13. Кислотные осадки. Их действие на экосистемы.

Снег, туманы, росы, дожди. Чем меньше воды в атмосферном явлении, тем кислотность выше. Естественное значение pH для природных дождей 5,6. Кислотные дожди: рН колеблется от 3 до 5.

Опасными являются не сами кислотные осадки, а процессы, которые протекают под их влиянием. Основные компоненты кислотных осадков – оксид азота и оксид серы. Больше всего диоксида выделяется при сжигании топлива, главным образом угля, металлургическая промышленность, переработка полиметаллических руд, производство серной кислоты, переработка нефти. Оксиды азота появляются при сжигании топлива на ТЭС, при производстве азотных удобрений, азотной кислоты, выхлопов двигателей внутреннего сгорания.

Естественные источники газов: бактериальная активность в почве, грозы, извержения вулканов, лесные пожары.

Поступление в атмосферу больших количеств SO₂ и окислов азота приводит к образованию сильных кислот - серной и азотной. В этих реакциях участвуют кислород и пары воды, а также частицы техногенной пыли в качестве катализаторов:

2SO₂ + О₂ + 2Н₂О  2H₂SO₄;

4NO₂ + 2Н₂O + О₂ 4HNO₃.

Кислотные осадки разрушают восковую пленку на листьях. В результате растения делаются доступными для различных болезнетворных микроорганизмов. Уменьшается устойчивость лесов к засухам, к болезням, к загрязнениям, а это в свою очередь приводит к их деградации, как природных экосистем.

Кислотные дожди влияют и на почву: происходит вымывание из почвы биогенных элементов: катионы калия, кальция, магния и др. В то же время из почвы вымываются токсичные тяжелые металлы, кроме того, тяжелые металлы начинают связывать полезные компоненты (фосфор), в результате чего уменьшается плодородие почвЕсли в водоемах pH < 4,5, не водится фитопланктон, улитки, мидии, ракообразные, т.е. отсутствует корм для рыб, в результате не водится и рыба.

Кислотные осадки усиливают коррозию металлов, разрушают строительные материалы, материалы памятников скульптур, т.е. начинает разрушаться мрамор, известняк, бетон, кирпич.

CaCO₃ + H₂O + SO₂ + O₂ = CaSO₄ * 2H₂O

CaSiO₃ + H₂O + SO₂ + O₂ = CaSO₄ * 2H₂O

Пример влияния на экосистемы: закисление озер в Канаде, Швеции, Норвегии, это обусловлено тем, что большая часть выбросов приходится на США, ФРГ, Великобританию.

14. Климат. Современные климатические модели.

Климат – характерный многолетний режим погоды, который на­блюдается в данной местности в течение веков и определяется зако­номерной последовательностью метеорологических процессов.

Погода характеризует состояние метео­рологических условий (температуры, относительной и абсолютной влажности воздуха, атмосферного давления) и физических явлений (атмосферных осадков, туманов, ветра, грозы) в данное время.

Колебания климата и его природная изменчивость оказывают глубокое влияние на живые организмы. Географическое рас­пределение растений и животных, характер и интенсивность биологических процессов во многом определяются климатически­ми условиями. Изменения климата являются одним из факторов эво­люции биосферы.

Климат Земли формируется в результате сложного взаимодей­ствия гидросферы, атмосферы, криосферы, литосферы и биосферы.

Для прогноза будущего изменения климата необходимо моде­лирование многочисленных, постоянно меняющихся факторов окружающей среды. Самые первые климатические модели были основаны на предпосылке постоянства климата: выбирались переменные и интервал времени для их оценки. Но эти модели давали лишь очень приблизительные и дале­ко неточные прогнозы будущих изменений климата.

Более эффективные комплексные климатические модели основываются на физических законах, представляемых математичес­кими уравнениями.

Для быстрых, приблизительных и краткосрочных прогнозов ожидаемых изменений используются уравнения гидродинамики, с помощью которых описывают движение.

