Проблемы влияния антропогенных факторов на климат планеты

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО НАУКЕ И ОБРАЗОВАНИЮ

РГРТУ

КАФЕДРА «ЭКОЛОГИЯ и БЖД»

РЕФЕРАТ:

ПРОБЛЕМЫ ВЛИЯНИЯ АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ НА КЛИМАТ ПЛАНЕТЫ

РЯЗАНЬ 2008г.

ВВЕДЕНИЕ

На протяжении всей истории нашей планеты её климат неоднократно менялся. Примерами того могут служить и Ледниковый период, и так называемый Маундеровский минимум, и промежуточные тёплые периоды. Ряд подобных изменений происходит в глобальном масштабе, другие же являются локальными или происходят только в определённом полушарии. Земной климат и погода на нашей планете регулируются балансом между количеством солнечного света, получаемого поверхностью и атмосферой Земли, и количеством энергии, излучённой всей нашей планетой в пространство. Если из общего количества солнечной энергии, получаемого Землей от Солнца, вычесть общее количество отраженного солнечного света и тепло, излученное Землей, получится величина, называемая земным энергетическим бюджетом. В том случае , если этот бюджет сбалансирован, климат не испытывает заметных изменений. В тоже время существует множество естественных факторов, которые влияют как на проходящий солнечный поток , так и на уходящее от Земли излучение и как следствие - на климат. Важно понять эти факторы , чтобы оценить влияние человеческой деятельности на климат.

В энергетическом балансе крайне важную роль играет земная атмосфера. Она обладает способностью почти полностью поглощать излучение Солнца , как в ультрафиолетовой, так и в инфракрасной областях спектра, и практически прозрачна для интенсивного излучения в области так называемого оптического окна. Именно это свойство атмосферы имеет исключительное значение для эволюции земной органической жизни, а также для обеспечения на ней теплового и светового режимов.

В безоблачный яркий день поверхности Земли достигает около 80% солнечного излучения. Некоторая его часть отражается обратно в атмосферу, оставшееся же количество поглощается различными частями климатической системы - атмосферой, океанами льдом, сушей и всевозможными формами жизни.

В свою очередь, нагретая Солнцем Земля сама излучает энергию, значительная доля которой задерживается атмосферой и возвращается обратно к Земле. Благодаря этому вблизи земной поверхности и поддерживается равновесная температура, благоприятная для развития органической жизни. Способность атмосферы сохранять тепло у поверхности называют парниковым эффектом - она, подобна стеклу парника, пропускает видимое излучение от Солнца и не дает выйти наружу инфракрасному излучению. Причем без естественного парникового эффекта средняя температура Земли находилась на отметке около - 18° вместо + 14°С.

Развитие хозяйственной деятельности человека приводит ко всё возрастающему влиянию на окружающую среду и климат. Другими словами, обретают силу антропогенные факторы. Следует, по-видимому, различать два типа воздействия на климат: непреднамеренное - в результате хозяйственной деятельности и намеренное - с целью изменения климата в нужном человеку направлении.

Непреднамеренное воздействие человеческой деятельности на климат началось уже давно. Осваивая новые территории, вырубая и выжигая леса, распахивая земли, засаживая территории различными видами растительности, человек неосознанно менял характер подстилающей поверхности, её альбедо и тем самым способствовал изменению теплового баланса системы Земля - атмосфера.

В настоящее время создаются новые водохранилища и каналы, изменяются русла крупных рек, осушаются болота, продолжают вырубаться леса и др. На характере подстилающей поверхности сказывается эрозия почв. Всё это влияет не только на альбедо, но и на газовый обмен с атмосферой, влаго- и теплообмен атмосферы и подстилающей поверхности.

Среди химических газов, меняющих газовый состав атмосферы, особая роль отводится углекислому газу, который, поступая в атмосферу, создаёт парниковый эффект. При возрастающей скорости поступления газа в ближайшие 100 лет его воздействие на климат может стать ощутимым.

В атмосферу поступают и фотохимически активные малые примеси: фреоны, Фтористые, бромистые и хлорные соединения, которые разрушают озоновый слой и влияют на тепловой режим планеты. Целый ряд химически активных малых примесей, таких, как окислы азота, те же фреоны и др., обладает свойствами поглощать солнечную радиацию и тем самым воздействовать на тепловой режим атмосферы, либо уменьшая метеорологическую солнечную постоянную, либо увеличивая действие парникового эффекта.

