Курс лекций «Глобальные эколого-экономические проблемы»

Физика
Элементы квантовой механики
Молекулярные спектры
Полупроводники
Ядерная физика конспект
Решение задач по ядерной физике
Физика атомного ядра и частиц
Примеры решения задач
Оптическая физика
Физика элементарных частиц
Законы радиоактивного распада
Задачи по теме Законы радиоактивного распада
Взаимодействие нейтронов с ядрами
Задачи на ядерные реакции
Деление и синтез ядер
Кинематика примеры задач
Электротехника
Общий курс
Теоретические основы электротехники
Расчет электрической цепи
Трехфазные цепи
Электрические машины и трансформаторы
Электрические двигатели и генераторы
Математика
Кратные интегралы
Векторный анализ
Аналитическая геометрия
Курс лекций математического анализа
ТФКП
Атомная энергетика
АЭС России
Развитие энергетики России
Курсовые по энергетике
Ядерные реакторы
РБМК
ВВЭР
Атомные реакторы на быстрых нейтронах
Физика ядерного реактора
Аварийные ситуации на АЭС
Повышение безопасности АЭС
Проблема снижения выбрасов АЭС
Системы контроля на атомной станции
Экологическая политика
Атомные батареи
Ядерные двигатели
Авария на ЧАЭС
Термоядерный синтез
Термоядерный реактор
Тепловая энергетика
Паровой котел
Тепловые станции
Системы теплоснабжения
Экологические проблемы в теплоэнергетике
Экологический аспект
Электрофильтры
Регенеративные методы
Математическое моделирование экологических систем
Ядерное оружие
Полигон Новая земля
История создания
Информатика
Архитектура ЭВМ
Операционная система
Вычислительные комплексы
Начертательная геометрия
Курс лекций
Практикум по решению задач
Геометрическое черчение
Инженерная графика
Каталог графических примеров

 

Влияние хозяйственной деятельности на атмосферу, разрушение озонового слоя и проблемы изменения климата.

Нашу планету омывает единый воздушный океан, который защищает и сохраняет жизнь на Земле. Державы мира могут делить сушу между собой, но находящаяся в вечном движении атмосфера всегда будет общим достоянием человечества. Как компонент природной среды она взаимодействует с Космосом, Мировым океаном и природными водами суши, биотой. Состав атмосферы в значительной мере имеет биогенное происхождение.

Атмосфера является важнейшим условием появления и развития жизни на Земле. Атмосфера — окружающая Землю газовая среда. Ее масса — около 5,5×1015т, или менее одной миллионной всей массы Земли. Толщина нижнего слоя атмосферы (тропосферы), содержащего около 80% ее массы, — от 8 км в полярных широтах до 18 км в экваториальном поясе. В стратосфере, расположенной на высоте до 55 км над поверхностью, находится до 20% массы атмосферы. Сухой воздух у поверхности Земли содержит по объему 73% азота и 21% кислорода, малые дозы аргона и углекислого газа.

Атмосфера задерживает свыше половины энергии солнечного излучения, достигающего наружной ее границы. Коротковолновое и гамма-излучение, которые могли бы быть губительными для жизни на Земле, целиком поглощаются атмосферой (точнее, находящейся в ее верхних слоях ионосферой, а также слоем озона) и до поверхности Земли не доходят. Атмосфера защищает поверхность Земли и от падения метеоритов. Между атомосферой и поверхностью Земли происходит постоянный тепло-, влаго- и газообмен, изменяется атмосферное давление, совершается циркуляция воздуха, что имеет большое значение для погоды.

В связи с наличием в атмосфере водяного пара и углекислого газа она почти не пропускает теплового излучения, создавая так называемый "парниковый эффект". Увеличение содержания углекислого газа в атмосфере в результате человеческой деятельности, процессов горения, в которых сжигается кислород и образуются углекислый газ и другие газы, приводит к усилению "парникового эффекта", может вызвать повышение средней температуры, угрожает таянием полярных льдов. На состав атмосферы отрицательно влияет выброс различных других вредных веществ — окислов серы, окислов азота, углеводородов, твердых частиц (пыли) и т.д. Движение реактивных самолетов разрушает тонкий слой озона, находящийся в верхних слоях тропосферы и нижних слоях стратосферы и служащий защитой от радиации.

