ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ

Загрязнение атмосферного воздуха приводит к многочисленным экологическим последствиям (табл. 32).

Таблица 32

Изменения в атмосфере под воздействием примесей антропогенного происхождения (В.А. Вронский, 1996)

Примечание: «+» — газ усиливает эффект; «—» — газ ослабляет эффект.

Парниковый эффект и глобальное потепление климата. Парниковый (тепличный, оранжерейный) эффект — разогрев нижних слоев атмосферы вследствие способности атмосферы пропускать коротковолновую солнечную радиацию, но задерживать длинноволновое тепловое излучение земной поверхности (рис. 39).

Парниковые газы — газы с высокой прозрачностью в видимом диапазоне и с высоким поглощением в дальнем инфракрасном диапазоне. К ним относятся диоксид углерода, метан, оксида азот, фреоны и др.

Разные газы обладают разной парниковой активностью. Потенциал глобального потепления (ПГП) — коэффициент, определяющий степень воздействия различных парниковых газов на глобальное потепление. Эффект от выброса оценивается за определенный промежуток времени. В качестве эталонного газа взят диоксид углерода, чей ПГП принят за 1 (табл. 33).

Таблица 33

Время жизни в атмосфере и потенциал глобального потепления (ПГП) некоторых парниковых газов

Вклад парниковых газов в парниковый эффект зависит не только от их парниковой активности, но и от их количества в атмосфере. Так, основным парниковым газом в атмосферах Венеры и Марса является диоксид углерода, а в атмосфере Земли — водяной пар (табл. 34). Водяной пар задерживает около 60% теплового излучения Земли, углекислый газ — до 26%. В отсутствие атмосферы средняя температура земной поверхности была бы —23 °С, а в действительности она составляет + 15 °С.

Таблица 34

Вклад газов атмосферы в парниковый эффект

За последние 50 лет содержание углекислого газа в атмосфере возросло с 0,027 до 0,036% (рис. 40). Это привело к повышению среднегодовой температуры на планете на 0,6 °С (рис. 41). При этом фактическое потепление идет быстрее, чем расчетное (рис. 42). Существуют климатические модели, согласно которым рост температуры до конца XXI в. на основе моделей составит: 1,1—2,9 °С для минимального сценария эмиссии; 2,4—6,4 °С для сценария максимальной эмиссии.

Рис. 40. Эмиссии углекислого газа в атмосферу Земли (http://www.bio. шеи. ги/<іісІ/уіеу.рЬр?ГО=266)

Рис. 41. Изменение среднегодовой температуры атмосферного воздуха Земли (http://www.bio. глеи. ru/dict/view.php?ID=266)

Рис. 42. Сравнение расчетной и фактической скорости потепления (http://www.bio. msu.ru/dict/view.php?ID=266)

Сегодня человечеству очень важно ответить на вопрос: является современное потепление естественным природным процессом или это следствие хозяйственной деятельности человека. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC, рус. Межправительственная группа экспертов по изменению климата, МГЭИК) — организация, созданная для оценки риска глобального изменения климата, вызванного техногенными факторами (деятельностью человека) — в своем пятом докладе в 2013 г. указывает следующее: «Очень вероятно (95—100%), что человеческая деятельность является основной причиной наблюдающегося потепления начиная с середины XX столетия».

Отрицательные для человечества последствия глобального потепления:

• ? повышение уровня Мирового океана в результате таяния материковых и морских льдов и теплового расширения океана ведет к затоплению приморских равнин, усилению абразионных процессов, ухудшению водоснабжения приморских городов, деградации мангровой растительности и т.д.;
• ? таяние вечной мерзлоты вызывает разрушение инфраструктуры: дорог, строений, коммуникаций; активизирует процессы заболачивания, термокарста и т.д.;
• ? увеличение числа экстремальных (неблагоприятных) погодных явлений (наводнений, засух, ураганов и т.д.) наносит существенный экономический и экологический ущерб;
• ? расширение ареалов болезней и вредителей;
• ? сокращение биоразнообразия: при потеплении выше 2 °С до 40% видов могут оказаться под угрозой исчезновения;
• ? усиление аридности климата ряда территорий. Однако возможно как увеличение влажности климата тех или иных территорий, так и снижение.

Положительные для человечества последствия глобального потепления:

• ? улучшение продуктивности сельского хозяйства и природных экосистем. Повышение концентрации углекислого газа увеличит интенсивность фотосинтеза, а значит, продуктивность диких и культурных растений. Положительный эффект может быть нивелирован ростом числа опасных погодных явлений;
• ? сокращение длины отопительного сезона;
• ? развитие навигации по Северному морскому пути (вследствие таяния льдов в Северном Ледовитом океане);
• ? возрастание влажности климата аридных зон. Повышение температуры ведет к увеличению испарения с поверхности океана. Однако возможно как увеличение влажности климата тех или иных территорий, так и снижение.

Разрушение озонового слоя. Озоновый слой (озоносфера) — слой атмосферы с наибольшей концентрацией озона (0₃) на высоте 20—25 км (в тропических широтах — 25—30 км, в умеренных — 20—25, в полярных — 15—20) (рис. 43). В атмосфере озон образуется из кислорода под действием ультрафиолетового излучения (рис. 44). Содержащееся в озоновом слое количество озона невелико: в приземных условиях атмосферы (при давлении 760 мм и температуре +20 °С) он образовал бы слой толщиной всего 3 мм (это соответствует 300 единицам Добсона, или 300 х 2,69 х Ю¹⁶ молекул озона на квадратный сантиметр поверхности Земли).

Озоновый слой поглощает от 97 до 99% солнечного излучения в области длин волн от 200 до 315 нм. Ультрафиолетовые лучи в небольших дозах необходимы живым организмам (стимуляция роста и развития клеток, бактерицидное действие, синтез витамина Э и т.д.), в больших дозах губительны из-за способности вызывать раковые заболевания и мутации. Истощение озонового слоя в атмосфере Земли приводит к увеличению потока ультрафиолетовых лучей на земную поверхность.

Озоновая дыра — значительное пространство в озоносфере планеты с заметно пониженным (менее 220 единиц Добсона) содержанием озона. Наиболее крупная озоновая дыра диаметром свыше 1000 км расположена над Антарктидой. Она была обнаружена в 1985 г. В Арктике имеется озоновая дыра меньших размеров. Тот факт, что озоновые дыры наибольших размеров расположены над полюсами, объясняется отсутствием образования озона во время полярных ночей.

Рис. 43. Изменение количества атмосферного озона с высотой над уровнем моря (http://www.bio. шеи. ги/сНс1Лчеу.рЬр?ГО=266)

Рис. 44. Естественная генерация и диссоциация озона.

Считается, что основной причиной возникновения озоновых дыр является значительное содержание в атмосфере фреонов. Фреоны (хлорфторуглероды) — высоколетучие, химически инертные у земной поверхности вещества, широко применяемые в производстве и быту в качестве хладагентов (холодильники, кондиционеры, рефрижераторы), пенообразователей и распылителей (аэрозольные упаковки). Фреоны, поднимаясь в верхние слои атмосферы, подвергаются фотохимическому разложению с образованием окиси хлора, интенсивно разрушающей озон.

Были приняты два важных международных соглашения об охране озонового слоя: «Венская конвенция об охране озонового слоя» (1985 г.) и Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой» (1987 г.). Согласно имеющимся прогнозам, озоновый слой Земли полностью восстановится примерно к 2050 г. Мнение Кофи Аннана (бывший Генеральный секретарь ООН): «Возможно, единственным очень успешным международным соглашением можно считать Монреальский протокол».

Согласно другой гипотезе, образование озоновых дыр может быть обусловлено в основном естественными причинами и мало зависит от деятельности человека.

Кислотные дожди. Кислотный дождь — дождь или снег, подкисленный до pH <5,6 из-за растворения в атмосферной влаге антропогенных выбросов (оксиды серы, оксиды азота, хлороводород, сероводород и др.).

Отрицательное воздействие кислотных дождей на растительность проявляется как в прямом биоцидном воздействии на растительность, так и в косвенном через снижение pH почв. Выпадение кислотных дождей приводит к ухудшению состояния и гибели целых лесных массивов, а также снижению урожайности многих сельскохозяйственных культур. Кроме того, отрицательное воздействие кислотных дождей проявляется в закислении пресноводных водоемов. Снижение pH воды вызывает сокращение запасов промысловой рыбы, деградацию многих видов организмов и всей водной экосистемы, а иногда и полную биологическую гибель водоема. Кислотные дожди разрушают здания, памятники культуры, трубопроводы, мосты, автомобили и т.д. Негативные последствия кислотных дождей зафиксированы в США, Европе, Австралии, России, Китае, Индии и других странах.

Смог. Смог — ядовитая смесь дыма, тумана и пыли. Различают два типа смога: лондонский и лос-анджелесский.

Лондонский (зимний) смог образуется зимой в крупных промышленных центрах при неблагоприятных погодных условиях: отсутствии ветра и температурной инверсии. Температурная инверсия проявляется в повышении температуры воздуха с высотой (в слое 300—400 м) вместо обычного понижения. В результате дым и загрязняющие вещества (пыль, оксиды серы и углерода) не могут подняться вверх и рассеяться, а образуют туманную завесу.

Лос-анджелесский (летний, фотохимический) смог возникает летом также при отсутствии ветра и температурной инверсии, но обязательно в солнечную погоду. Он образуется при воздействии солнечной радиации на оксиды азота и углеводороды, поступающие в воздух в составе выхлопных газов автомобилей и выбросов предприятий. В результате образуются высокотоксичные загрязнители — фотооксиданты, состоящие из озона, органических пероксидов, пероксида водорода, альдегидов и т.д.

Смог вызывает обострение респираторных заболеваний, раздражение глаз, ухудшение физического состояния и т.д. вплоть до летального исхода. В 1952 году в Лондоне от смога за две недели погибло более 4000 человек, еще 8000 человек погибло в последующие несколько месяцев.

Рассеять смог может только ветер, а бороться с ним можно путем сокращения выбросов загрязнителей в атмосферу.

Воздействие загрязнения воздуха на организм человека. Физиологическое воздействие на человеческий организм загрязнителей атмосферного воздуха различно. Оксид углерода (угарного газа) прочно соединяется с гемоглобином крови, что препятствует нормальному снабжению органов и тканей кислородом, в результате ослабляются процессы мыслительной деятельности, замедляются рефлексы, возникает сонливость, возможны потери сознания и смерть от удушья. Диоксид кремния (8Ю₂), содержащийся в пыли, вызывает тяжелое заболевание легких — силикоз. Диоксид серы, соединяясь с влагой, образует серную кислоту, которая разрушает легочную ткань. Оксиды азота раздражают и разъедают слизистые оболочки глаз и легких, увеличивают восприимчивость к инфекционным заболеваниям, вызывают бронхит и пневмонию. Если в воздухе содержатся совместно оксиды азота и диоксид серы, то возникает эффект синергизма, т.е. усиление токсичности всей газообразной смеси. Частицы размером менее 5 мкм способны проникать в лимфатические узлы, задерживаться в альвеолах легких, засорять слизистые оболочки.

Незначительные по объему выбросы, такие, как бенз(а)пирен, соединения свинца, кадмия, ртути, мышьяка, кобальта, фосфора и др., могут оказывать воздействие, растянутое во времени. Они обладают канцерогенным действием, вызывают дефекты у новорожденных, снижают иммунитет, угнетают кроветворную и нервную системы и т.д.