В связи с ростом населения и объёма производства, развитием энергетики возрастает поступление в атмосферу тепловых выбросов. Оно уже сейчас ощутимо в крупных городах и промышленных центрах .Вполне естественно, что в дальнейшем этот процесс усилится. Отсюда крайне важно знать, как тепловые выбросы повлияют на погоду и климат.

Можно указать ещё несколько видов человеческой деятельности, которые могут отразиться на климате. К ним относятся: загрязнение океана нефтяными продуктами, нарушающее тепло- и влагообмен между атмосферой и океаном, воздействие на целью стимулирования осадков, сжигание топлива, увеличивающее выброс в атмосферу водяного пара, действие оросительных систем, повышающее испарение и др.

Пагубное воздействие на климат могут оказать испытания ядерного оружия, способствующее образованию и накапливанию в атмосфере аэрозоля, окислов азота, радиоуглерода и других компонентов, разрушающих озоновый слой, и др.

В настоящее время ни теоретическая база, ни уровень технических возможностей не позволяют ставить, задачу намеренного воздействия на климат. Однако, работы в этой области ведутся.

ЭФФЕКТ ПАРНИКА

Парниковый эффект - это результат поглощения тепла определёнными газами (они называются парниковыми), находящимися в атмосфере, и переизлучением обратно к Земле части этого тепла. Наиболее важный из парниковых газов - водяной пар, за ним следует углекислый газ, метан и небольшие примеси других газов. Водяной пар возникает от естественного дыхания, отпотевания и испарения, его содержание в атмосфере повышается с увеличением температуры земной поверхности.

Углекислый газ поступает в атмосферу в результате распада материалов, дыхания растительной и животной жизни, а также природных и внесённых человеком продуктов. Удаляется же он из атмосферы фотосинтезом и поглощением океана. Бурение антарктического ледяного щита, позволившее определить содержание углекислого газа в атмосфере за последние 400 000 лет, выявило удивительную стабильность его концентрации, хотя были, конечно, и некоторые периоды его колебания. Исследователи, работавшие в Антарктике, предполагают, что Земля, вероятно, обладает некой системой автоматического саморегулирования концентрации углекислого газа в атмосфере. Она успешно «работала» лишь до той поры, пока не началась эпоха индустриализации, приведшая к поглощению углеродного топлива во всё возрастающих объёмах.

Метана - наиболее эффективно «запирающего» тёплого газа, в атмосфере значительно меньше, чем углекислого газа. Метан является результатом распада материи без доступа кислорода. Главные его источники - заболоченные местности, рисовые плантации, остатки пищеварения животных и гниющий мусор. Что касается окиси азота, то её основные источники- почвы и океаны.

Бурное развитие новых технологий привело к появлению новых парниковых газов и новых источников для уже существующих. И хотя рукотворные парниковые газы, такие как галогенуглеродные соединения, были «придуманы» лишь в течение последних 100 лет, их вклад в парниковый эффект достаточно весом.

Незначительная концентрация в атмосфере парниковых газов означает, что её относительное количество легко может измениться, но даже такие минимальные атмосферные изменения могут быть очень важны. Высокая эффективность, с которой эти газы «запирают» инфракрасное излучение, вызывает беспокойство прогрессирующим увеличением их в атмосфере, поскольку ведёт к изменениям средней глобальной температуры. Поэтому есть предположения, что увеличение парникового эффекта может привести к значительным изменениям в экосистеме вообще. Иными словами, глобальное увеличение температуры, наряду со многими другими соответствующими изменениями в климате, представляют собой единую проблему, именуемую глобальным потеплением.

Другая опасность связана с возрастанием притока в атмосферу промышленных выбросов пыли, сажи и газа, которые увеличивают плотность атмосферы и способствуют развитию покрова облаков. Чем выше над земной поверхностью образуются эти сгущения, тем они более устойчивы. Частицы, которые в нижних слоях атмосферы оседают через несколько недель, на большой высоте могут удерживаться в воздухе во взвешенном состоянии на протяжении от одного года до трёх лет. Уже существуют свидетельства тому, что вдоль наиболее интенсивно загруженных воздушных трасс в северном полушарии увеличивается протяжённость перистых облаков. Наблюдаются также некоторые признаки возрастания толщины общего покрова облаков Земли. Трудность состоит в невозможности узнать заранее, каковы могут быть последствия этих перемен. Если произойдёт ощутимое уменьшение количества солнечной радиации, то это может привести к снижению температуры Земли. Если же, наоборот, эти перемены вызовут снижение встречного теплового излучения Земли, то усилится «парниковый эффект».

По сути дела, каждый промышленный центр сейчас это постоянно действующий вулкан, так как в нем с помощью тепловой и других видов энергии перерабатываются продукты земной коры и биосферы. Они выделяют в атмосферу те же продукты, что и вулкан : тепло, пыль, аэрозоли, газы- в основном углекислый и сернистый, пары воды. Из 2 млн. т аэрозолей, которые поступают в атмосферу, лишь немногим менее составляют аэрозоли искусственного происхождения. Вулканы выбрасывают аэрозоли и газы в основном в узкой полярной зоне северного полушария, от 56 до 65° с.ш., где расположены вулканы Камчатки, Аулетских островов, Аляски и Исландии, а также в тропической зоне от 8°ю. до 15°с.ш. расположены вулканы Индонезии, Филиппин, Центральной Америки, Эквадора, Галапагосских островов и Карибского моря. Выброс же искусственных частиц и газов происходит в основном в средних широтах северного полушария, где расположены крупнейшие промышленные центры и районы. Тем самым выбросы заполняют окно прозрачности атмосферы, существующее в средних широтах северного полушария.

ВЛИЯНИЕ АНТРОПОГЕННОГО АЭРОЗОЛЯ НА КЛИМАТ

Роль аэрозолей в формировании климата изучена еще недостаточно. Наблюдения за аэрозолями, их распространением в атмосфере, химическими превращениями, продолжительностью жизни частиц недавно и ведутся еще в малых масштабах. Тем не менее ясно , что роль их неоднозначна- они могут поглощать, отражать и рассеивать солнечное излучение, играют большую роль в формировании осадков, меняют свои свойства со временем и в зависимости от характера подстилающей поверхности. Большая часть пылевых и аэрозольных частиц живет недолго - среднее время их существования в атмосфере менее недели, затем они обычно вымываются дождями и снегопадами. Поэтому влияние искусственных пылевых и аэрозольных частиц ограничивается в основном районом их выброса в атмосферу, т.е. они оказывают воздействие на микро- и мезоклимат городов и промышленных районов, где, однако, проживает большая часть населения Земли.

В связи с расширением хозяйственной деятельности человека поступление в атмосферу аэрозоля антропогенного происхождения существенно возросло.

Проблема атмосферного аэрозоля антропогенного происхождения исключительно актуальна. Прежде всего это связано с его вредным медико-биологическим воздействием на окружающую среду и влияние антропогенного аэрозоля на климат.

В тропосфере сосредоточена в основном крупнодисперсная фракция аэрозоля, которая вымывается осадками, быстро оседает и в среднем находится во взвешенном состоянии от нескольких дней до недель, максимум месяцев. В стратосфере преобладает мелкодисперсный аэрозоль. Вследствие большой устойчивости стратосферы он может сохраняться от нескольких месяцев до 1-2 лет.

Некоторые компоненты аэрозоля, такие, как S , могут ,окисляясь, превращаться в CaSO4 , а затем , соединяясь с влагой, образовывать мелкодисперсный аэрозоль, состоящий из мельчайших капелек H2SO4 . Именно стратосферный аэрозоль представляет наибольший интерес для оценки климатических изменений.

Известно , что над тропиками в стратосфере на высотах 15-20 км и несколько выше постоянно существует естественный аэрозольный слой со средним радиусом частиц порядка 0,3мкм, состоящий в основном из соединений S. Источник естественного аэрозоля здесь - вулканическая деятельность.

Нормальный слой стратосферного аэрозоля составляет массу (Мс) порядка 0,2 млн.т. Количество же водяного пара в стратосфере оценивается в 2,6 млн.т., и этого количества вполне достаточно для поддержания реакции СaSO4 с влагой.

В нормальном состоянии рассматриваемый слой не имеет сколько-нибудь существенного значения для климата

Мы отметили, что в атмосферу попадает количество S, которое в пересчете на СaSO4 дает величину , сопоставимую с самыми мощными вулканическими извержениями. При этом не совсем ясно , какая часть вносимого аэрозоля будет мелкодисперсной фракцией, попадающей в стратосферу, и как долго она будет там находиться. Но даже если десятая часть приведенной величины превратится в мелкодисперсную фракцию стратосферного аэрозоля, его влияние будет сопоставимо с влиянием крупных вулканических извержений.