В наибольшей степени загрязняет атмосферу транспорт, преимущественно автомобильный — основной источник углекислого газа, углеводородов и окислов азота. В целом на его долю приходится более половины всех выбросов в атмосферу. Крупный источник загрязнения — электростанции, выбрасывающие окислы серы, окислы азота и пыли; далее — промышленность, выпускающая углекислый газ, окислы серы, углеводороды и твердые частицы. Прочие источники загрязняют атмосферу преимущественно углекислым газом, твердыми частицами. Загрязнение атмосферы продуктами производственной деятельности оказывает обратное разностороннее вредное влияние на производство и быт людей..

Влияние климата на здоровье человека, да и всех живых организмов, проявляется прежде всего в их тепловом состоянии, обусловленном теплообменом с окружающей средой. На процессы терморегуляции живых организмов существенное влияние оказывают температура и влажность воздуха, ветер. Например, внезапные изменения ветрового режима, атмосферного давления и температуры - рассматриваются как причины ухудшения состояния здоровья у большинства людей, т. н. - метеозависимость.

Рассматривая различные функции атмосферы Земли, можно сделать однозначный вывод, что жизнь на Земле без этой воздушной оболочки была бы невозможна. В то же время становится уже свершившимся фактом глобальный процесс атмосферного загрязнения. Целый ряд естественных процессов и явлений сопровождается загрязнением — вулканизм, выветривание, отмирание растительности и др. Однако антропогенное загрязнение атмосферы преобладает над естественным, и это соотношение непрерывно возрастает.

Изменения в атмосфере ученые связывают главным образом с изменением концентрации второстепенных газов, таких, как диоксид углерода, оксиды азота, диоксиды серы, озон, фреоны и др. О глобальных последствиях, связанных с этими газами, нам еще предстоит узнать.

Автотранспорт дает 37% всех загрязнений атмосферы, промышленность — 32%, на прочие источники приходится 31%.В США ежегодно выбрасываются в атмосферу десятки миллионов тонн отходящих газов и пыли. Хотя за последние годы выпуск загрязнителей в атмосферу США стал снижаться в результате применения очистных установок, загрязнение воздуха остается очень большим. Несмотря на принимаемые меры, загрязнение воздуха в ряде городов часто превосходит уровень, вредный для здоровья.

Большой ущерб от загрязнения воздуха наносится зданиям и сооружениям вследствие коррозии, появления трещин, ослабления материалов. По данным Агентства по охране окружающей среды, ущерб, нанесенный всем видам зданий и сооружений в 45 городах США к началу 90-х годов, составляет около 600 млн. долл. Под угрозой разрушения находятся исторические памятники Италии, Греции, Египта.

Загрязнение воздуха наносит ущерб сельскому хозяйству. Наличие двуокиси углерода в атмосфере затрудняет развитие растений. Фтористые соединения плохо влияют на фотосинтез. Уменьшаются количество и вес плодов. Ежегодные потери в сельском хозяйстве США от вредных веществ, попадающих в атмосферу, составляют многие миллионы долларов. Только в восточных штатах страны ежегодные убытки от потерь урожая в 90-х годах достигли 20 млн. долл.

К вредным газам, содержащим двуокись серы, окись углерода, окислы азота и попадающим в атмосферу с промышленных предприятий данной страны, прибавляются еше выбросы, переходящие из других стран через государственные границы. Вредные выбросы из труб промышленных предприятий северо-востока США отравляют атмосферу не только самих США, но и Канады. Газы из Японии достигают США. Из Англии сернистый ангидрид и другие загрязнители достигают Норвегии и Швеции, из Франции попадают в ФРГ, а ФРГ "направляет" газы в Скандинавские страны. Все это наносит вред окружающей среде.

Атмосфера относится к тем природным богатствам, которые невозможно ограничить национальными или государственными границами — воздушная масса постоянно движется и находится в пользовании всего человечества, поэтому загрязнение атмосферы одной страной нередко причиняет вред другой. В деле использования атмосферы как общего для всей планеты ресурса сотрудничество стран необходимо.

Термин «кислотные дожди» появился во второй половине XIX в. Его ввел английский химик Р. Смит, опубликовавший книгу «Воздух и дождь: начало химической климатологии».

В нашем столетии первыми обратили внимание на пагубное действие кислотных дождей жители Скандинавских стран; в реках и озерах изменился видовой состав рыб, гибли лосось и форель. Рыбаки за сезон не могли поймать ни одного хариуса там, где недавно он был в изобилии. Снег в горах стал серого цвета. Деревья раньше времени сбрасывали листву. Те же симптомы вскоре появились в США, Канаде, Западной Европе. Все названные процессы происходили вдали от городов и промышленных центров. Понадобились годы исследований, чтобы понять сущность и причины этих явлений, осознать масштабы надвигающейся опасности, выработать пути борьбы с этой грозной глобальной проблемой.

Современная проблема, связанная с кислотными дождями, охватила множество стран, перешагнула через океаны, стала настоящим «бичом для всего человечества».

Впервые проблема кислотных дождей стала предметом международного обсуждения в 1975 г. на XVIII Генеральной ассамблее международного союза по теоретической и прикладной химии.

Антропогенные источники вносят основной «вклад» в загрязнение атмосферы диоксидом серы и оксидами азота.

Эколого-экономические последствия выпадения кислотных дождей достаточно значительны. Кислотные дожди наносят ущерб не только природе, но и зданиям и сооружениям.

Трансграничные перемещения атмосферных загрязнителей создают условия для мировых экологических конфликтов. Виновниками загрязнителей атмосферы над многими странами в Европе являются Англия и Германия. (Объясните, почему территории Норвегии, Швеции, Дании, Финляндии загрязняются заводами Рура, Бирмингема, Люксембурга.)

По оценкам специалистов, лишь 10% загрязнителей, выпадающих из атмосферы на территорию Норвегии, имеют собственно норвежское происхождение. Остальные 90% переносятся из других стран. В Швеции 70% атмосферных загрязнений переносятся из-за рубежа. Вместе с тем подсчитано, что из Англии «экспортируется» около 1 млн. т оксида серы. Североевропейские страны неоднократно обращались в международные организации по поводу этого факта. Правительство Швеции обвинило Англию в ведении настоящей «экологической войны» против своих соседей.

Аналогичная ситуация сложилась и в Северной Америке. Главными загрязнителями воздушного бассейна, а через него и ландшафта на этом континенте являются США. Трансграничные перемещения дымовых облаков на территорию Канады и последующие кислотные дожди — предмет бесконечных споров между США и Канадой. Переговоры по поводу кислотных дождей ведутся между обеими странами на самом высоком уровне.

Большая часть озона располагается в стратосфере. На верхнюю границу атмосферы постоянно обрушивается мощный поток солнечных и иных космических излучений широкого диапазона волн и энергий: гамма-излучения, жесткие рентгеновские и ультрафиолетовые лучи, видимый свет, инфракрасное излучение. Если бы все они смогли достичь земной поверхности, то их мощная энергия мгновенно испепелила бы все живое. Этого не случается благодаря озоновому экрану и ионосфере. Поглощая ультрафиолетовую часть спектра солнечной энергии в диапазоне 0,28 — 0,34 мкм, тонкий слой озона спасает жизнь от смертельно опасной ультрафиолетовой радиации. «Процеженная» через озоновый фильтр, она еще опасна для некоторых организмов, в том числе болезнетворных, но не для человека. Солнечная энергия, поступающая на Землю, создает саму возможность жизни. Но ее доза тоже во многом определяется атмосферой. Не будь ее, днем Солнце раскаляло бы земную поверхность до 100 °С, а ночью ледяной Космос выстуживал бы ее до —100 °С. 200-градусный перепад суточных температур намного превышает возможности к выживанию большинства, если не всех, нынешних форм земной жизни

Снижение концентрации стратосферного озона является очень важной глобальной проблемой. Несмотря на малое содержание стратосферного озона, его роль в сохранении биологической жизни Земли исключительно велика. Как уже отмечалось, молекулы озона поглощают жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца, которое разрушает органические молекулы. Это относится и к молекулам ДНК, отвечающим за передачу наследственных признаков. Озонный слой, словно щит, не только оберегает живое вещество от прямого разрушения, но и обеспечивает ход эволюции.

По данным ВОЗ, снижение уровня содержания озона в атмосфере существенно повысит количество онкологических заболеваний, развитие катаракты и др., подавит фотосинтез растений и т.д.

Решение проблемы связано с международным сотрудничеством.

В 1975 г. Всемирная метеорологическая организация (ВМО) впервые выступила с заявлением о воздействии на слой озона результатов деятельности человека и о вероятных геофизических последствиях этого. А уже в 1977 г. по инициативе ЮНЕП (Программа ООН по окружающей среде) в Вашингтоне было созвано специальное совещание экспертов по озону. Был выработан и принят «Мировой план действий по озоновому слою», который сейчас реализуется в рамках международного сотрудничества. В Вене в марте 1985 г. подписана конвенция по охране озонового слоя. А в 1987 г. в Монреале было принято международное соглашение по уменьшению и дальнейшему отказу от производства веществ, разрушающих озоновый слой. В настоящее время во всех развитых странах, а также в Китае и Индии принимаются меры по предотвращению и смягчению последствий озонового истощения.

