МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ
УКРАИНЫ
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ
ЧЕЛОВЕЧЕСТВА
Ученицы 6-Б
класса
гимназии №1 г.Сум
Липовой
Надежды.
2000 г.
Экологическое состояние планеты стало глобальной проблемой мирового
масштаба в 21-ом веке, которую пытаются решить ученые многих стран мира.
Состояние природы вокруг должно заставить нас задать себе вопрос:”А
будут ли наши дети жить на голубой планете Земле?”
Накопление углекислого газа в атмосфере-одна из основных причин
парникового эффекта, возрастающего от разогревания Земли лучами
Солнца.Этот газ не пропускает солнечное тепло обратно в
космос.Содержание парниковых газов-СО2, метана и др.-неуклонно
увеличивается. Правда, действует и процесс , направленный в обратную
сторону,-это процесс фотосинтеза, в котором растения усваивают двуокись
углерода из воздуха и строят из нее свою биомассу. По оценкам ученых, за
год вся растительность суши улавливает из атмосферы 20-30 млрд. т.
углерода в форме его двуокиси. Один квадратный метр быстрорастущего
тропического леса за год извлекает из воздуха 1-2 кг углерода, 1 м2
арктической тундры-раз в сто меньше, но нельзя забывать, что
растительность суши-лишь сравнительно небольшая часть всей земной флоры.
Основную площадь нашей планеты занимают океаны, а в их водах плавают
массы микроскопических водорослей. В усвоении атмосферной двуокиси
углерода они играют не меньшую роль, чем гигантские по сравнению с ними
наземные растения, за год эти микроскопические водоросли потребляют
около 40 млрд. т. углерода.
Российский климатолог Н. И. Будыко еще в 1962 г. выдвинул
гипотезу, что сжигание человечеством огромного количества разнообразных
топлив, особенно возросшее во второй половине 20 в., неизбежно приведет
к увеличению содержания углекислого газа в атмосфере. А он задерживает
отдачу солнечного и глубинного тепла с поверхности Земли в космос, что
приведет к эффекту , который мы наблюдаем в застекленных парниках.
Вследствие такого парникового эффекта средняя температура приземного
слоя атмосферы должна постепенно повышаться.
Выводы Н.И.Будыко заинтересовали американских метеорологов. Они
проверили его расчеты, сами провели многочисленные наблюдения и к концу
60-х гг. пришли к твердому убеждению, что парниковый эффект в атмосфере
Земли существует и нарастает.
Концентрация, например, двуокиси углерода в атмосфере
увеличилась по сравнению с доиндустриальной эпохой на 28 %. Если
человечество не примет меры, чтобы сократить выбросы этих газов к
середине будущего века, средняя глобальная температура приземной
атмосферы повысится на 1.5-4.5°С.
Последняя цифра относится к высоким российским широтам. Произойдет
перераспределение осадков на территории страны, увеличится число засух,
изменится режим речного стока и режим работы гидроэлектростанций.
Растает верхний слой вечной мерзлоты, занимающий в России около 10 млн.
м2 (60% территории страны), что повлияет на устойчивость фундаментов
инженерных сооружений. Уровень мирового океана поднимется к 2030 г. на
20 см, что приведет к затоплению низколежащих побережий.
Доли некоторых государств в глобальном выбросе двуокиси углерода
таковы: США-22%, Россия и Китай-по11%, Германия и Япония-по 5%.
В балансе потребления органического топлива в нашей стране
природный газ занимает 45%, в то время как в мировом топливном балансе
на природный газ приходится 25%. Таким образом, структура украинской
энергетики по воздействию на климат более нейтральна по сравнению с
энергетикой других стран, так как природный газ имеет более низкий
коэффициент выброса двуокиси углерода, чем уголь и нефть.
К газам, создающим парниковый эффект, относится и метан, поэтому
очень важно определить его потери при добыче, транспортировке по
трубопроводам, распределении в городах и населенных пунктах, при
использовании на станциях теплоснабжения и электростанциях. По некоторым
украинским и зарубежным источникам, потери газа по всей этой цепочке
составляют от 10 до 30 %, по данным Минтопэнерго Украины-1.5%, что
соизмеримо с мировой нормой.
Суммарные промышленные выбросы углерода, например в России, в 1990
г. оценивались в пределах 650-700 млн. т. К наиболее загрязняющим
атмосферу отраслям отнесены топливно-энергетическая, нефтехимическая,
металлургическая и транспортная.
Мощным источником СО2 служит дыхание почвы. На 1124.9 млн. га
северо-западной части Европы дыхание почвы составляет 1800 МтС, т.е. 3%
от глобальной эмиссии, что в три раза превосходит индустриальную
эмиссию. В условиях холодного и умеренного климата за счет замедленной
скорости разложения биомассы происходит (вместе с органическим
веществом) накопление углерода.
Другим местом скопления СО2 служат болота-резервуар с временем
пребывания органического углерода в торфах до 10 тыс.лет и его
аккумуляцией 45-50 МтС/г. Из-за малой скорости разложения мха углерод
активно накапливается в сфанговых болотах. Увеличение годового стока
может быть достигнуто в первую очередь облесением, а также путем
сохранения и увеличения содержания гумуса в почвах.
Анализ динамики климатических данных показал, что в 80-х и начале
90-х г.г. среднегодовые температуры на северной половине
Восточно-Европейской равнины возросли из-за частой повторяемости теплых
зим, причем отмечена сопряженность ареалов максимальной изменчивости
климатических характеристик с географическим распределением загрязнений
атмосферы.
Изменение климата в результате антропогенных выбросов парниковых
газов ведет к крупномасштабным негативным последствиям практически во
всех областях деятельности человека. Наиболее значительному потеплению
подвержены высокие широты Земли, в которых расположены значительная
часть территории Европы и Азии.
В Западной Европе изменение климата чревато для сельского, лесного и
водного хозяйства. Это связано главным образом с перераспределением
осадков и увеличением числа и интенсивности засух. В зоне вечной
мерзлоты, которая занимает около 10 млн. км2, в результате таяния льдов
при потеплении климата станет разрушаться хозяйственная инфраструктура,
будет нанесен ущерб добывающей промышленности, энергетическим и
транспортным системам, коммунальному хозяйству. Подъем уровня Мирового
океана приведет к затоплению и разрушению береговой зоны и низменной
территории дельт рек с расположенными здесь населенными пунктами.
Изменение климата может оказать негативное влияние на здоровье людей-как
из-за усиления теплового стресса в южных районах, так и из-за
распространения многих видов заболеваний.
В 1992 г. страны-члены ООН подписали рамочную Конвенцию ООН об
изменении климата. Конечная цель Конвенции заключается в том, чтобы
добиться стабилизации парниковых газов в атмосфере на уровне, не
допускающем опасного антропогенного воздействия на климатическую
систему.
Один из главных источников загрязнения атмосферы углекислым
газом-автомобильный транспорт. Есть несколько видов борьбы с этим видом
загрязнений: техническое совершенствование двигателей , топливной
аппаратуры, электронных систем подачи топлива; повышение качества
топлива, снижение содержания токсичных веществ в выхлопных газах в
результате применения дожигателей топлива, каталитических катализаторов;
использование альтернативных видов топлива, например сжатого природного
газа.
Кроме того, открыт способ утилизации углекислого газа с помощью
новейших технологий. Диоксид углерода извлекают из дымовых газов.
Операцию проводят высокоэкономичным методом газоразделения с помощью
ионообменных мембран, при этом концентрацию углекислоты доводят до
98-99%. Очищенный диоксид углерода закачивают в хранилища (газгольдеры),
откуда он поступает на дальнейшую переработку.
На следующей стадии углекислый газ смешивают с парами воды и
подвергают электрохимическому разложению в процессе электролиза. В
результате реакции при высокой (1100-1500°С) температуре на аноде
выделяется сверхчистый кислород, а на катоде смесь окиси углерода и
водорода, т.е. синтез-газ, служащий основным сырьем для производства
углеводородных соединений, всего спектра современных искусственных
материалов-от синтетического бензина и дизельного топлива до изделий из
полимеров (пластмасс, лаков, красок, растворителей и т.д.). Синтез-газ
может использоваться и в металлургии для бескоксового производства
чугуна.
