Глобальные экологические проблемы человечества

Не малое внимание уделяется рациональному использованию энергоресурсов.

Для уменьшения выбросов CO₂ в атмосферу, улучшается КПД двигателей, выпускаются гибридные автомобили. В будущем планируется уделять большое внимание улавливанию парниковых газов при производстве электроэнергии, а также непосредственно из атмосферы путём захороне-ния растительных организмов, использования хитроумных искусственных деревьев закачки углекислого газа на многокилометровую глубину океана, где он будет растворяться в водной толще. Большинство перечисленных способов «нейтрализации» CO₂ очень дороги. В настоящее время стоимость улавливания одной тонны СО₂ составляет приблизительно 100-300 долл., что превышает рыночную стоимость тонны нефти, а если учесть, что при сгорании одной тонны приблизительно образуется три тонны CO₂, то многие способы связывания углекислого газа оказываются пока не актуальными. Предлагавшиеся ранее способы депонирования углерода с помощью высадки деревьев признаются несостоятельными в связи с тем, большая часть углерода в результате лесных пожаров и разложения органики поступает обратно в атмосферу.

Таким образом, рост средней температуры, изменения климата не проходят для экосистемы бесследно. Условия существования живых организмов меняются, и это, в свою очередь, ведёт к трудно прогнозируемым последствиям, вымиранию одних видов и внезапному распространению других.

Само по себе глобальное потепление не является для экосистемы Земли новым явлением. Температурные изменения были и раньше (вспомните о ледниковых периодах), но никогда они не были такими стремительными. В непредсказуемости изменения и заключается главная угроза для человечества.

Последние полвека наблюдается тенденция усиления парникового эффекта, имеющая общепланетарный характер. По мнению многих учёных-климатологов и экологов, с этим явлением связаны глобальные климатические изменения антропогенного характера. Это одна из наиболее серьёзных экологических угроз, ожидающих человечество в XXI столетии.

3. Озоновые дыры

Мы уже говорили, что жизнь сохраняется потому, что вокруг планеты образовался озоновый экран, защитивший биосферу от смертоносных ультрафиолетовых лучей (рис. 1) [4]. Но в последние десятилетия отмечено снижение содержания озона в защитном слое.

Разрушение озонового экрана обнаруживалось каждой весной над Антарктидой с 1975 г. Позже над Северным полюсом было также замечено сокращение озонового столба на 10 %, а над Антарктидой - на 40 % (озоновый столб - это количество озона, через которое ультрафиолетовые лучи должны пройти из верхних слоёв атмосферы до поверхности Земли в данном пункте). В защитном озоновом слое появились «дыры».

Средняя концентрация озона в стратосфере составляет приблизительно 0,0003 %, хотя и колеблется в разных географических областях. Колебания концентрации озона даже до 30 % в одном и том же месте считаются нормальными.

Рис. 1 Накопление озона в стратосфере (по П. Ревелль, Ч. Ревелль, 1995)

Колебания среднего уровня могут достигать 10 % и обусловлены, вероятно, естественными флуктуациями содержания озона. Уменьшение количества озона в результате деятельности человека может оказать влияние на здоровье людей и климат Земли. Так, американские учёные полагают, что каждое уменьшение озонового столба на 1 % приводит к 2%-му усилению ультрафиолетовой радиации и 2,5%-му учащению случаев заболеваний раком кожи.

Причины появления «озоновых дыр» объясняют по-разному. Возможно, это связано с естественными циклами в природе, на которые раньше не обращали внимания? Первоначально основной причиной считали разрушительное воздействие на озоновый слой сверхзвуковых транспортных самолётов, которые загрязняют стратосферу водой и оксидами азота, способными разрушать озон:

.

Но высокая стоимость таких полётов настолько замедлила развитие сверхзвуковых перевозок, что теперь они не представляют существенной угрозы для озонового экрана.

Однако в одном учёные сходятся: фреоны (хлорфторуглеводороды) способствуют разрушению озонового слоя. Эти химические вещества, созданные человеком, широко используются в качестве аэрозолей, хладагентов и растворителей. Попадая в стратосферу, хлорфторуглеводороды разрушаются, а атомы хлора, выделяющиеся при этом, взаимодействуют с озоном:

.

