Антропогенний вплив на атмосферу та охорона атмосферного повітря

2NO₂ + H₂О → HNO₃ + HNO₂.

Існують ще два види кислотних  дощів, що поки не відслідковуються моніторингом атмосфери. Хлор, що знаходиться в  атмосфері, при з'єднанні з метаном (джерела надходження метану в  атмосферу: антропогенний – рисові поля, а також результат танення гідрату метану у вічній мерзлоті внаслідок потеплення клімату) утворить хлороводень, що добре розчиняється у воді з утворенням аерозолей соляної кислоти:

Cl + СН₄ → CH₃ + HCI, СН₃ + Cl₂ → СН₃Cl + Cl.

 

 

 

 

3.2.3 Вплив кислотних дощів на екосистеми і людей

 

У водяних екосистемах  кислотні опади викликають загибель риб та інших водяних мешканців. Підкислення води рік і озер серйозно впливає і на сухопутних тварин, тому що багато звірів і птахів входять  до складу харчових ланцюгів, що починаються  у водяних екосистемах. Разом  із загибеллю озер стає очевидною  і деградація лісів. Кислоти порушують  захисний восковий покрив листів, роблячи  рослини більш уразливими для  комах, грибів і інших патогенних мікроорганізмів. Під час посухи через ушкоджені листи випаровується  більше вологи. Вилуджування біогенів із ґрунту і вивільнення токсичних елементів сприяє уповільненню росту і загибелі дерев. Можна припустити, що відбувається і з дикими видами тварин, коли гинуть ліси. Якщо руйнується лісова екосистема, починається ерозія ґрунту, засмічення водоймищ, повінь і погіршення запасів води стають катастрофічними. Підкислення ґрунту азотнокислими дощами стимулює розвиток лісових шкідників. У результаті закислення в ґрунті відбувається розчинення живильних речовин, життєво необхідних рослинам; ці речовини виносяться дощами в ґрунтові води. Одночасно вилуджуються з ґрунту і важкі метали, що потім засвоюються рослинами, викликаючи в них серйозні ушкодження. Використовуючи такі рослини в їжу, людина також одержує разом з ними підвищену дозу важких металів. Коли деградує ґрунтова фауна, знижуються врожаї, погіршується якість сільськогосподарської продукції, а це, як ми знаємо, спричиняє погіршення здоров'я населення. Під дією кислот з гірських порід і мінералів вивільняється алюміній, а також ртуть і свинець, що потім попадають у поверхневі і ґрунтові води. Алюміній здатний викликати хворобу Альцгеймера, різновид передчасного старіння. Важкі метали, що знаходяться в природних водах, негативно впливають на нирки, печінку, центральну нервову систему, викликаючи різні онкологічні захворювання. Генетичні наслідки отруєння важкими металами можуть проявитися через 20 років і більш не тільки в тих, хто вживає брудну воду, але й у їхніх нащадків.

 

3.2.4 Руйнація архітектурних споруд

 

Кислотні дощі роз'їдають метали, фарби, синтетичні з'єднання, руйнують архітектурні пам'ятники. Багато скульптур  і будинки в Римі, Венеції й  інших містах, пам'ятники зодчества, такі, як Акрополь в Афінах, Кельнський собор та інші, за кілька останніх десятиліть одержали значно великі ушкодження, чим  за весь попередій час. Під погрозою повного руйнування в результаті дії кислотних опадів знаходяться більш 50 тис. скульптур скельного «Міста Будд» під Юньанем у Китаї, побудованого 15 століть назад. Найбільш характерні кислотні дощі для індустріальних країн з високорозвиненою енергетикою. Найбільшу втрату вони нанесли лісам Центральної Європи, зокрема 35% лісів Німеччини (на площі більш 2,5 млн. га) ушкоджені ними. Збиток від кислотних дощів для європейських лісів оцінюється в 118 млн. м³ деревини в рік (з них близько 35 млн. м³ на європейській території Росії). У меншому ступені від кислотних дощів страждають сільськогосподарські рослини, оскільки підкислення ґрунтів тут можна контролювати агрохімікатами. Для боротьби з кислотними дощами необхідно направити зусилля на скорочення викидів кислотоутворюючих речовин вугільними електростанціями. А для цього необхідно: використання низько сірчисте вугілля чи його очищення від сірки; установка фільтрів для очищення газоподібних продуктів; застосування альтернативних джерел енергії. Більшість людей залишається байдужими до проблеми кислотних дощів.