В Институте нефтехимического синтеза им. А.В.Топчиева РАН
разработаны новейшие технологии превращения углекислого газа в метанол
(метиловый спирт) и диметиловый эфир, увеличивающие в 2-3 раза
производительность аппаратов при значительном уменьшении расхода
электроэнергии. Здесь был создан реактор нового типа, в котором
производительность увеличена в 2-3 раза.
Введение этих технологий снизит накопление углекислого газа в
атмосфере и поможет не только создать альтернативное сырье для синтеза
многих органических соединений, основой для которых сегодня служит
нефть, но и решить важные экологические проблемы.
В перспективе возможно, хотя пока это относительно дорого,
извлекать диоксид углерода непосредственно из атмосферы крупных
промышленных городов. Интересно, что его запасы в атмосфере и
гидросфере, накопленные за 100 лет промышленной цивилизацией,
существенно превышают ( в пересчете на углеводороды, полученные по
предлагаемой технологии) оставшиеся на планете залежи нефти, а это около
400 млрд.т.
Стратосферный озоновый слой защищает людей и природу от жесткого
ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучения в ультрафиолетовой
части солнечного спектра. Каждый потерянный процент озона в масштабах
планеты вызывает до 150 тыс. дополнительных случаев слепоты из-за
катаракты, на 2,6% увеличивает число раковых заболеваний кожи.
Установлено, что жесткий ультрафиолет подавляет имунную систему
организма.
Озон-трехатомные молекулы кислорода-рассеян над Землей на высоте от
15 до 50 км; озоновая защитная оболочка очень невелика: всего 3 млрд. т.
газа , наибольшая концентрация-на высоте от 20 до 25 км. Если
гипотетически сжать эту оболочку при нормальном атмосферном давлении,
получится слой всего в 2 мм, однако без него жизнь на планете
невозможна.
Запуск мощных ракет, ежедневные полеты реактивных самолетов в
высоких слоях атмосферы, испытания ядерного и термоядерного оружия,
ежегодное уничтожение природного озонатора-миллионов гектаров
леса-пожарами и хищнической рубкой, массовое применение фреонов в
технике, парфюмерной и химической продукции в быту-главные факторы,
разрушающие озоновый экран Земли.
В последние годы над Северным и Южным полюсами возникли «озоновые
дыры» площадью свыше 10 млн. км2 каждая, появились громадные «озоновые
дыры» над многими странами Европы, над Украиной. Разрушение озонового
экрана Земли сопровождается рядом опасных явных и скрытых негативных
воздействий на человека и живую природу.
Прорыв через «озоновые дыры» солнечных рентгено- и
ультрафиолетовых лучей, энергия фотонов которых превышает энергию лучей
видимого спектра в 50-100 раз, увеличивает число мощных лесных пожаров.
В1996 г. горели леса в Австралии, Северной и Южной Америке, Африке,
Европе, Юго-Восточной Азии. Индонезийский лесной пожар 1997 г.,
бушевавший почти 5 месяцев, покрыл дымом не только Индонезию, но и Малую
Азию, Сингапур, достиг Южно-Китайского моря. Люди задыхались от дыма,
потерпел катастрофу авиалайнер.
В 1996 г. Нобелевской премией по химической экологии удостоены
ученые-химики Шервуд Роуланд, Марио Малина из Калифорнийского
университета в Беркли (США) и Поль Крутцен из Германии за научную
гипотезу, выдвинутую ими еще в 1974 г. Их догадка состоит в том, что
разрушителями озона являлись синтезированные человеком химические
вещества, получившие название хлорфторуглероды (ХФУ).
Инертные, негорючие, неядовитые, несложные в производстве, они
получили широкое распространение-в баллончиках с аэрозолями различного
назначения, а также как охлаждающие жидкости в холодильниках и
кондиционерах, как растворители (тетрахлорметан, метилхлороформ,
бромистый метил), в производстве пестицидов.
Бромистый метил используется в качестве дезинфицирующего вещества
для почв и товаров (включая карантинную обработку некоторых продуктов,
предназначенных для международной торговли ), применяется в качестве
добавки к автомобильному топливу. Из бромистого метила высвобождается
бром, который в 30-60 раз разрушительнее для озона, чем хлор. Другие
химические соединения, разрушающие озоновый слой , используются в
баллонах для тушения пожара, при изготовлении полистироловых стаканчиков
и современных упаковок для фасовки продуктов и полуфабрикатов.
