4.3 Глобальные эффекты химического загрязнения

атмосферы

Важнейшим свойством атмосферы является ее способность к быстрому перемешиванию воздушных масс и перемещению их на большие расстояния. С этим связана способность атмосферы рассеивать загрязняющие вещества. Но вместе с тем это основной фактор превращения локального загрязнения в глобальное. Среди глобальных проявлений химического загрязнения атмосферы выделяют «парниковый эффект», эффект «озоновой дыры» и «кислые» осадки.

4.3.1. Парниковый эффект

Под парниковым эффектом понимают повышение среднегодо­вой температуры поверхности, связанное с нагревом атмосферы за счет поглощения тепловой энергии солнечного излучения накапливающимися в атмосфере химическими веществами антропогенного происхождения, называемыми парниковыми газами. С этим эффектом многие ученые связывают глобальное изменение климата – потепление, угрожающее катастрофическими экологи­ческими и экономическими ущербами.

Основным парниковым газом является двуокись углерода. Ее вклад в парниковый эффект, по разным данным, составляет от 50 до 65%. К другим парниковым газам относятся метан (около 20%), окислы азота (примерно 5%) и др. Всего известно около 30 парниковых газов.

Начиная с середины XIX столетия, содержание СО₂ в атмосфере к нынешнему моменту увеличилось на 12-15%. В настоящее время двуокись углерода по объему выбросов химических веществ в атмосферу занимает первое место (табл. 1). Это соединение относится к долгоживущим и способно накапливаться в атмосфере. Его агрессив­ность не велика. Более агрессивен при значительных объемах выбросов угарный газ, но он не стоек и быстро трансформируется в СО₂, увеличивая его концентрцию.

Сейчас увеличение концентрации СО₂ идет примерно со ско­ростью около 0,5% в год. Сходными темпами увеличивается и содержание других парниковых газов (метана – на 1%, окислов азота – на 0,2% в год). Удвоение содержания парниковых газов в атмосфере, что может про­изойти во второй половине XXI столетия, может вызвать повышение сред­негодовой температуры поверхности планеты, по разным источникам, на 1-3°С. По имеющимся данным, за счет накопления в атмосфере парниковых газов среднегодовая температура воздуха на Земле за последнее столетие повысилась на 0,3-0,6°С.

По данным лаборатории климатологии института географии РАН, к концу прошлого века увеличение среднегодовой температуры земной поверхности на территории России составило около 1°С по сравнению с периодом 1951-1980 гг. Для иллюстрации этого факта на рис. 12 показан график изменения температуры для территории России, построенный по данным Росгидромета. Прогнозируется, что следствием потепления климата будет таяние вечных снегов и льдов, что может вызвать подъем уровня мирового океана по разным оценкам до 0,5-1,5 м. За последние 100 лет он повысился на 10-12 см.

Рис.12 Временной ход среднегодовой

температуры воздуха по территории России,

выраженной в отклонениях от среднего за 1961-1990гг.

(А.Шмакин, ИГ РАН, 2004)

Сплошные горизонтальные линии – средние значения за 1951-1989гг. и 1989-2001гг.; пунктирные линии – 99% доверительные интервалы

Глобальное потепление климата и повышение уровня океана рас­сматривается как экологическая угроза беспрецедентного масштаба. Прогнозируется, что при повышении уровня океана на 1,5-2 м под затопление попадает около 5 млн. км² суши. Хотя эта площадь и не велика (лишь около 3% от общей поверхности суши), но это наиболее плодородные и густонаселенные земли. На них проживает около 1 млрд. человек и собирается около 1/3 урожая отдельных сельскохозяйствен­ных культур, что показывает небывалые в человеческой истории экономические ущербы. Считается, что такая страна, как Бангладеш (с населением около 150 млн. человек), почти полностью уй­дет под воду даже в том случае, если повышение уровня океана не превысит 1м. Прогнозируется, что потепление климата будет сопровождаться увеличением степени неустойчивости погоды, смещением границ природных зон и вечной мерзлоты, ростом числа штормов и ураганов, ускорением темпов вымирания животных и растений.