 

 

3.3 Парниковий ефект

 

Парниковий газ (англ. Greenhouse gas) – газ, що поглинає теплове випромінювання поверхні Землі і хмар (інфрачервона радіація) і відбиває його назад до Землі. До основних парникових газів в атмосфері Землі належать водяна пара (H₂O), двоокис вуглецю (CO₂), закис азоту (N₂O), метан (CH₄) і озон (O₃).

Згідно з Додатком А  до Кіотського протоколу визначано шість основних парникових газів, які дають внесок до парникового ефекту. Цими газами є:

1. Діоксид вуглецю, СО2
2. Метан, СН4
3. Закис азоту, N2O
4. Гідрофторвуглецеві сполуки
5. Перфторвуглецеві сполуки
6. Гексафторид сірки, SF6

 

 

 

 

 

3.3.1 Механізм парникового  ефекту

 

Образну назву «парниковий  ефект» одержало природне явище суть якого полягає в тому, що атмосфера  затримує теплове випромінювання яке  йде від земної поверхні (подібно  до плівки над городнім парником).

Енергія, що надходить на нашу планету від Сонця, визначає хід усіх біологічних процесів на Землі. Із загальної кількості цієї енергії 20 % поглинається атмосферою, 34 % відбивається хмарами і земною поверхнею й повертається у космос 46 % енергії доходять до земної поверхні й нагрівають її Нагріта земля у свою чергу випромінює довгохвильову інфрачервону (теплову) радіацію, що частково гіде в космос, а частково залишається в атмосфері, затримуючись газами, що входять до її складу, і нагріваючи приземні шари повітря.

 

3.3.2 Парникові  гази

 

Гази, що затримують теплове  випромінювання і перешкоджають  витіканню тепла в космічний  простір, називаються парниковими  газами.

Завдяки парниковому ефекту середньорічна температура біля поверхні

Землі за останнє тисячоліття  складає приблизно 15 °С. А без  нього вона опустилася б до -18 °С, й існування життя на Землі  стало б неможливим.

Основний парниковий газ – водяна пара, яка затримує до 60 % теплового випромінювання Землі. Вміст водяної пари в атмосфері визначається планетарним кругообігом води і при сильних широтних і висотних коливаннях загалом є практично постійним.

Інші 40 % теплового випромінювання Землі затримують інші парникові  гази, у тому числі більше 20% – вуглекислий газ.

 

 

Рис. 4. Графік глобальних змін температури

 

Основні джерела вуглекислого газу в атмосфері – виверження вулканів і природні лісові пожежі. На зорі геобіохімічної еволюції Землі (тобто тоді, коли виникли перші біологічні сполуки) вуглекислий газ надходив у Світовий океан через підводні вулкани й виділявся в атмосферу.

Дотепер немає точних оцінок вмісту вуглекислого газу в атмосфері  на ранніх етапах її розвитку. Американський  геохімік Д. Маре вважає, що вміст вуглекислого газу в атмосфері в перший мільярд років її існування був у 1000 разів більшим, ніж сьогодні – близько 39 %. Тоді температура повітря в приземному шарі сягала майже 100 °С, а температура води в Світовому океані наближалася до точки кипіння (надпарниковий ефект).

З появою фотосинтезуючих організмів почав діяти могутній механізм вилучення з атмосфери й океану вуглекислого газу – адже він необхідний для фотосинтезу. Зв'язаний живими організмами, вуглекислий газ почав відкладатися в осадових породах, і парниковий ефект поступово зменшувався, поки не встановилася рівновага в біосфері, при якій вміст вуглекислого газу в атмосфері складає 0,03 %.

 

3.3.3 Вплив діяльності  людини на посилення парникового  ефекту

 

З початком епохи індустріалізації в атмосферу почав надходити  вуглекислий газ, що утворюється  в результаті спалювання викопного  палива:

С + 0₂ -> С0₂ — реакція спалювання вугілля,

C3H_g + 50₂ -> ЗС0₂ + 4Н₂0 — реакція спалювання газу,

С₂₅Н₅₂ + 380₂ -> 25С0₂ + 26Н₂0 — реакція згоряння мазуту. Викиди вуглекислого газу в атмосферу значно зросли в другій половині XX століття. Основною причиною цього стала колосальна залежність сучасної світової економіки від викопних видів палива. Сьогодні", наприклад, викопне паливо забезпечує 75 % світового виробництва електричної енергії. За оцінками експертів ООН, із початку XX ст. збільшення викидів вуглекислого газу складало від 0,5 % до 5 % щорічно. У результаті тільки за рахунок спалювання палива в атмосферу надійшло 400 млрд тонн вуглекислого газу. За розрахунками фахівців, зараз атмосфера містить на 25 % вуглекислого газу більше, ніж його було накопичено за останні 160 тисяч років. На думку деяких учених, відбулося порушення біосферного вуглецевого кругообігу: "надходження вуглекислого газу в атмосферу почало перевищувати його споживання живими організмами.