Образовавшийся монооксид хлора взаимодействует с атомами кислорода и восстанавливает хлор:

.

Затем возникает цепная реакция разрушения озона.

Производство хлорфторуглеводородов в мире очень высоко: только США дают половину всего количества - 800-900 тыс. т. Хлор- и фторзамещённые углеводороды не только воздействуют на озон, но и поглощают инфракрасное излучение, что может усугублять парниковый эффект.

Кроме того, учёные осознали, что хлор- и фторзамещённые углеводороды и сверхзвуковая авиация вовсе не единственные факторы, наносящие ущерб озоновому слою. Ядерные взрывы также высвобождают оксиды азота, разрушающие озон. Следовательно, в случае ядерной войны ультрафиолетовая радиация может стать такой же проблемой, как и радиоактивные осадки.

Выхлопные газы автомобилей и удобрения в почве - тоже источники оксидов азота. Известно, что бром в виде метилбромида , широко используемый в сельском хозяйстве, также может разрушать озон. Сколько его улетучивается в атмосферу, пока неизвестно. Предполагают, что большие количества таких промышленных химикатов, как четырёххлористый углерод и метилхлороформ , могут выделять заметные количества хлора.

Но существуют явления и процессы, которые тормозят разрушение озона или способствуют его образованию. Так, считается, что парниковый эффект приводит к нагреванию атмосферы лишь вблизи поверхности Земли, а в стратосфере - возможно охлаждение, которое замедляет разрушение озона. Метан и оксиды азота в тропосфере способствуют образованию озона. Таким образом, действует комплекс противоположно направленных факторов.

“Итак, разрушают озон хлор- и фторзамещённые углеводороды и оксид азота от сверхзвуковых самолётов, летающих в стратосфере, а также четырёххлористый углерод и метилхлороформ. Образование озона ускоряется и , выделяющимися при сжигании топлива и полётах реактивных самолётов ниже стратосферы:

.

Следовательно, образование озона происходит, главным образом, в тропосфере, а разрушение - в стратосфере (рис. 2).

Рис. 2. Факторы, влияющие на озоновый слой (по П. Ревелль, Ч. Ревелль, 1995)

Но даже если предположить, что эти противоположные процессы компенсируют друг друга, то вследствие перемещения озона из одного слоя атмосферы в другой могут происходить нарушения естественного равновесия. Последствия этого пока неизвестны. Однако, весьма вероятно, что этим разрушается защитный экран Земли.

В США, на долю которых приходилась половина всего мирового выброса хлор- и фторуглеводородов, в 1979 г. использование их в аэрозолях было запрещено законом. Однако применение этих соединений в холодильниках и кондиционерах, после некоторого снижения в 70-х гг., вновь возросло.

Международная конференция по этой проблеме (Монреаль, 1987) приняла резолюцию сократить выпуск хлорфторуглеводородов к концу века на 50 %. В материалах Конференции ООН в Рио-де-Жанейро (1992) отмечено, что есть основания для беспокойства по поводу разрушения стратосферного озонового слоя Земли. Несмотря на Монреальский протокол, общее содержание разрушающих озоновый слой веществ в атмосфере продолжает увеличиваться. Это свидетельствует о том, что принятые соглашения, если и выполняются, то не всеми странами. В связи с этим, правительствам всех стран предлагается ратифицировать или принять Монреальский протокол и поправки к нему 1990 г. Это означает, что развитые страны должны в кратчайшие сроки сделать взносы в Венский и Монреальский целевые фонды по озоновому слою и содействовать передаче технологий замены хлорфторуглеводородов развивающимся странам.

4. Кислотные дожди

Другим видом загрязнения атмосферы, не признающим государственных границ, являются оксиды серы и азота. Во многих странах (вначале в Скандинавии, а затем в США, Канаде, Северной Европе, Японии и др.) учёные обнаружили, что дождевая вода, казалось бы, самая чистая в природе, содержит большое количество кислот.