Альтернативный подход обеспечивают уравнения балансного типа, которые фиксируют баланс какой-либо величины (масса, энергия, тепло) в выделенной части пространства. Эти уравнения оперируют с усредненными значениями. При описании климатических изменений усреднение должно распрост­раняться на промежутки времени не менее одного года и на значи­тельные пространственные области.

Предельным случаем усреднения является нуль – мерная, т. е. точечная модель Земли, которая описывает климат при помощи единой для всего земного шара температуры Т. Эту температуру можно найти, приравняв падающий на земной диск поток коротковолнового излучения потоку длинновол­нового излучения, покидающего поверхность Зем­ли. В соответствии с законом Стефана-Больцмана поток уходящего излучения пропорционален четвертой степени температуры. Такой усредненный подход дает возможность оценить распределение сред­ней температуры по поверхности Земли, но не позволяет воспроиз­вести динамику климата.

Более прогрессивными моделями климатической системы являются модели атмосферных движений, которые описывают воздушные потоки, выравнивающие температурный профиль вдоль меридианов. Такие модели сыграли значительную роль в по­нимании механизмов самоорганизации в климатических системах.

Последующие климатические модели усложнялись за счет простого увеличения их размерности. В них появлялись новые пара­метры природных процессов. Возникла необходимость введения в современные климатические модели множества дополнительных параметров, важнейшими из которых являются:

• биота и глобальный цикл диоксида углерода;

• гидрологический режим;

• вечная мерзлота;

• снежный покров и ледники;

• прибрежные процессы;

• циркуляция океана и структура придонных вод;

• динамика, тепловой баланс и состав атмосферы;

• солнечные и геомагнитные воздействия.

Но и эти параметры не могут быть достаточно точно оценены современными средствами наблюдения за климатической системой Земли. Они настолько тонко сбалансированы, что даже малые их изменения могут привести к ощутимым последствиям. Но и точность измерения параметров климатической модели еще не гарантирует ее высокого качества в целом.

«Электромагнит­ная» модель климата: основана на взаимодействии энергии космических элементарных частиц и магнитного поля Земли. Со­гласно этой модели, в магнитном поле Земли энергия космических частиц преобразуется в токи земного ядра и радиационных поясов. Жидкая часть магмы земного ядра выполняет функцию ротора. Пе­ремещаясь в недрах Земли, она как бы подкручивает планету, определяет ритм ее вращения и способствует образованию поперечного электрического тока. Такой ток протекает на границе твердой и жид­кой магмы, а его синусоида совпадает с Гольфстримом и другими океаническими течениями.

В последние годы учеными НАСА разработана новая модель климата. Согласно этой модели, история изменения климата делит­ся на два периода: до и после появления техногенных систем. Уче­ные НАСА считают, что в течение 1400 - 1700 годов, когда не было влияния на природу промышленных выбросов, одним из самых боль­ших факторов, влияющих на изменение климата планеты, было из­менение солнечной активности. Компьютерное моделирование позволило восстановить особенности климата и атмосферные явле­ния этого времени.

Эта же модель климата показала, что в последнее столетие техногенное влияние человеческого фактора стало превалирующим над влиянием солнечной активности. Во второй половине XX века стало очевидно, что за счет антропогенного воздействия общая кли­матическая ситуация меняется гораздо быстрее, чем в прежние вре­мена. Конец XX века принес с собой изменение климата в масшта­бах всей планеты. Наблюдается глобальное потепление, связанное с воздействием человека на биосферу. Повысилась температура воздуха у поверхности суши, потеплела вода в океанах, а вслед за тем участились бури, наводнения, засухи.

Поэтому, прослеживая тепловую историю земного шара, не­обходимо отличать естественные изменения от изменений, вызван­ных воздействием человека. И климатические модели должны раскрывать особенности развития тепловых процессов в техноген­ных системах. Если будет окончательно доказано, что техногенная деятельность человечества вызывает значительное глобальное по­тепление, которое может вызвать катастрофические последствия, то необходимо скорее перейти к использованию альтернативных источ­ников энергии без использования углерода. Такие страны, как Япо­ния и США уже сегодня вкладывают десятки и сотни миллионов долларов в разработку двигателей, работающих на водородном топливе.