Влияние процессов горения на глобальное изменение климата

Главной движущей силой климата  является Солнце. Например, неравномерное  нагревание земной поверхности (сильнее  у экватора) является одной из главных причин ветров и океанических течений, а периоды повышенной солнечной активности сопровождаются потеплением и магнитными бурями.

Кроме того на климат влияют изменение  орбиты Земли, ее магнитного поля, размеров материков и океанов, извержения вулканов. Все это -естественные причины изменения климата. До недавнего времени они, и только они, определяли изменения климата, в том числе начало и конец долговременных климатических циклов, таких как ледниковые периоды. Солнечной и вулканической активность можно объяснить половину температурных изменений до 1950 года (солнечная активность приводит к повышению температуры, а вулканическая – к снижению).

В последнее время к естественным факторам добавился еще один –  антропогенный, т.е. вызванный деятельностью человека. Основным антропогенным воздействием является усиление парникового эффекта, влияние которого на изменение климата в последние два столетия в 8 раз выше влияния изменений солнечной активности.

Парниковый эффект – это задержка атмосферой Земли теплового излучения планеты. Парниковый эффект наблюдал любой из нас: в теплицах или парниках температура всегда выше, чем снаружи. То же самое наблюдается и в масштабах Земного шара: солнечная энергия, проходя через атмосферу нагревает поверхность Земли, но излучаемая Землей тепловая энергии не может улетучиться обратно в космос, так как атмосфера Земли задерживает ее, действуя наподобие полиэтилена в парнике: она пропускает короткие световые волны от Солнца к Земле и задерживает длинные тепловые (или инфракрасные) волны, излучаемые поверхностью Земли. Возникает эффект парника. Парниковый эффект возникает из-за наличия в атмосфере Земли газов, которые обладают способностью задерживать длинные волны. Они получили название «парниковых» или «тепличных» газов.

Парниковые газы присутствовали в атмосфере в небольших количествах (около 0,1%) с момента ее образования. Этого количества было достаточно, чтобы поддерживать за счет парникового эффекта тепловой баланс Земли на уровне, пригодном для жизни. Это так называемый естественный парниковый эффект, не будь его средняя температура поверхности Земли была бы на 30°С меньше, т.е. не +14° С, как сейчас, а -17° С.

Естественный парниковый эффект ничем не грозит ни Земле, ни человечеству, поскольку общее количество парниковых газов поддерживалось на одном уровне за счет круговорота природы, более того, ему мы обязаны жизнью.

Но увеличение в атмосфере  концентрации парниковых газов приводит к усилению парникового эффекта и нарушению теплового баланса Земли. Именно это и произошло в последние два столетия развития цивилизации. Угольные электростанции, автомобильные выхлопы, заводские трубы и другие созданные человечеством источники загрязнения выбрасывают в атмосферу около 22 миллиардов тонн парниковых газов в год.

Какие газы называют «парниковыми»?

К наиболее известным  и распространенным парниковым газам  относятся водяной пар (Н₂О), углекислый газ (CO₂), метан (СН₄) и веселящий газ или закись азота (N₂O). Это парниковые газы прямого действия. Большая часть их образуется образуются в процессе сжигания органического топлива.

Кроме того, есть еще две  группы парниковых газов прямого  действия, это галоуглероды и гексафторид  серы (SF6). Их выбросы в атмосферу связанны с современными технологиями и промышленными процессами (электроника и холодильное оборудование). Их количество в атмосфере совсем ничтожно, но они их влияние на парниковый эффект (т.н. потенциал глобального потепления/ПГП), в десятки тысяч раз сильнее, чем CO₂.

Водяной пар — основной парниковый газ, ответственный более, чем за 60% естественного парникового  эффекта. Антропогенное увеличение его концентрации в атмосфере  пока не отмечалось. Однако увеличение температуры Земли, вызванное другими факторами, усиливает испарение воды океана, что, может привести к росту концентрации водяного пара в атмосфере и – к усилению парникового эффекта. С другой стороны, облака в атмосфере отражают прямой солнечный свет, что уменьшает поступление энергии на Землю и, соответственно, снижает парниковый эффект.

Углекислый газ –  наиболее известный из парниковых газов. Естественными источниками СО₂ являются вулканические выбросы, жизнедеятельность организмов. Антропогенными источниками являются сжигание органического топлива (включая лесные пожары), а также целый ряд промышленных процессов (например, производство цемента, стекла). Углекислый газ, по мнению большинства исследователей, несет основную ответственность за глобальное потепление, вызванное «парниковым эффектом». Концентрация CO₂ за два века индустриализации выросла более, чем на 30% и коррелируется с изменением среднемировой температуры.

Метан - второй по значимости парниковый газ. Выделяется из-за утечки на разработке месторождений каменного угля и природного газа, из трубопроводов, при горении биомассы, на свалках (как составная часть биогаза), а также в сельском хозяйстве (скотоводство, рисоводство) и т.п. Животноводство, применение удобрений, сжигание угля и другие источники дают около 250 миллионов тонн метана в год Количество метана в атмосфере невелико, но его парниковый эффект или потенциал глобального потепления (ПГП) в 21 раз сильнее, чем у СO₂.

Закись азота –третий  по значимости парниковый газ: его воздействие  в 310 раз сильнее, чем у СO_2,, но содержится в атмосфере он в очень небольших количествах. В атмосферу попадает в результате жизнедеятельности растений и животных, а также при производстве и применении минеральных удобрений, работе предприятий химической промышленности.

Галоуглероды (гидрофторуглероды и перфторуглероды) - газы, созданные для замены озоноразрушающих веществ. Используются в основном в холодильном оборудовании. Имеют исключительно высокие коэффициенты влияния на парниковый эффект: в 140-11700 раз выше, чем у СО₂.Их эмиссии (выделение в окружающую среду) невелики, но быстро возрастают.

Гексафторид серы – его  поступление в атмосферу связано  с электроникой и производством  изоляционных материалов. Пока оно  невелико, но объем постоянно возрастает. Потенциал глобального потепления равен 23900 ед.

В прямой зависимости  от видов и масштабов пожара находится  загрязнение почвы им водоемов огнетушащими пенами, пролитой на тушении водой, самими горючими веществами, например нефтью при разливе горючих жидкостей (ГЖ). Вода, используемая при тушении, может содержать антипирены и продукты пиролиза горючих материалов В воду могут попадать другие добавки, вводимые в горючие материалы. Эти вещества во время тушения могут попадать в водоемы через канализационную систему из грунтовых вод, а также при осаждении из воздуха, куда они выносились конвективными потоками с остальными продуктами горения. Многие токсичные вещества, например тяжелые металлы, диоксины, попавшие в воду или на почву, обладают способностью накапливаться в организмах рыб, птиц и в дальнейшем по пищевой цепи попадают в организм человека. Таким образом, загрязнение ОС в результате пожаров и аварий может происходить опосредованно и проявляться спустя годы.

В связи с этим представлять меру опасности, которая вызвана  пожарами и авариями, крайне важно, так как реальная оценка вида и масштаба загрязнения ОС может уменьшить риск последствий и повысить уровень обеспечения экологической безопасности.

Уменьшить токсичность  выбросов продуктов горения невозможно. В связи с этим представить себе меру опасности выбросов от пожаров крайне важно для сохранения здоровья населения и качества окружающей среды. Тем более, что состав горючей нагрузки жилых помещений в связи с более широким использованием в предметах быта и интерьера полимерных материалов, например ПВХ (оконные рамы, линолеум, жалюзи), полистирола и др., становится с точки зрения горючести и образования токсичной среды на пожаре более опасным.

В выбросах от пожаров  в жилых зданиях, при горении  ТБО содержатся диоксины, соединения тяжелых металлов, бензол и его гомологи и др. Многие из них не просто токсичны, но обладают канцерогенным эффектом, а их поступление в организм может проявиться не сразу, а спустя годы.

Самым опасным и токсичным  веществом, выделяющемся при пожаре, является диоксин.

Ядовитость диоксина, а именно он образуется при взаимодействии ПВХ с огнем, поражает воображение. Главная его опасность таится в его сильнейшем воздействии  на иммунную и эндокринную систему  организма.

Он вызывает образование  опухолей и воздействует на репродуктивные функции. Действие их проявляется при ничтожных концентрациях, которые и представить-то трудно. Так, принятая в России суточная доза (ДСД) равна 10 пг (пикограмм) на 1 кг массы тела человека в день (1 пг=10 №І). Известно, что диоксины сохраняют свои токсические свойства в течение десятков лет. Основная опасность диоксинов заключается в их способности эффективно накапливаться в живых организмах и вызывать отдаленные последствия хронического отравления малыми дозами.

Глобальное потепление - это постепенное увеличение средней температуры на нашей планете, вызванное повышением концентрации парниковых газов в атмосфере Земли.

По данным прямых климатических  наблюдений (изменение температур в  течение последних двухсот лет) средние температуры на Земле повысились, и хотя причины такого повышения все ещё являются предметом дискуссий, но одной из наиболее широко обсуждаемых и является антропогенный парниковый эффект. Антропогенное увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере нарушает естественный тепловой баланс планеты, усиливает парникового эффекта, и как следствие, вызывает глобальное потепление.

Это процесс медленный  и постепенный. Так, за последние 100 лет средняя температура Земли  увеличилась всего на 1^оС. Казалось бы, немного. Что же тогда вызывает тревогу мировой общественности и заставляет правительства многих стран принимать меры для уменьшения выбросов парниковых газов?

Во-первых, этого оказалось  достаточно, чтобы вызвать таяние полярных льдов и повышение уровня мирового океана со всеми вытекающими последствиями.

А во-вторых, некоторые  процессы легче запустить, чем остановить. Например, в результате таяния вечномерзлых пород субарктики в атмосферу  попадает огромные количества метана, что еще больше усиливает парниковый эффект. А опреснение океана из-за таяния льдов вызовет изменение теплого течения Гольфстрим, что скажется на климате Европы. Таким образом, глобальное потепление спровоцирует изменения, которые, в свою очередь, ускорят изменение климата. Мы запустили цепную реакцию…

Насколько сильно воздействие человека на глобальное потепление?

Идея о значительном вкладе человечества в парниковый эффект (а значит и в глобальное потепление) поддерживается большинством правительств, ученых, общественных организаций и  СМИ, но пока не является окончательно установленной истиной.

Одни утверждают, что: концентрация углекислого газа и  метана в атмосфере с доиндустриального  периода (с 1750 г.) увеличились на 34% и 160% соответственно. Причем такого уровня она не достигала в течение  сотен тысяч лет. Это явно связано с ростом потребления топливных ресурсов и развитием промышленности. И подтверждается совпадением график роста концентрации углекислого газа с графиком роста температуры.

Другие возражают: в  поверхностном слое Мирового океана растворено углекислого газа в 50-60 раз больше, чем в атмосфере. По сравнению с этим воздействие человека просто ничтожно. Кроме того, океан обладает способностью поглощать СО₂ и тем самым компенсирует воздействие человека.

Однако в последнее  время появляется все больше фактов в пользу влияния деятельности человека на глобальное изменение климата. Вот только некоторые из них.

1.  южная часть мирового океана потеряла свою способность поглощать значительные количества углекислоты, и это еще больше ускорит глобальное потепление на планете

2.  поток тепла, поступающего на Землю от Солнца, в последние пять лет сокращается, но на земле наблюдается не похолодание, а потепление…

Насколько повысится  температура?

Согласно некоторым  сценариям изменения климата  к 2100 году среднемировая температура может вырасти на 1,4 - 5,8 градуса по Цельсию - если не будут приняты шаги по сокращению парниковых выбросов в атмосферу. Кроме того, периоды жаркой погоды могут стать более длительными и более экстремальными по температурам. При этом развитие ситуации будет очень сильно отличаться в зависимости от региона Земли, и эти различия предсказать чрезвычайно сложно. Например, для Европы предсказывают вначале не очень большой период похолодания в связи с замедлением и возможным изменением течения Гольфстрим.

Глобальное потепление сильно отразится на жизни некоторых  животных. Например, белые медведи, тюлени и пингвины будут вынуждены  сменить места своего обитания, так  как полярные льды исчезнут. Многие виды животных и растений также исчезнут, не успев приспособиться к быстро изменяющейся среде обитания. 250 млн лет назад глобальное потепление убило три четверти всего живого на Земле

Глобальное потепление изменит климат в мировом масштабе. Ожидаются рост числа климатических  катаклизмов, рост числа наводнений из-за ураганов, опустынивание и сокращение летних осадков на 15-20% в основных сельскохозяйственных районах, повышения уровня и температуры океана, границы природных зон сдвинутся к северу.

Более того, по некоторым прогнозам  глобальное потепление вызовет наступление малого ледникового периода. В 19-м веке причиной такого похолодания было извержение вулканов, в нашем веке причиной уже другая - опреснение мирового океана в результате таяния ледников