Тепловое загрязнение атмосферы и альтернативная энергетика

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ   РОССИЙСКОЙ   ФЕДЕРАЦИИ

БАЛТИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«ВОЕНМЕХ» имени Д.Ф.Устинова

КАФЕДРА БЕЗОПАСНОСТИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ЭКОЛОГИИ.

РЕФЕРАТ:

ТЕПЛОВОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ И АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ЭНЕРГЕТИКА.

                             Выполнила

студентка группы.            

                             Преподаватель

г. Санкт-Петербург

2007 г.

Современная экология вобрала в себя разделы географии, геологии, физики, химии, социологии, экономики и превратилась из биологической науки в науку обобщающую. Предмет ее изучения биосфера – единая термодинамическая оболочка планеты, в которой осуществляется постоянное взаимодействие всего живого и обмен веществом и энергией с неорганическими условиями среды.

Атмосфера – газообразная оболочка Земли, состоящая из смеси различных газов и простирающаяся (условно) на высоту 100 км. Она имеет слоистое строение, которое включает ряд сфер и расположенные между ними паузы. Масса атмосферы составляет т, объем - . Атмосфера играет огромную роль во всех природных процессах и, в первую очередь, регулирует тепловой режим и общие климатические условия, а также защищает человечество от вредного космического излучения. Циркуляция атмосферы влияет на режим рек, почвенно-растительный покров, а также экзогенные процессы рельефообразования. И. наконец, воздух – необходимое условие жизни на Земле.

Под загрязнением атмосферы понимают привнесение в нее примесей, которые не содержатся в природном воздухе или изменяют соотношение между ингредиентами природного состава воздуха.

Неизбежность развития глобального экологического кризиса в ХХI веке.

Экологический кризис биосферы, о котором говорят ученые, это кризис не природы, а человеческого общества. Среди главных проблем, обусловивших его возникновение – объем антропогенного воздействия на природу в ХХ веке, приблизивший биосферу к пределу устойчивости; противоречия между сущностью человека и природой, его отчуждение от природы; продолжение развития «цивилизации потребления» - роста необязательных потребностей людей и общества, удовлетворение которых ведет к повышению избыточной техногенной нагрузки на окружающую среду.

Усилия по охране окружающей среды во всех странах предпринимаются, однако, локально в рамках общепринятой парадигмы о «неправильном ведении хозяйства». Считается возможным исправить ситуацию вложением дополнительных средств в усовершенствование технологий. Движение «зеленых» выступает за запреты атомной, химической, нефтедобывающей, микробиологической и других отраслей промышленности. Ученые и практики экологии в большинстве своем занимаются не «познанием экономики природы», а разработкой частных вопросов – технологии снижения выбросов и сбросов предприятий, подготовкой норм, правил и законов. Нет согласия ученых в анализе причин и последствий «парникового эффекта», «озоновых дыр», в определении допустимых границ изъятия природных ресурсов и роста народонаселения на планете. Панацеей от глобального парникового эффекта на международном уровне признано снижение выбросов углекислого газа, что потребует многомиллиардных затрат, но не решит проблемы, а бессмысленные затраты лишь усугубят кризис.

Парниковый эффект и «озоновые дыры».

Парниковый эффект, как полагают некоторые ученые, - это современный физико-химический процесс нарушения теплового баланса планеты с ускоряющимся ростом температуры на ней. Принято считать, что этот эффект вызван накоплением в атмосфере Земли «парниковых газов», образующихся, в основном, в процессе сжигания органического топлива. Инфракрасное (тепловое) излучение поверхности Земли не уходит в космическое пространство, а поглощается молекулами этих газов, и его энергия остается в атмосфере Земли.

При сжигании органического топлива в атмосферу Земли ежегодно выбрасывается 11 млрд. т углерода, что составляет более 20% от его естественного оборота между атмосферой и биотой Земли (все живое: микроорганизмы, растения, животные). Содержание СО2 в атмосфере, практически неизменное со времен жизни неандертальцев, выросло в течение индустриального периода на 29%, а скорость его эмиссии только за 1990-1995 гг. – на 12%. С 1900 по 1999 г. объемная концентрация СО2 в атмосфере возросла с до

За последние сто лет средняя температура поверхности Земли возросла на 0.80С. В Альпах и на Кавказе ледники уменьшились в объеме наполовину, на горе Килиманджаро – на 73%, а уровень Мирового океана повысился не менее чем на 10 см. По оценке Всемирной метеорологической службы, уже к 2050 г. концентрация двуокиси углерода в атмосфере Земли возрастает до 0.05%, а повышение средней температуры на планете составит 2-3.50С. Результаты такого процесса точно не прогнозируются. Предполагается повышение уровня Мирового океана на 15-95 см с затоплением плотно населенных районов речных дельт в Западной Европе и Юго-Восточной Азии, сдвиг климатических поясов, изменение направления ветров, океанских течений (включая Гольфстрим) и количество осадков.