Какого же суммарное воздействие стратосферного аэрозоля? Это зависит от его поглощающих и рассеивающих свойств, которые не до конца изучены. Дело в том, что мелкодисперсный аэрозоль рассеивает коротковолновую радиацию и тем самым увеличивает альбедо атмосферы. Это приводит к эффекту охлаждения атмосферы. Многие исследователи объясняют прошлые похолодания климата стратосферным аэрозолем вулканических извержений. В тоже время отмечено, что при извержении вулкана Агунг в 1963г. Температура стратосферы поднялась на 3°, что указывает на существенное поглощение радиации аэрозолем, не только на ее рассеивание.

Так или иначе , но аэрозольный эффект не может рассматриваться изолированно от других факторов, влияющих на климат. Нельзя , в частности, не указывать, что аэрозоль в тропосфере может влиять на микроструктуру облачности и осадков. Через облачность возможно изменить условий прохождения радиации в атмосфере и климата.

В стратосфере и особенно в верхней тропосфере (вблизи тропопаузы) за счет полетов самолетов увеличивается количество водяного пара. Так, при сжигании 1 кг топлива образуется около 1,2-1,4кг водяного пара. При использовании водородного топлива на каждый килограмм сгораемого топлива будет образовываться около 8 кг водяного пара. При ожидаемом увеличении полетов самолетов количество дополнительно вводимой влаги в стратосфере составит около 0,26 млн. т, то есть около 10% количества влаги в стратосфере.

Вносимая влага становится ядрами конденсации, на которые «перекачивается» вследствие разностей упругостей насыщения водяного пара надо льдом и водой влага из атмосферы. При определённых благоприятных условиях образуется перистая облачность (её аналог - облачные следы за самолётами).

Таким образом, облачный аэрозоль антропогенного происхождения может воздействовать если не на глобальный, то на региональный климат. Так или иначе, проблема аэрозоля, и в особенности антропогенного, - одна из ключевых в современной теории климата.

ВЛИЯНИЕ АНТРОПОГЕННОГО РОСТА УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА НА КЛИМАТ

Эта проблема в настоящее время - одна из центральных и более важных при оценке естественного цикла углекислого газа в системе океан- атмосфера - биосфера в условиях антропогенного воздействия.

В результате сжигания топлива в атмосферу ежегодно поступает около 5 млрд.т углерода. Чтобы изменить эту ситуацию, потребовалось бы коренным образом перестроить технологию использования энергетических мощностей и источников топлива, что, вероятно, трудно осуществить быстро и легко, поскольку проблема эта глобальная и связана со всей структурой мировой экономики. На углеродном цикле, помимо сжигания топлива, сказывается и воздействие человека на биосферу и океан. Все это серьезно усложняет проблему . К тому же еще не ясно, что приведет ли увеличение углекислого газа к неблагоприятным последствиям для человека.

Роль океана в цикле углекислого газа по мнению большинства исследователей, исключительно велика, поскольку он является основным источником углерода и хранителем излишков индустриального углекислого газа.

Между атмосферой, биосферой и океаном существует непрерывный обмен углекислого газа , причем скорость его зависит от климатического режима. Так , скорость обмена углекислого газа между атмосферой и деятельным слоем океана обусловлена температурой воды. В результате в высоких широтах поток углекислого газа направлен в основном из атмосферы в океан, а в южных районах из океана в атмосферу. Наличие загрязняющих океан пленок нефти может уменьшить этот обмен.

Дело в том , что для биосферы и человека многократное увеличение углекислого газа не представляет никакой опасности, а во многих отношениях , главным образом с точки зрения ускорения роста растений , оно даже выгодно. По существующим оценкам двукратное увеличение антропогенного углекислого газа может вызвать рост деревьев в течении следующих 200 лет.

Полосы поглощения углекислым газом тепловой радиации обладают пределом возможного поглощения. В связи с этим тепличный эффект (подъем температуры в нижней тропосфере) по мере роста концентрации углекислого газа после его двукратного увеличения замедляется и при возрастании концентрации более чем в 2-3 раза тепличный эффект проявляет себя примерно так же, как и при дву- трехкратном увеличении углекислого газа. Поэтому влияние роста углекислого газа обычно оценивают при дву- трехкратном увеличении его в атмосфере, т.е. к середине или к концу следующего столетия (по мнению некоторых специалистов, для начала следующего столетия эта оценка явно завышена).

Практически все численные эксперименты указывают на рост температуры в нижней тропосфере и охлаждение атмосферы в верхней тропосфере и стратосфере. Вследствие этого увеличиваются вертикальный температурный градиент, неустойчивость атмосферы, конвективные движения, облачность и осадки. В результате возникающей здесь обратной связи (увеличение альбедо и отраженной радиации) роль тепличного эффекта уменьшается. Подъем температуры в полярных районах может достигать 8-10°С ( в средних и низких широтах 1-2°С).

По оценкам различных моделей средняя для полушария величина повышения температуры за счет тепличного эффекта от 0,7-0,8 до 9,6°С у поверхности. Наиболее реальны, по -видимому , оценки тепличного эффекта в среднем для полушария у поверхности в 2-2,5°С при двукратном увеличении углекислого газа.

Однако некоторые исследователи показали , что чистое увеличение температуры при удвоении концентрации углекислого газа составляет всего 0,25°С. Остальной же рост температуры обязан побочному тепличному эффекту, связанному с повышением испарения и увеличением содержания в атмосфере водяного пара, который обладает сам тепличным эффектом.

Какие же последствия могут быть вызваны увеличение углекислого газа? Прежде всего- это возможное изменение режима осадков и испарения, потепление климата, наиболее сильное в высоких широтах , отступление снеговой линии, таяние ледников, нестабильность ледяного покрова, нарушение циркуляции атмосферы и океана , частые засухи.

На ряде отраслей народного хозяйства многие из этих изменений не обязательно скажутся отрицательно, для лесов и сельского хозяйства, наоборот, вероятен даже положительный эффект. Однако при потеплении климата и океана может увеличиваться поток углекислого газа в атмосферу. В этом случае может усилиться тепличный эффект, растают континентальные льды , повысится уровень океана, будут затоплены прибрежные районы и др.

ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ПОДСТИЛАЮЩУЮ ПОВЕРХНОСТЬ

Человечество уже давно начало воздействовать на подстилающую поверхность, меняя её альбедо. Начался этот процесс на заре человеческой цивилизации. Первоначально он проявлялся в вырубке и выжигании лесов для высвобождения земли под пахоту и угодья. Разрушительные операции в лесу, оголение достаточно больших площадей меняют энергетический, водный и биохимические циклы. Ликвидация лесного покрова и оголение почв ведут к осушению атмосферы. Теоретические расчёты показывают, что при полной ликвидации лесного покрова на земном шаре среднее годовое альбедо повысилось бы примерно на 0,6%. В случае уничтожения лесов параметр шероховатости уменьшился бы с 14,9 до 3 см. Это изменило бы поверхностное торможение, уменьшило бы угол отклонения ветра от изобар, что повлияло бы на поле давления, вертикальные токи и общую циркуляцию атмосферы в целом.

Большое влияние на альбедо и шероховатость оказывает строительство водохранилищ, городов, дорог, развитие энергетического комплекса и т.д. Пожалуй, единственный способ оценить возможное влияние на климат воздействия на подстилающую поверхность - это численные эксперименты с моделями общей циркуляции атмосферы и климата. Результаты их, в частности, показали, что пустыни, расположенные в основном в субтропической зоне, имеют очень высокое альбедо - около 35%. По этой причине они отражают большое количество коротковолновой солнечной радиации, чем окружающие районы. Кроме того, поскольку пустыни сильно нагреты, они теряют уходящую длинноволновую радиацию, которая из-за незначительного содержания водяного пара мало задерживается атмосферой. По этой же причине пустыни типа Сахары, Гоби и др. являются такими же зонами потери энергии, как и полярные районы. Данная особенность пустынь, чётко зафиксированная с метеорологических спутников, приводит либо к ослаблению возникающих под влиянием каких-то других причин восходящих движений, либо к формированию нисходящих вертикальных движений и ещё большему удалению воздуха от состояния насыщения. Из этого следует, что с уничтожением растительности в прилегающих к пустыням районах увеличится альбедо и они приблизятся к пустынным (такой же качественный эффект даёт и уничтожение тропических лесов). Далее начинает действовать механизм «иссушения» за счёт нисходящих вертикальных движений. Перенаселение указанных зон, чрезмерное использование пастбищ и обработка земли так же могут изменить альбедо, режим осадков. В связи с этим сейчас подвергаются переоценке причины гибели цивилизации в некоторых районах Африки и других аридных зонах около 4 тыс. лет назад. Предполагается, что этот процесс уже тогда был связан с человеческой деятельностью.