Сьогодні у світі в  результаті спалювання палива на теплових електростанціях, промислових підприємствах і в автомобільних двигунах в атмосферу щорічно викидається більше 5 млрд тонн вуглекислого газу. Ще  1 – 2 млрд. тонн його йде в атмосферу за рахунок спалювання лісів, переважно тропічних. Ліси зникають із поверхні планети з катастрофічною швидкістю, за останні два століття їхня площа скоротилася вдвічі Вологі тропічні ліси почали інтенсивно згоряти із середини XX ст. (у середньому вони зникають зі швидкістю І га на хвилину або 5 тис км на рік).

До інших парникових газів, поява яких в атмосфері в значній  кількості o6v мовлена господарською діяльністю людини, належать:

1. Метан СН₄, що надходить із рисових полів (близько 110 млн. т на рік), в результаті витоків природного газу при нафто - і вуглевидобутку (до 50 млн. т у рік) Частка його впливу на посилення парникового ефекту складає 15 %.

2. Фторхлорвуглеці (фреони), витік яких відбувається на промислових га інших об'єктах Частка їхнього впливу 12 – 24%,

3. Нітроген оксиди, що потрапляють в атмосферу внаслідок спалювання палива в реактивних літакових і ракетних двигунах, застосування азотних добрив v сільському господарстві Частка їхнього впливу – 5 – 6%.

За останні роки відзначається  поступове зростання вміст цих  парникових газів в атмосфері

 

 

 

 

3.3.4 Негативні  наслідки парникового ефекту

 

Припущення, що наслідками господарської  діяльності людини можуть стати значні зміни клімату, вперше були висловлені наприкінці XIX - початку XX ст. У 1922 році англійський герцог Шерлок висунув ідею, що ці зміни прямо пов'язані з умістом вуглекислого газу в атмосфері, а отже, із зростаючими масштабами використання викопного горючого палива

Рис. 5. Середня планетарна температура приземного шару повітря

 

На Міжнародній конференції  вчених із проблеми антропогенної зміни  клімату, що пройшла в Торонто  в 1988 рот, був зроблений висновок, що наслідки посилення парникового  ефекту поступаються лише наслідкам  світової ядерної війни. Тоді при ООН була створена міжурядова група експертів із проблем зміни клімату, яка зайнялася всебічним вивченням проблем впливу людини на зміну клімату. Про результати їхньої роботи сказано в доповіді «Викиди в атмосферу, викликані людською діяльністю, призводять до істотного збільшення концентрації парникових газів. Це збільшує парниковий ефект, що призводить до додаткового нагрівання земної поверхні.

На думку ряду вчених, середня температура на планеті  зросла в порівнянні з доіндустріальним періодом (кінець XIX ст.) приблизно на 0,6 °С За найбільш оптимістичними прогнозами, до 2025 р. підвищення температури складе 2,5 °С а до кінця XXI сторіччя – майже 6 °С.

Серед важливих проблем, пов'язаних з посиленням парникового ефекту й потеплінням, виділяється проблема підвищення рівня Світового океану за рахунок танення материкових  і морських льодів і проблема теплового  розширення води в океані. За минуле століття рівень Світового океану підвищився на 10 – 25 см, а до кінця XXI сторіччя може підвищитися вже на 1 – 2 м. Якщо ж відбудеться руйнування льодових щитів Антарктиди й Гренландії, то рівень океану підвищиться на 10 м, а це спричинить зникнення з карти світу десятків держав.

Поступове підвищення рівня  Світового океану також змусить  сотні мільйонів людей мігрувати  з прибережних зон, дельт рік  і островів. Вода затопить чимало приморських  міст, серйозно постраждають місця  нересту риб. Більше за інших постраждають Китай, Єгипет, Бангладеш, Нідерланди, Японія, США.

Потепління призведе також  до вивільнення метану, що знаходиться  в зоні вічної мерзлоти у вигляді  гідрату метану. Гідрат метану – це тверда речовина, що складається з кристалів води й метану, поглиненого під тиском водою. За оцінками, у зоні вічної мерзлоти метану міститься в багато разів більше, ніж у всій живій матерії на Землі.

 

Підвищення середніх температур на земній кулі може викликати й  істотні зміни в перебігу процесів біосфери: