Загрязнение и защита атмосферы

Атмосфера, содержащая газы, поглощающие в этой области спектра (т.н. парниковые газы — H2O, CO2, CH4), существенно непрозрачна для такого излучения, направленного от её поверхности в космическое пространство, то есть имеет в ИК-диапазоне большую оптическую толщину. Вследствие такой непрозрачности атмосфера становится хорошим теплоизолятором, что, в свою очередь, приводит к тому, что переизлучение поглощённой солнечной энергии  
в космическое пространство происходит в верхних холодных слоях атмосферы.  
В результате эффективная температура Земли как излучателя оказывается более низкой, чем температура её поверхности.

Степень влияния парникового  эффекта на приповерхностные температуры  планет, при оптической толщине атмосферы < 1, зависит от оптической плотности парниковых газов и, соответственно, их парциального давления у поверхности планеты. Таким образом, парниковый эффект  наиболее выражен у планет  
с плотной атмосферой, составляя у Венеры ~500 K.

Вместе с тем следует  отметить, что величина парникового  эффекта зависит от количества парниковых газов в атмосферах и, соответственно, зависит  
от химической эволюции и изменений состава планетарных атмосфер.

            Для последних 20 лет характерны климатические аномалии.  
Так, среднегодовые глобально усредненные температуры воздуха у поверхности Земли были наивысшими за последние 130 лет. Во многих местах отмечены сильные региональные аномалии в виде засух или, наоборот, необычайно обильных осадков, наводнений и т.д. Среднегодовая температура за последнее столетие выросла примерно на полградуса. Не исключено, что это наибольшая  
скорость глобальных изменений за прошедший миллион лет. За 100 лет уровень Мирового океана поднялся на 10... 15 мм. Частично это объясняется его тепловым расширением, частично - таянием ледников. Большинство ученых считают,  
что указанные аномалии вызваны изменением химического состава атмосферного воздуха и ростом концентрации углекислого газа.

Суть парникового эффекта заключается  в том, что парниковые газы хорошо пропускают солнечное излучение, доходящее до поверхности Земли  
и нагревающее ее, и заметно поглощают отраженное тепловое (длинноволновое) излучение нагретой поверхности и нижних слоев атмосферы. Часть этого поглощенного теплового излучения возвращается атмосферой к поверхности Земли. Не будь этого эффекта, средняя температура земной поверхности была  
бы на 3,2...5,0°С ниже нынешних 14,5°С.

В 1956 г. во время первого Международного геофизического года на основе многочисленных измерений, проведенных вдали от городов и промышленных центров, было установлено, что концентрация углекислого газа по объему равна 0,028%. Проверка состава атмосферного воздуха в 1985 г. показала,  
что содержание углекислого газа в нем возросло до 0,034%. В настоящее время  
в атмосферу выбрасывается более 25 млрд. т С0₂, при этом 45% дало сжигание угля, 40% - нефти и 15% - газа. Ниже указан вклад стран в эти процессы %:

 

 

 

США…………………………………………………………………………..…….23

СНГ………………………………………………………………..…….…………..19

Западная ЕВРОПА……………………………………………...……..…………..14

Восточная Европа………………………………………………………………….7

Китай……………………………………………………………………...………….9

 

Согласно расчетам при таких  темпах годовое потепление для суши будет около 1 ккал /см² в год. Исходя из этого к 2025 г. вероятное повышение средней глобальной температуры составит 2,5°С, а к 2050 г. - 3...4°С. При этом рост температуры будет несколько выше для Северного полушария Земли. Расчеты показывают, что увеличение средней глобальной температуры даже на  
1°С приведет к значительному изменению атмосферной циркуляции и условий увлажнения почвы. Последствием потепления будет подъем уровня Мирового океана на 0,5... 1,5 м, что приведет к затоплению громадных прибрежных территорий, увеличению частоты и силы тайфунов, ураганов, торнадо и других глобальных возмущений атмосферы.

Для территории России такое потепление скажется на смещении зон, оптимальных для земледелия, на север и увеличении стока рек, текущих с севера на юг. Наряду с этим на севере и востоке России начнет оттаивать вечная мерзлота, что усложнит сохранение возведенных здесь строительных сооружений.

Во многих прибрежных государствах серьезно задумываются  
о последствиях повышения уровня Мирового океана. Так, 40% территории Нидерландов лежат ниже уровня моря. От затопления ее защищают дамбы общей протяженностью более 3000 км. Если уровень воды поднимется на 0,6 м,  
то реконструкции подлежат дамбы общей протяженностью 2800 км. США грозит затопление таких городов, как Чарлстон (штат Южная Каролина), Новый Орлеан  
и др.

