующие факторы, приводящие к сокращению
численности таксонов, нарушению их местообитаний,
а также создающие угрозу существованию редких
видов. По каждому виду приведены необходимые ме
роприятия, направленные на сохранение его.
При характеристике статуса краснокнижных ви
дов обращается внимание на эндемизм таксонов и
особенности их ареала. Особо следует отметить узко
локальные эндемики, ограниченные в своем распро
странении небольшой территорией, такие, как одуван
чик белоязычковый (сем. Сложноцветные) — эндемик
Кандалакшского побережья Кольского полуострова;
астрагал аскайский (сем. Бобовые) — эндемик горно
го Алтая; луговик Турчанинова (сем. Злаки) — энде
мик побережья озера Байкал. Среди эндемиков Ев
ропейской части России можно назвать смолевку
меловую (сем. Гвоздичные), касатик кожистый (сем.
Касатиковые), борец Флерова (сем. Лютиковые). Эн
демиком Кавказа является подснежник кавказский
(сем. Амариллисовые). В Центральной Сибири встре
чается кизильник блестящий (сем. Розовые); жимо
380
лость Толмачева — эндемик острова Сахалин. Мно
Приложение 1
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]