Так выглядит картина качественно. Количественный эксперимент был проделан для объяснения конкретной засухи в Сахели. Благодаря осадкам, выпадающим во внутритропической зоне конвергенции, этот район Африки относится к числу плодородных. Северная граница зоны конвергенции располагается вблизи 18° с.ш. летом и 10° с.ш. зимой, зоны песков на 32° с.ш. Таким образом, пояс песков лежит между 18° и 32° с.ш. летом и 10° - 32° с.ш. зимой. В зоне 10-18° с.ш. растительность зимой обычно сохраняется. Достаточно зоне конвергенции смениться на несколько градусов широты к югу, как северная часть этого района оказывается в условиях жесточайшей засухи.

За последние несколько тысяч лет смена влажных и сухих периодов происходила здесь с периодичностью 700-800 лет. В последние несколько столетий засухи в Сахели повторялись в среднем один раз в 30 лет. Однако в конце 60-х начале70-х годов засухи в Сахели следовали несколько лет подряд. Сахельская засуха представляет яркий пример катастрофического изменения климатических условий крупного района.

Основываясь на приведенном выше качественном механизме, американский ученый Чарни высказал гипотезу, что исчезновение растительности в результате хозяйственной деятельности, в частности вытаптывание ее при выпасе скота, вблизи 18° с.ш. и несколько севернее могло привести к увеличению здесь альбедо и развитию нисходящих вертикальных движений, препятствующих реализации конвективных , а тем более фронтальных осадков.

Численный эксперимент с простейшей моделью показал , что изменение альбедо с 14 до 35% севернее 18° с.ш. действительно привело к формированию в зоне 10°-18° с.ш. нисходящих вертикальных движений. Эксперимент с полной моделью общей циркуляции атмосферы показал также , что в июле-августе количество осадков вблизи и севернее 18° с.ш. при названном выше изменении альбедо уменьшилось почти вдвое. Самое существенное заключалось в том, что область максимальных ливневых осадков , связанная с внутритропической зоной конвергенции, сместилась к югу и расположилась примерно в зоне 10°-18° с.ш. , в то время как при альбедо , равным 14% , оно располагалось в зоне 10°-26° с.ш. Активная же зона при увеличении альбедо сместилась к югу на 4°-6° широты, что действительно наблюдалось в период сахельских засух и характерно для климата этого района последних лет.

Можно привести и другие примеры. Так численные эксперименты показали, что увлажнение пустынных районов за счет искусственного орошения приведет к обратной картине- уменьшится альбедо и увеличится интенсивность восходящих вертикальных движений. В результате климатические условия станут благоприятнее и пустыни отступят.

Приведенные примеры воздействия на подстилающую поверхность не единственные . Обсуждается проблема образования нефтяных пленок на поверхности океана и их влияние на испарение влаги и климат.

Эксперименты показали , что 10-20% разлитой нефти перемешиваются с более глубинными слоями за 24часа , а нефтяные пятна в плохую погоду исчезают в течении нескольких суток. Несомненно, биологическое и экологическое воздействие разлитой нефти в океане крайне неблагоприятно. Что касается климатических эффектов, то они, по-видимому , не так велики , как казалось , и будут носить региональный характер.

В настоящее время рассматривается проблема влияния на альбедо льда разлитой по его поверхности нефти. Это очень важный вопрос, поскольку устойчивое изменение альбедо льда в летние месяцы способствуют уменьшению равновесной толщины льда до 60%. Нефть же, пролитая надо льдом, несомненно, меняет его альбедо. Кроме того, она легко диффундирует в ледяном покрове и долго в нем сохраняется.

Озоновые дыры

В 1985 г.специалисты по исследованию атмосферы из Британской Антарктической Службы сообщили о совершенно неожиданном факте: весеннее содержание озона в атмосфере над станцией Халли-Бей в Антарктиде уменьшилось за период с 1977 по 1984 г. на 40%. Вскоре этот вывод подтвердили другие исследователи, показавшие также, что область пониженного содержания озона простирается за пределы Антарктиды и по высоте охватывает слой от 12 до 24 км, т.е. значительную часть нижней стратосферы. В начале 80-х по измерениям со спутника «Нимбус-7» аналогичная дыра была обнаружена и в Арктике, правда она охватывала значительно меньшую площадь и падение уровня озона в ней было не так велико - около 9%. В среднем по Земле с 1979 по 2000 г. содержание озона упало на 8%.

Это открытие обеспокоило как ученых, так и широкую общественность, поскольку из него следовало, что слой озона, окружающий нашу планету, находится в большей опасности, чем считалось ранее. Утончение этого слоя может привести к серьезным последствиям для человечества. Содержание озона в атмосфере менее 0,0001%, однако именно озон полностью поглощает жесткое ультрафиолетовое излучение солнца. Падение концентрации озона на 1% приводит в среднем к увеличению интенсивности жесткого ультрафиолета у поверхности земли на 2%.

По своему воздействию на живые организмы жесткий ультрафиолет близок к ионизирующим излучениям, однако, из-за большой длины волны он не способен проникать глубоко в ткани, и поэтому поражает только поверхностные органы. Жесткий ультрафиолет обладает достаточной энергией для разрушения ДНК и других органических молекул, что может вызвать рак кожи, в особенности быстротекущую злокачественную меланому, катаракту и иммунную недостаточность

В мае 1985 года британские ученые объявили о резком сокращении концентраций озона в стратосфере над Антарктикой каждой весной южного полушария. Это явление получило название «озоновой дыры».

Существуют объективные причины, по которым «дыры» в первую очередь образуются над Антарктикой. Бром и хлор, несущие главную ответственность за разрушение озона, в среднем равномерно распределены в атмосфере Земли. Однако в Антарктике условия таковы, что эти вещества, вступая в химические реакции, способны уничтожить больше озона, чем в районах с более теплым климатом.

Маршруты движения антарктических циркумполярных ветров строго ограничены полярным регионом. В дополнение к этому антарктическая атмосфера долгие месяцы остается в темноте (в течение полярной ночи), при этом значительно охлаждаясь. С падением температуры атмосферы в стратосфере начинают образовываться ледяные облака.

Когда в августе первые лучи Солнца начинают проникать в стратосферу, то в ней начинают происходить химические реакции, отличающихся от реакций в стратосфере умеренных широт.

По данным, приведенным в отчете Межправительственной группы экспертов по проблемам изменениям климата за 1992 год, в весенний период в стратосфере Антарктики отмечается падение концентраций озона более чем на 90 процентов. Данные американского спутника Нимбус-7 показали, что площадь поверхности озоновой дыры, по грубым подсчетам, соизмерима с площадью Западной Европы или континентальной части США.

С момента открытия фреонов в 30-40-х годах все говорило о том, что они слишком уж хороши для того, чтобы в них не таилась какая-нибудь опасность. Фреоны или хлофторуглеоды сравнительно недороги, высокоэффективны, стабильны в атмосфере и нетоксичны для человека. Эти свойства способствовали широкому распространению фреонов в различных областях современного производства. Производители электроники, например, стали использовать их в начале 80-х годов в качестве промывочных растворов. Это позволило им снять проблему загрязнения грунтовых вод, связанную с использованием в производстве метилхлорида и трихлорэтилена. Для различных областей производства хлорфторуглероды стали главным сырьем из-за своей стойкости к воздействию внешних факторов.

Проблема, конечно же, заключается в «ахиллесовой пяте» фреонов. Когда хлорфторуглероды попадают в атмосферу, они начинают мигрировать в стратосферу, где более интенсивное солнечное излучение воздействует на них и в результате реакции выделяется хлор. Этот хлор действует как катализатор, постоянно вступая в реакцию с молекулами озона с образованием молекул кислорода (О₂) и молекул оксида хлора (ClO₂). Молекулы оксида хлора затем вступают в реакцию с атомарным кислородом, с образованием молекул кислорода и свободных атомов хлора. И все начинается сначала. Посредством этого повторяющегося процесса одна молекула хлора может разрушить тысячи молекул озона, прежде чем сама будет нейтрализована. Это свойство фреонов и выделяемого ими хлора делает хлорфторуглероды очень опасными для озонового слоя стратосферы. Хотя следует отметить, что не все фреоны и не все растворители имеют одинаковый озоноразрушающий потенциал.

1974 г. М. Молина и Ф. Роуленд из Калифорнийского университета в Ирвине показали, что хлорфторуглероды могут вызывать разрушение озона. Начиная с этого времени так называемая фреоновая проблема стала одной из основных в исследованиях по загрязнению атмосферы. Хлорфторуглероды уже более 60 лет используются как хладагенты в холодильниках и кондиционерах, пропелленты для аэрозольных смесей, пенообразующие агенты в огнетушителях, очистители для электронных приборов, при химической чистке одежды, при производстве пенопластиков.