Оксиды серы и азота в атмосфере - основная причина кислотных дождей. Оксиды серы поступают в воздух при сжигании ископаемых видов топлива, содержащих серу, первое место среди которых занимает каменный уголь (до 90 %), на втором месте - нефть, значительно уступает им газ. Оксиды азота также образуются при сжигании топлива, а дополнительным крупным их источником является автомобильный транспорт (рис. 3).

Рис. 3. Количество выбросов оксидов серы и азота в атмосферу от различных источников

В 1983 г. тепловые электростанции при сжигании угля и нефти выбросили в атмосферу 16,8 млн т серы, или 87 % всех оксидов серы, выброшенных в том же году. При сжигании угля и нефти образуются два кислородных соединения серы: двуокись и трёхокись серы ( и ). В атмосфере окисляется до :

.

Образовавшаяся трёхокись реагирует с водяным паром, образуя серную кислоту:

.

Серная кислота присутствует в воздухе в виде лёгкого тумана, состоящего из крошечных капель.

При сжигании топлива выбрасываются в атмосферу также оксиды кальция и железа, которые вступают в реакцию с серной кислотой, образуя твёрдые частички сульфатов кальция и железа:

,

.

Количество содержащихся в городском воздухе твёрдых частиц сульфатов и капелек серной кислоты может достигать 20 %. Ветер разносит эти загрязнения за сотни километров от места их выброса, образуются туманы и смоги. Оксиды азота окисляются в воздухе до диоксидов, которые тоже растворяются в капельках воды, образуя азотную кислоту:

,

.

Эти две кислоты и а также их соли обусловливают выпадение кислотных дождей. На растения, почву и воду выпадают также сухие частицы в виде солей.

Естественная дождевая вода имеет слабокислую реакцию , так как находится в контакте с (естественный компонент атмосферы) и растворяет её, образуя слабую угольную кислоту:

.

Однако дожди, выпадающие в Новой Англии, например, имеют иногда рН=4 - весьма необычное явление для дождевой воды. В других регионах мира часто наблюдаются дожди с рН ниже 4 (рис. 4).

Рис. 4. Значение рН для некоторых продуктов и кислотных дождей

Европа также страдает от кислотных дождей (рис. 5). Широко распространённое сжигание угля как основного топлива, особенно в Великобритании и Центральной Европе, оказывает разрушительное воздействие на природные экосистемы.

Спектр влияния кислотных дождей очень широк. Прежде всего, они сказываются на популяциях рыб в озёрах, особенно высокогорных, где вода стала кислой. По данным 1975 г., в США 51 % озёр имели рН воды меньше 5, в 90 % этих озёр рыба полностью отсутствовала. Правда, трудно предположить, что такая вода может сильно влиять на взрослых рыб. Скорее всего, низкий рН препятствует размножению рыб, убивая икру.

Рис. 5. Средние значения рН дождевой воды в Европе в 1978-1982 гг. (по П. Ревелль, Ч. Ревелль, 1995)

Вероятно также снижение развития фитопланктона, а следовательно, и кормовой базы для рыб. Снижение численности рыб влечёт за собой исчезновение животных, которые питаются рыбой: белоголового орлана, гагар, чаек, норки, выдры и др. Численность земноводных (лягушек, жаб, тритонов), возможно, тоже сокращается.

Кроме того, подкисленные воды лучше растворяют различные минералы. Ртуть, содержащаяся в природных водоёмах, в кислой среде может превратиться в ядовитую монометиловую ртуть. Подкисление воды в источниках водоснабжения может приводить к растворению в трубах токсичных металлов, которые могут попасть в питьевую воду. Так, в одном из районов Нью-Йорка подкисленная питьевая вода, простоявшая в трубах целую ночь, растворила свинец, и его содержание в воде превысило допустимые нормы.

Кислотные дожди разрушают строительные материалы (растворы, гипс, камень и др.), реагируя с кальцием и магнием, входящими в их состав; усиливают коррозию строительных конструкций из железа и других металлов. Шведские специалисты обнаружили высокую корреляцию между кислотными дождями и коррозией стали.