Пик мирового производства озоноразрушающих веществ пришелся на
1987-1988 гг. и составил около 1,2-1,4 млн. т в год. Около 35%
производимого объема приходилось на США, 40%-на страны ЕЭС, 10-12%
производила Япония.
Механизм действия фреонов таков: попадая в верхние слои
атмосферы, эти вещества, инертные у земной поверхности, преображаются.
Под воздействием ультрафиолетового излучения химические связи в
молекулах ХФУ нарушаются. В результате выделяется хлор, который при
столкновении с молекулой озона вышибает из нее один атом. Озон перестает
быть озоном , превращается в обычный кислород. Хлор же, соединившись
временно с кислородом, вскоре опять оказывается свободным и «пускается в
погоню» за следующей «жертвой». Его активности хватает, чтобы разрушить
десятки тысяч молекул озона.
В Токио в 1995 г.был опубликован доклад международной
экологической организации, в котором сделана попытка установить
«авторство» «озоновых дыр» над Антарктидой. В списке основных озоновых
«вредителей» 25 стран, но бесспорный приоритет принадлежит США, Японии и
Великобритании. Признано, что из всех промышленных корпораций самый
большой вред озоновому слою (13,7% мировых озоновых повреждений) нанесла
американская компания «Дюпон».
Термин «кислотные дожди» ввел в 1872 г.английский инженер Роберт
Смит в книге «Воздух и дождь: начало химической климатологии». Кислотные
дожди, содержащие растворы серной и азотной кислот, наносят значительный
ущерб природе. Земля, водоемы, растительность, животные и постройки
становятся их жертвами. В крупных промышленных городах Украины с
кислотными дождями на землю в год выпадает до 1500 кг серы на 1км2.
При сжигании любого ископаемого топлива (угля, горючего сланца,
мазута) в составе окисляющегося газа содержатся диокиси серы и азота. В
зависимости от состава топлива их может быть меньше или больше. Особенно
насыщенные сернистым газом выбросы дают высокосернистые угли и мазут.
Миллионы тонн диоксидов серы, выбрасываемые в атмосферу, превращают
выпадающие дожди в слабый раствор кислот.
Окислы азота образуются при соединении азота с кислородом
воздуха при высоких температурах, главным образом в двигателях
внутреннего сгорания и котельных установках. Получение энергии, увы,
сопровождается загрязнением окружающей среды. Дело осложняется еще и
тем, что трубы теплоэлектростанций стали расти в высоту и достигают
250-300, даже 400 м, следовательно, выбросы в атмосферу теперь
рассеиваются на огромные территории.
Дождевая вода , образующаяся при конденсации водяного пара,
должна иметь нейтральную реакцию, т.е. рН (рН-показатель,
характеризующий кислотные или щелочные свойства раствора). Но даже в
самом чистом воздухе всегда есть диоксид углерода, и дождевая вода,
растворяя его, чуть подкисляется (рН 5,6-5,7). А вобрав кислоты,
образующиеся из диоксидов серы и азота, дождь становится заметно кислым.
Уменьшение рН на одну единицу означает увеличение кислотности в 10 раз,
на две-в 100 раз и т.д. Мировой рекорд принадлежит шотландскому городку
Питлокри, где 20 апреля 1974 г. выпал дождь с рН 2,4-это уже не вода, а
что-то вроде столового уксуса.
В 70-х гг. в реках и озерах скандинавских стран стала исчезать
рыба, снег в горах окрасился в серый цвет, листва с деревьев раньше
времени устлала землю. Очень скоро те же явления заметили в США, Канаде,
Западной Европе. В Германии пострадало 30%, а местами 50% лесов. И все
это происходит вдали от городов и промышленных центров. Выяснилось, что
причина всех этих бед-кислотные дожди.
Показатель рН меняется в разных водоемах, но в ненарушенной
природной среде диапазон этих изменений строго ограничен. Природные воды
и почвы обладают буферными возможностями, они способны нейтрализовать
определенную часть кислоты и сохранить среду. Однако очевидно, что
буферные способности природы небеспредельны.