Большую тревогу вызывает также возможность уменьшения различий температуры в высоких широтах и экваторе в основном за счет более силь­ного потепления полюсов. С последним явлением может быть связано уменьшение площадей вечномерзлых почв и высвобождение из них (особенно с заболоченных территорий) метана и углекислого газа, что, в свою очередь, будет интенсифицировать парниковый эффект. Более того, вызванное потеплением протаивание многолетнемерзлых грунтов может привести к резкому увеличению числа аварий и нанести колоссальные экономические ущербы предприятиям нефтегазового комплекса Западной Сибири, где в условиях вечной мерзлоты проложены десятки магистральных и многие сотни промысловых нефте-, газопроводов и других производственных объектов и сооружений. Все это дало основание к заявлениям на Международной конференции по проблемам изменения климата (Торонто, 1979г.) о том, что «конечные последствия парникового эффекта могут сравниваться только с глобальной ядерной войной».

Основной причиной поступления углекислого газа в атмосферу является сжигание органического топлива. В настоящее время только предприятиями теплоэлектроэнергетики в атмосферу выбрасывается примерно 1 т углерода на человека в год, или около 6 млрд. т/год на земном шаре. Наибольшие объемы выбросов углекислого газа в атмосферу дают сегодня три страны – США, Россия и Китай, внося в общий мировой вклад соответственно 22, 11 и 10 процентов. По некоторым оценкам, уже в первой половине XXI столетия выброс может воз­расти до 10 млрд. т/год. Климатологи крайне опасным считают выб­рос порядка 15-20 млрд. т/год.

Отметим, что в биосфере идут процессы, препятствующие накоплению углекислого газа в атмосфере. Основными факторами вывода двуокиси углерода из атмосферы являются фо­тосинтез и поглощение океаном. Так, экспериментально было показано, что удвоение концентрации СО₂ в воздухе обусловило увеличение площади ассимиляционного аппарата растений на 30-40% (сорго, кукуруза) и повышение урожай­ности испытуемых сельскохозяйственных культур: хлопка – на 124%, томатов и баклажанов – на 40%, пшеницы, риса, подсолнечника – на 20%, фасоли, гороха и сои – на 43%. Отметим, что океан поглощает до 50% СО₂, образующегося в результате дея­тельности человека. Океан потенциально мог бы поглощать и су­щественно больше углекислоты, но этому препятствует слабая перемешиваемость глубинных вод.

Кроме того, учеными разных стран рассматриваются технические варианты сокращения объемов выброса углекислого газа в атмосферу за счет его захоронения в вечную мерзлоту или закачки его в нефтяные пласты вместо воды для вытеснения нефти.

Справедливости ради необходимо упомянуть и о существовании других гипотез, позволяющих объяснить наблюдаемое потепление. Так, сторонники противоположной точки зрения обращают внимание на то, что повышение температуры в течение последнего столетия (при­мерно на 0,5°С) произошло на фоне заканчивающегося холодного при­родного цикла, имевшего место в конце XIX столетия. Кроме того, от­мечается, что повышение температуры было значительным в 1881-1917 гг., т. е. еще до периода интенсивного техногенного накопления в атмос­фере парниковых газов. С этих позиций потепление в пос­ледние десятилетия может рассматриваться как одно из проявлений природного цикла, ко­торый в недалеком будущем (по некоторым оценкам 20-25 лет) может измениться на противоположный (похолодание).

Существуют и другие природные факторы, действующие в направлении, противоположном парниковому эффекту. Так, увеличивающаяся запыленность атмосферы препятствует прохождению к зем­ной поверхности солнечной радиации, и тем самым ее тепловой со­ставляющей. Подобным образом действует повышение влажности воз­духа и облачность. Существенным фактором является также измене­ние отражательной способности (альбедо) земной поверхности, вся­кое увеличение которой ведет к выхолаживанию нижних слоев атмосферы и понижению температуры земной поверхности.