Климат всегда воспринимался человеком как данность. Климат был жизненным обстоятельством, мало подающимся человеческой воле. Но в конце 20 –го столетия пришло понимание того, что человек своей деятельностью способен существенно, хотя и неосознанно, воздействовать на атмосферу, и тем самым на климат. Как известно, ряд газов — СО2, водяной пар, метан, фреоны, озон и др. — создают так называемый парниковый эффект. Сущность парникового эффекта состоит в том, что парниковые газы свободно пропускают солнечную радиацию к Земле, но задерживают отраженное от Земли длинноволновое тепловое (инфракрасное) излучение. Тепловая энергия накапливается в приповерхностных слоях атмосферы. Благодаря существованию в атмосфере парниковых газов, средняя температура поверхности Земли на 33°С выше той, которая была бы при их отсутствии. Она составила бы -18°С, и жизнь на Земле была бы невозможна.

Главная причина глобального потепления это - увеличение содержания в атмосфере парниковых газов, и прежде всего CO2. Огромный «вклад» в парниковый эффект вносит СО2. Источниками поступления углекислого газа в атмосферу являются увеличение объемов сжигания углеводородного топлива, вулканическая деятельность, дыхание растений, животных органического разложение. Однако естественные источники поступления углекислого  газа существовали всегда, а значительный рост объемов его поступления в последнее  время связано с хозяйственной деятельностью человека. Основными поставщиками углекислого газа за счет сжигания ископаемого топлива (нефть, уголь) служат развитые страны. В целом они выбрасывают его во много раз больше развивающихся стран. Среди «рекордсменов» можно назвать США, Китай, Японию, Великобританию, бывший СССР. Вся Африка выбрасывает углерода за счет сжигания ископаемого топлива в 8 раз, а вся Южная Америка в 2 раза меньше, чем США.

На рост CO2, как важнейшего парникового газа существенное влияние оказывает сокращение площади лесов, поглощающих CO2.

Но в наше время мы наблюдаем обратный процесс. Как показали новейшие исследования российских ученых, биота Земли начала активно поставлять углерод в атмосферу, увеличивая, а не уменьшая загрязнение окружающей среды, производимое промышленными предприятиями. Почему это происходит?

Другой парниковый газ — метан СН4 (болотный газ). Его количество в атмосфере планеты также возрастает в последние десятилетия. Источники метана, увеличивающие его концентрацию в атмосфере, могут быть индустриальными (нефтеперерабатывающая промышленность) и природными (горение лесов, осушение и мелиорация болот, выращивание риса, животноводство). Метан очень эффективный поглотитель инфракрасного излучения, хотя и содержится в атмосфере в значительно меньших количествах, чем диоксид углерода. Но скорость годового нарастания концентрации его почти в два раза больше, чем у диоксида углерода. Поступление метана хорошо коррелируется с ростом численности населения земного шара и связано, по-видимому, с расширением площади заливаемых водой рисовых полей, ростом численности крупного рогатого скота, утечками при добыче нефти, угля и газа. К середине XXI в. ожидается увеличение концентрации СН4 в два раза.

С ростом применения в сельском хозяйстве азотных удобрений и массовых процессов сгорания органики увеличивается атмосферная концентрация закиси азота. Количество NO в воздухе прибавляется на 0,3% в год.

Рост концентрации фреонов также может оказать значительное влияние на климат.

Средний темп увеличения глобальной средней температуры в течение следующего столетия составит примерно 0,3°С за десятилетие. Такого быстрого увеличения не наблюдалось за последние 10 тыс. лет. К середине 21 в. средняя температура нижних слоев атмосферы повысится примерно на 3°С..

Глобальное потепление приведет к повышению уровня Мирового океана на 50—65 см, в первую очередь за счет таяния ледников суши, а также увеличения объема воды в верхнем слое Океана (в результате так называемого термического расширения). Повышение уровня Мирового океана расценивают как глобальную катастрофу, поскольку, по различным данным, от 30 до 50% населения земного шара живет на его побережье или близкой к нему территории. Серьезная угроза возникнет для некоторых островных государств, приведет к миграции десятков миллионов людей, к затоплению низко расположенных городских районов, продуктивных земель.

Таким образом, в результате человеческой деятельности атмосфера планеты будет нагреваться, этот процесс потепления породит другие процессы, имеющие катастрофические последствия. Поэтому важнейшей задачей  является борьба с глобальным потеплением, а следовательно с причинами его обуславливающими.

На главную