В водоемы, пострадавшие от кислотных дождей, новую жизнь могут
вдохнуть небольшие количества фосфатных удобрений; они помогают
планктону усваивать нитраты, что ведет к снижению кислотности воды.
Использование фосфата дешевле, чем извести, кроме того, фосфат оказывает
меньшее воздействие на химию воды.
Земля и растения, конечно, тоже страдают от кислотных дождей:
снижается продуктивность почв, сокращается поступление питательных
веществ, меняется состав почвенных микроорганизмов.
Огромный вред наносят кислотные дожди лесам. Леса высыхают,
развивается суховершинность на больших площадях. Кислота увеличивает
подвижность в почвах алюминия, который токсичен для мелких корней, и это
приводит к угнетению листвы и хвои, хрупкости ветвей. Особенно страдают
хвойные деревья, потому что хвоя сменяется реже, чем листья, и поэтому
накапливает больше вредных веществ за один и тот же период. Хвойные
деревья желтеют, у них изреживаются кроны, повреждаются мелкие корни. Но
и у лиственных деревьев изменяется окраска листьев, преждевременно
опадает листва, гибнет часть кроны, повреждается кора. Естественного
возобновления хвойных и лиственных лесов на происходит.
Все больший ущерб кислотные дожди наносят сельскохозяйственным
культурам: повреждаются покровные ткани растений, изменяется обмен
веществ в клетках, растения замедляют рост и развитие, уменьшается их
сопротивляемость к болезням и паразитам, падает урожайность.
Специалисты американского университета штата Северная Каролина
изучили воздействие, оказываемое кислотными дождями на растения в период
их максимальной восприимчивости к факторам внешней среды. Под влиянием
кислотных дождей непосредственно после опыления в початках кукурузы
формировалось меньше зерен, чем при орошении чистой водой. Причем, чем
больше в дождевой воде содержалось кислоты, тем меньше зерен
образовывалось в початках. Вместе с тем выяснилось, что кислотные дожди,
прошедшие до опыления, не оказывали заметного влияния на формирование
зерен.
Проведены исследования степени восприимчивости к кислотным
дождям 18 видов сельскохозяйственных культур и 11 видов декоративных
растений на ранних стадиях роста. Наиболее подверженными вредоносному
воздействию оказались листья томатов, сои, фасоли, табака, баклажанов,
подсолнечника и хлопчатника. Наименее восприимчивыми-озимая пшеница,
кукурузу, салат, люцерна и клевер.
Кислотные дожди не только убивают живую природу, но и разрушают
памятники архитектуры. Прочный, твердый мрамор, смесь окислов кальция
(СаО и СО2), реагирует с раствором серной кислоты и превращается в гипс
(СаSО4). Смена температур, потоки дождя и ветер разрушают этот мягкий
материал. Исторические памятники Греции и Рима, простояв тысячелетия, в
последние годы разрушаются прямо на глазах. Такая же судьба грозит и
Тадж-Махалу-шедевру индийской архитектуры периода Великих Моголов, в
Лондоне-Тауэру и Вестминстерскому аббатству. На соборе Св. Павла в Риме
слой портлендского известняка разъеден на 2,5 см. В Голландии статуи на
соборе Св.Иоанна тают, как леденцы. Черными отложениями изъеден
королевский дворец на площади Дам в Амстердаме.
Страдают от кислотных дождей и люди, вынужденные потреблять
питьевую воду, загрязненную токсическими металлами -ртутью, свинцом,
кадмием и т.п.
Спасать природу от закисления необходимо. Для этого придется
резко снизить выбросы в атмосферу окислов серы и азота, но в первую
очередь сернистого газа, так как именно серная кислота и ее соли на
70-80% обусловливают кислотность дождей , выпадающих на больших
расстояниях от места промышленного выброса.
Наблюдения за химическим составом и кислотностью осадков
ведут станции, отбирающие на химический анализ суммарные пробы, на
которых в оперативном порядке измеряют только величину рН. Пробы осадков
на содержание от 11 до 20 компонентов анализируются в пяти кустовых
лабораториях.
В заключение нужно отметить, что каждый должен задуматься
над тем, что он сделал сегодня для того, чтобы жизнь на планете завтра
не умерла.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