Предотвратить глобальное потепление можно только комплексными мерами, охватывающими промышленность, науку, да и самим стилем жизни людей, особенно в развитых странах. Первая и наиболее очевидная мера -  
это широкое внедрение энергосберегающих технологий и устройств. Вторая - экономия ископаемых видов топлива. Одним из основных мероприятий в этом направлении является переход на широкое использование газового топлива. При производстве одинакового количества энергии нефть дает на 15%, а газ - на 43% меньше углекислого газа, чем уголь. Если же учесть, что КПД газовых установок заметно выше, чем потребляющих уголь, то выигрыш будет в 2...3 раза.

Третья мера - это форсирование научных и опытно-конструкторских работ  
в области новых, так называемых альтернативных источников энергии.

Четвертая мера - изменение стиля жизни - позволит экономить энергетические ресурсы. Объем их потребления определяется тем жизненным стандартом, который достигнут в промышленно развитых странах и к достижению которого стремится оставшаяся значительная часть населения Земли.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.3. Парниковый эффект и климат Земли

 

Климатические индикаторы за последние 0,5 млн. лет: изменение уровня океана (синий), концентрация 18O в морской воде, концентрация CO2  
в антарктическом льду. Деление временной шкалы — 20 000 лет. Пики уровня моря, концентрации CO2 и минимумы 18O совпадают с межледниковыми температурными максимумами.

По степени влияния  на климат парникового эффекта Земля  занимает промежуточное положение  между Венерой и Марсом: у Венеры повышение температуры приповерхностной атмосферы в ~13 раз выше, чем у  Земли, в случае Марса в ~5 раз ниже, эти различия являются следствием различных  плотностей  
и составов атмосфер этих планет.

При неизменности солнечной  постоянной и, соответственно, потока солнечной радиации, среднегодовые  приповерхностные температуры и  климат, определяются тепловым балансом Земли. Для теплового баланса  выполняются условия равенства  величин поглощения коротковолновой  радиации и излучения длинноволновой радиации в системе Земля-атмосфера. В свою очередь, доля поглощенной  коротковолновой солнечной радиации определяется общим (поверхность и  атмосфера) альбедо Земли, на величину потока длинноволновой радиации, уходящей в космос, существенное влияние оказывает  парниковый эффект, в свою очередь, зависящий от состава и температуры  земной атмосферы.

Основными парниковыми газами, в порядке их оцениваемого воздействия  на тепловой баланс Земли, являются водяной  пар, углекислый газ, метан и озон

Основные парниковые газы атмосферы Земли:

  

Водяной пар              H2O 36 – 72 % 

Диоксид углерода          CO2         9 – 26 %

Метан                        CH4     4 – 9 % 

Озон                          O3               3 – 7 % 

 

Главный вклад в парниковый эффект земной атмосферы вносит водяной  пар или влажность воздуха  тропосферы, влияние других газов  гораздо менее существенно по причине их малой концентрации.

Вместе с тем, концентрация водяного пара в тропосфере существенно  зависит от приповерхностной температуры: увеличение суммарной концентрации «парниковых» газов в атмосфере  должно привести к усилению влажности  
и парникового эффекта, который в свою очередь приведет к увеличению приповерхностной температуры.

При понижении приповерхностной температуры концентрация водяных  паров падает, что ведет к уменьшению парникового эффекта, и, одновременно  
с этим при снижении температуры в приполярных районах формируется снежно-ледяной покров, ведущий к повышению альбедо и, совместно, с уменьшением парникового эффектом, вызывающим понижение средней приповерхностной температуры.

Таким образом, климат на Земле  может переходить в стадии потепления  
и похолодания в зависимости от изменения альбедо системы Земля - атмосфера  
и парникового эффекта.

Климатические циклы кореллируют  с концентрацией углекислого  газа  
в атмосфере: в течение среднего и позднего плейстоцена, предшествующих современному времени, концентрация атмосферного углекислого газа снижалась во время длительных ледниковых периодов и резко повышалась во время кратких межледниковий.

В течение последних десятилетий  наблюдается рост концентрации углекислого  газа в атмосфере, считается, что этот рост в значительной степени имеет антропогенный характер.