Сокращение площади ледников в горах уменьшит среднее значение альбедо Земли (коэффициент отражения лучей Солнца от поверхности), таяние вечной мерзлоты на болотистых равнинах Восточной Сибири даст выброс в атмосферу накопленного там метана, подъем температуры океана приведет к выбросу растворенного углекислого газа и повышению влажности на планете. Все эти факторы будут ускорять и увеличивать парниковый эффект.

Устойчивость биосферы обеспечивается только в том случае, если скорость поглощения углерода биотой пропорциональна скорости его прироста в окружающей среде. Такое равновесие нарушено. Ситуация усугубляется снижением площади фотосинтеза из-за уничтожения лесов (например, в долине р. Амазонка) и сокращением массы фитопланктона в Мировом океане. При росте концентрации углекислого газа в атмосфере должен ускориться процесс роста биомассы, но учеными отмечено, что в начале прошлого века биота суши перестала поглощать избыток углерода из атмосферы и, более того, сама начала его выбрасывать. Нарушен признак стационарных систем – принцип Ле Шателье-Брауна: «При внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в направлении ослабления эффекта внешнего воздействия».

Еще один глобальный эффект – разрушение озонового слоя Земли. Озоновый слой – это воздух на высотах 7-18 км с высокой концентрацией озона О3, поглощающего губительное для живого ультрафиолетовое излучение (УФИ) Солнца. При его истощении возрастает поток УФИ на поверхности Земли, что будет приводить к поражению глаз и подавлению иммунной системы людей, снижению урожайности растений.

Основной причиной снижения концентрации озона считаются выбросы в атмосферу хлор- и фторсодержащих соединений: фреон из холодильной техники, распылители косметики (другая гипотеза – изменение магнитного поля Земли, обусловленное человеческой деятельностью). Реально наблюдаемый результат – «озоновые  дыры» над Антарктидой (максимальное снижение концентрации озона – в 3 раза), над Арктикой, Восточной Сибирью и Казахстаном.

В последнее время, по мере усиления технической мощи человечества, процесс эволюции переносится в область минералов, изменяется состав почвы, воды и воздуха. Эволюция видов переходит в эволюцию биосферы. Например, усилились мощные землетрясения. За первую половину ХХ века было отмечено 15 землетрясений мощностью свыше 7 баллов (погибли 740 тыс.чел.), а во второй половине – 23 (погибли более миллиона человек). В последние десятки лет землетрясения техногенного характера отмечены в несейсмических районах (Татарстан, Ставрополье). Увеличивается число мощных ураганов, цунами, тайфунов, катастрофических разливов рек (Рейн, Лена).

Среднее число жертв на Земле от циклонов, тайфунов, землетрясений и наводнений составляло за последние 50 лет ХХ века 46000 чел/год. Материальный ущерб, наносимый климатическими катастрофами в среднем за год, возрос за период с 1965 по 1995 г. более чем в 3 раза и превысил 90 млрд.долл. в год. Это значение приближается к значению инвестиционных ресурсов Земли (130-200 млрд.долл. в год), что означает, что через 10-20 лет все инвестиции должны тратиться только на восстановление разрушенного природными явлениями.

Причины экологического кризиса.

В литературе в качестве причин кризиса рассматривается рост населения Земли и его научно-технической мощи.

Основные причины деградации биосферы – чрезмерное изъятие живых и минеральных ресурсов планеты и ее отравление техногенными отходами человеческой деятельности.

Биосфера может сохранять устойчивость при изъятии примерно до 1% чистой первичной ее продукции. Производство биомассы во всей биосфере в энергетическом эквиваленте соответствует мощности 74 ТВт, а человек забирает в свой антропогенный канал использования биопродукции свыше 16 ТВт, то есть 20%. Извлечение биопродукции из естественного кругооборота веществ разрушает системные связи в пищевых цепочках и обедняет видовой состав естественных биоценозов.

Ресурсный кризис распространяется также и на минеральные ресурсы, обеспечивающие социальные потребности человека. С ростом их добычи увеличивается и выброс отходов – загрязнителей окружающей среды: углекислый газ, оксид углерода, сернистый ангидрид, оксиды азота, фосфаты, ртуть, свинец, нефтепродукты, пестициды, радионуклиды.

В плане энергетики, антропогенное тепловыделение превышает 15-23% от производства энергии всей биосферой. Следует отметить, что превышение любой биологической системой порога, соответствующего изъятию примерно 10% продукта из системы более высокого уровня или выброса в нее такого же количества отходов своей жизнедеятельности, выводит последнюю за границы возможности стабилизации среды и она вступает в стадию разрушения. Можно предположить, что именно дисбаланс энергетических потоков в биосфере является непосредственной причиной глобального потепления климата.

Окружающая среда и газомазутные ТЭС.

При сжигании на ТЭС природного газа из дымовых труб электростанций в окружающую среду поступают различные окислы азота и серы. Экспериментальные данные свидетельствуют об их высокой биологической активности. Они токсичны и обладают резко выраженным  раздражающим действием, особенно на слизистую оболочку глаза. Окислы азота плохо растворимы в жидких средах, в связи с чем они способны глубоко проникать в легкие, вызывая повреждения эпителия и бронхов.

Выбросы в атмосферу загрязняющих веществ при сжигании на российских ТЭС природного газа и заменяющего его угля.