Под давлением этих аргументов многие страны начали принимать меры направленные на сокращение производства и использования фреонов. С 1978 г. в США было запрещено использование фреонов в аэрозолях. К сожалению, использование хлорфтор углеродов в других областях ограничено не было. В сентябре 1987 г. 23 ведущих страны мира подписали в Монреале конвенцию, обязывающую их снизить потребление фреонов. Согласно достигнутой договоренности развитые страны должны к 1999 г. снизить потребление флорфторуглеродов до половины уровня 1986 г. Для использования в качестве пропеллента в аэрозолях уже найден неплохой заменитель - пропан-бутановая смесь. По физическим параметрам она практически не уступает фреонам, но, в отличие от них, огнеопасна. Тем не менее такие аэрозоли уже производятся во многих странах, в том числе и в России. Сложнее обстоит дело с холодильными установками - вторым по величине потребителем фреонов.

Использование фреонов продолжается и пока далеко даже до стабилизации уровня ХФУ в атмосфере. Так, по данным сети Глобального мониторинга изменений климата, в фоновых условиях - на берегах Тихого и Атлантического океанов и на островах, вдали от промышленных и густонаселенных районов - концентрация фреонов -11 и -12 в настоящее время растет со скоростью 5-9% в год. Содержание в стратосфере фотохимически активных соединений хлора в настоящее время в 2-3 раза выше по сравнению с уровнем 50-х годов, до начала быстрого производства фреонов.

Прогнозы по разрушению озонового слоя в XXI веке крайне пессимистичны. В середине 1990-ых г.г. появились гипотезы о большой роли долгопериодных вариаций океана и атмосферы в изменениях озонового слоя. В дальнейшем эти гипотезы были доказаны, и сейчас стало ясно, что антропогенные воздействия не являются единственной причиной изменения атмосферного озона. Об этом свидетельствуют увеличение стратосферного озона в некоторых географических районах, в частности над многострадальной Антарктикой /6, стр. 28/ сильные связи вариаций озона, циркуляции стратосферы и температуры океанов, что никаким образом не может быть объяснено лишь влиянием антропогенных факторов.

Долгопериодные естественные изменения Мирового океана привели к возникновению таких термодинамических условия в атмосфере, что стало возможно химическое разрушение озонового слоя.

Заключение

Конец ХХ века принес с собой изменение климата в масштабах всей планеты. Повысилась температура воздуха у поверхности суши, потеплела вода в океанах, а вслед затем участились бури, наводнения, засухи. Метеорологи вовремя обратили внимание на тревожную тенденцию, и в 1976 году Всемирная метеорологическая организация сделала первое заявление об угрозе глобальному климату, а в 1979-м учредила Всемирную климатическую программу (ВКП). С этого времени начались активные исследования колебаний климата, появились модели, объясняющие данное явление не только естественными причинами, но и деятельностью человека.

Одной из наиболее определяющих современную жизнь климатических проблем является парниковый эффект и глобальное потепление. Но в научных кругах нет единства по поводу этого вопроса, так как существуют десятки противоречащих друг другу теорий и концепций, объясняющих происхождение глобального потепления с абсолютно разных позиций. Соответственно, не могут быть выработаны чёткие планы по преодолению парникового эффекта.

Не менее важной проблемой является разрушение озонового слоя Земли. Без озоновой защиты жизнь на Земле будет невозможна, но и в этой области за последние годы было открыто много нового, в частности что разрушение озонового слоя происходит естественным образом из-за океанических и атмосферных процессов. Восстановление озонового слоя искусственным методом пока находится в ряде фантастических проектов.

Хочется верить, что в будущем более разумное человечество будет бережно относиться к родной планете, промышленность выйдет на качественно новый уровень, а новые научные разработки позволят реализовать планы по преодолению экологического кризиса на Земле.

Список использованной литературы

1. Журнал «Вокруг света» №8 2002 год . Статья «Климат - контроль» Людмила Князева.

2 К.С. Лосев «Климат: вчера, сегодня… и завтра?».

3 Е.П. Борисенков «Климат и деятельность человека».

4 Барбара Уорд, Рене Дюбо «Земля только одна».

5 Жадин Е.А. Озоновая дыра в Антарктике начинает исчезать?

6 Е.А. Жадин « Энергия и промышленность России». - 2002. - №12

7 Жадин. Е.А. «Являются ли фреоны единственной причиной изменения озонового слоя земли?»

8 Е.А. Жадин «Экология и промышленность России». - 2000. - № 11.