В конце восьмидесятых — начале девяностых годов XX века несколько  лет подряд среднегодовая глобальная температура была выше обычной. Это  вызвало опасения, что вызванное  человеческой деятельностью глобальное потепление  
уже началось. Среди ученых существует консенсус, что за последние сто лет среднегодовая глобальная температура поднялась на 0,3 — 0,6 градусов Цельсия. Существует научный консенсус, что жизнедеятельность человека является основным фактором, который влияет на текущее повышение температуры на земле

 

6.4. Разрушение озонового слоя 

В течение последнего десятилетия ученые и мировая общественность обеспокоены судьбой озонового слоя. Озон (изотоп кислорода) обладает сильными окислительными свойствами. В атмосфере озон встречается у земной поверхности и на высотах до 80 км, однако максимальная его концентрация наблюдается  
в озоносфере, которая располагается в средних широтах на высоте 20...24 км,  
в тропиках - на высоте 24...27 км, а в верхних широтах опускается до 13...15 км.

Если весь атмосферный озон привести к нормальным условиям земной поверхности давление 760 мм рт. ст. и температура 0°С, то средняя толщина озонового слоя не превысит 3 мм.

Именно озоновый слой, поглощая коротковолновое ультрафиолетовое излучение Солнца, сохраняет все живое на Земле и определяет тепловой режим,  
а также динамику атмосферы.

Ультрафиолетовое (УФ) излучение - это электромагнитное излучение  
с длинами волн в диапазоне 1...400 нм. В связи с тем, что УФ - излучение различной длины неодинаково влияет на активность человека, указанный диапазон подразделен на три области: УФ-А - с длиной волны 315...400 нм, УФ-В - 280...315 нм, УФ-С - 1...280 нм. Длинноволновое излучение УФ-А характеризуется слабым биологическим воздействием на организм человека. Средневолновое излучение УФ-В сильно воздействует на кожный покров и обладает противорахитным действием, при этом максимально эффективно излучение с длиной волны 297 нм. Коротковолновое излучение УФ-С весьма отрицательно воздействует на тканевые белки, сетчатку глаза, разрушает кровяные тельца, а также вызывает мутацию молекул ДНК. Защитные свойства озонового слоя определяются не только  
его толщиной, но и углом, под которым солнечная радиация падает на Землю.  
Из этого следует, что интенсивность коротковолнового УФ - излучения в тропиках больше, чем в других местах земной поверхности.

На протяжении многих лет в озоновом слое наблюдаются локальные уменьшения содержания озона - озоновые дыры. Под озоновой дырой понимают пространство в озоносфере, характеризующееся значительным понижением концентрации озона до 50% под воздействием естественных и антропогенных факторов. Время от времени эти громадные по площади дыры возникают  
над разными территориями и висят над ними от нескольких дней до недели, частота их появления увеличивается.

Наибольшие понижения концентрации озона в озоносфере зафиксированы над Антарктикой. Как установлено, в цепочке процессов, обусловливающих формирование озоновой дыры, можно выделить три важных звена: высокие концентрации хлорных соединений, низкие температуры в стратосфере и наличие аэрозольных облаков.

Причиной разрушения озонового слоя является попадание в него хлора  
и оксидов азота, которые содержатся в основном в промышленных выбросах  
и выбросах автомобилей. В этих процессах наиболее значимо первое вещество.

Вследствие разрушения озонового слоя повышается вероятность заболевания человека раком кожи, что подтверждает статистика Австралии,  
где зарегистрирована одна из наиболее крупных озоновых дыр. По некоторым данным, уменьшение концентрации озона на 1% вызывает увеличение заболеваемости раком кожи на 2%. Если темпы разрушения озонового слоя будут сохраняться, то к середине XXI в. число заболеваний раком кожи  
достигнет десятков миллионов случаев в год.

Сохранение озонового слоя - одна из глобальных задач мирового сообщества. Для предотвращения разрушения озонового слоя необходим отказ от хлорсодержащих веществ. В 1987 г. 34 страны подписали Монреальский протокол об ограничениях производства хлорированных  
и фторированных углеводородов. Эта практика расширяется, и за этим направлением большое будущее. Другим направлением является создание систем генерации озона в атмосфере, что связано с серьезными затратами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Анализ состояния воздушной среды Оренбургской области

 

По объемам выбросов вредных  веществ Оренбургская область находится  среди регионов России с наибольшими  объемами выбросов (более 500 тыс. т).

Напряженная экологическая  ситуация, сложившаяся в 80-е годы в ряде городов Оренбургской области, сохранялась в период с 1990 по 2000 год. Высокий уровень загряз­нения часто  был обусловлен низкими и неорганизованными  источниками выбросов спе­цифических (для различных отраслей) вредных  веществ. Происходило загрязнение  воздуха фтористым водородом, сероуглеродом, диоксидом азота и другими  вредными веществами. Основной вклад  в выбросы от стационарных источников вносят предприятия топливно-энергетического  комплекса, газоперерабатывающего  завода, нефтяной и химической промышленности, а также черной и цветной металлургии.