Конечно, кислотные дожди отрицательно влияют и на наземные экосистемы. Несомненно, что они - одна из причин деградации лесов. По имеющимся данным, например, в Чехословакии серьёзно повреждены деревья на 200 тыс. га лесов именно в тех местах, где интенсивно сжигают бурый уголь с высоким содержанием серы. В Польше погибшие деревья в районах, где используется бурый уголь, обнаружены уже на 500 тыс. га. То же самое отмечено в Австрии, Швейцарии, Швеции, Германии, Голландии, Румынии, США и других странах. Кислотные дожди могут высвобождать из почв токсичный для растений алюминий.

Твёрдые частицы и оксиды серы, действуя совместно, вредно влияют и на здоровье людей. Серная кислота, растворяясь в каплях воды, образует едкий туман, вызывающий аллергию и другие заболевания. Частицы сульфатов железа могут создавать дополнительный канцерогенный потенциал в городском воздухе.

Предотвращение последствий кислотных дождей - непростая проблема. В Швеции и США в порядке эксперимента было предпринято известкование озёр. Известняк содержит карбонат кальция, который уменьшает кислотность воды и создаёт некоторый резерв сопротивляемости - буферную ёмкость:

.

Известкование можно применять и для снижения кислотности почв в лесах. В Шварцвальде (Германия) в одном из лесов в почву внесли смесь сульфата магния (800 кг/га¹) и известняка (2270 кг/га¹). После такой обработки повреждённые деревья стали «выздоравливать».

Для борьбы с кислотными дождями используются те же технические средства, что и для ограничения выбросов оксидов серы и азота в атмосферу. Очистные установки различных конструкций хорошо известны. В 1982 г. Норвегия, Финляндия и Швеция предложили уменьшить выброс в атмосферу серы на 30 %. К ним присоединились Дания, Германия, Швейцария, Австрия, Канада. Великобритания и Франция отказались от таких обязательств. Канада же поставила целью снизить выбросы оксидов серы на 50 %.

В настоящее время по сравнению с 1975 г. выброс в атмосферу оксидов серы, несмотря на принятые меры, уменьшился примерно на 20 %. Многие источники и промышленные объекты, выбрасывающие оксиды серы, за этот период были просто перенесены из одного места в другое. Не следует забывать и о том, что при сжигании угля и в других промышленных производствах образуется большое количество твёрдых частиц. Транспортные средства также выбрасывают в воздух частицы солей свинца, капельки углеводородов, что обусловливает фотохимический смог.

Основные «поставщики» оксидов азота - выхлопные газы от автомобилей. Для борьбы с ними применяются каталитические конверторы и усовершенствованные двигатели. В США эти меры используются довольно широко, но в Европе пренебрегают контролем за выхлопными газами, хотя европейская автомобильная промышленность располагает необходимыми технологиями и на автомобили, экспортируемые в США, защитные устройства устанавливаются.

Библиографический список

1. Атфилд, Р. Этика экологической ответственности. Глобальные проблемы и общечеловеческие ценности [Текст] / Р. Атфилд. - М. : Прогресс, 2010. - 202 с.

2. Банников, А.Г. Мы должны их спасти [Текст] / А.Г. Банников, В.Е. Флинт. - М. : Мысль, 2008. - 171 с.

3. Бердяев, Н.А. Философии свободы. Смысл творчества [Текст] / Н.А. Бердяев. - М. : Правда, 2009. - 607 с.

4. Бганба, В.Р. Социальная экология [Текст] : учеб. пособие для вузов / В.Р. Бганба. - М. : Высшая школа, 2008. - 309 с.

5. Бганба, В.Р. Становление экологической этики: проблемы и перспективы [Текст] / В.Р. Бганба. - М. : Рос. акад. управления, Гуманит. центр РАУ, 2011. - 148 с.

6. Бганба-Церера, В.Р. Экологическая проблема: социально-философ-ские основания и пути решения [Текст] / В.Р. Бганба-Церера. - М. : Наука, 2009. - 77 с.

7. Бганба, В.Р. Культурно-ценностные аспекты отношения человека к природе [Текст] / В.Р. Бганба // Демократизация культуры и новое мышление. - М. : РАУ, 2008. - С. 176-178.

Размещено на Allbest.ru