2.2.3 Кліматичний аспект забруднення атмосфери.

Кліматичним аспектом забруднення атмосфери є: парниковий ефект, глобальне потепління, кислотні дощі, смоги.

Проблема техногенного перегрівання атмосфери — парниковий ефект. На теперішній час спостерігається зміна клімату, яка виражається у поступовому підвищенні середньорічної температури, починаючи з другої половини минулого століття. Більшість учених пов'язує це з накопиченням в атмосфері так званих парникових газів — вуглекислий газ (діоксид карбону С0₂), метану СН4, оксид азоту (оксид нітрогену N2О).

Парниковий ефект, глобальне потепління.

Клімат Землі, що залежить в основному від стану її атмосфери, протягом геологічної історії періодично змінювався: чергувалися епохи істотного похолодання, коли значні території суші вкривалися льодовиками та епохи потепління. Ми живемо саме в епоху потепління, коли розтанули великі льодовикові щити в Євразії та Північній Америці. Та останнім часом учені-метеорологи б'ють на сполох: сьогодні атмосфера Землі розігрівається набагато швидше, ніж будь-коли в минулому. І це зумовлено діяльністю людини:

По-перше, людина підігріває атмосферу, спалюючи велику кількість вугілля, нафти, газу, а також уводячи в дію атомні електростанції; по-друге, і це головне, в результаті спалювання органічного палива, а також унаслідок знищення лісів у атмосфері нагромаджується вуглекислий газ. За останні 120 років уміст СО2 в повітрі збільшився на 17 %. У земній атмосфері вуглекислий газ діє, як скло в теплиці чи парнику: він вільно пропускає сонячні промені до поверхні Землі, але втримує її тепло. Це спричинює розігрівання атмосфери, відоме як парниковий ефект (мал. 11,12). За розрахунками вчених, найближчими десятиліттями через парниковий ефект середньо­річна температура на Землі може підвищитися на 1,5—2 °С. Якщо людство не зменшить обсягу забруднень атмосфери й глобаль­на температура зростатиме й надалі, як це відбувається протягом останніх 20 років, то дуже швидко клімат на Землі стане теплішим, ніж будь-коли впродовж 100 тис. років. Це прискорить глобальну екологічну кризу. У чому ж полягає небезпека парникового ефекту? Розрахунки й моделювання на ЕОМ свідчать: підвищення середньорічної температури спричинить зміни таких найважливіших кліматичних параметрів, як кількість опадів, хмарний покрив, океанічні течії, розміри полярних крижаних шапок. Внутрішні райони континентів стануть сухішими, а узбережжя — вологішими, зима буде коротшою й теплішою, а літо — тривалішим і спекотнішим. Основні кліматичні зони в північній півкулі змістяться на північ приблизно на 400 км. Це зумовить потепління в зоні тундри, танення шару вічної мерзлоти й полярних крижаних шапок. У середніх широтах, тобто в головних «хлібних» районах (Україна, Росії, Кубань, «зернові штати» США), клімат стане напівпустельним, і врожаї зерна різко скоротяться. Глобальне потепління призведе до танення льодовиків Гренландії, Антарктиди й гір, рівень Світового океану підвищиться на 6—10 м, при цьому буде затоплено близько 20 % площі суходолу, де сьогодні живуть сотні мільйонів людей, розташовані міста, ферми, сади й поля. Учені не дійшли єдиної думки про те, за якого підвищення середньо­річної температури можуть відбутися ці негативні для людства явища: одні метеорологи вважають критичним значення 2,5 °С, інші — 5 °С. Останнім часом тривога вчених із приводу парникового ефекту ще посилилася. Виявилося, що, крім вуглекислого газу, парниковий ефект спричинюють також деякі інші гази, що входять до групи малих домішок — метан, оксиди азоту, фреони, — вміст яких в атмосфері через антропогенний фактор стрімко зростає.

Науковці уже відзначили зміни в картині випадіння опадів. Встановлено, що в межах помірного кліматичного поясу за останні 30-40 років випадає опадів на 10% більше, ніж: у минулому. Водночас кількість опадів над екватором скоротилася на ті ж 10%. Подальша зміна в системі випадіння опадів справить величезний вплив на сільське господарство, зміщуючи зони обробітку культур у північні райони Північної Америки та Євразії. Найсприятливіші умови для вирощування культур складуться в сільськогосподарських регіонах Росії, а рясні опади будуть випадати в Північній Африці, де посуха триває з 1970 р.

Існуюча невизначеність у питанні глобального потепління поро­джує скепсис з приводу небезпеки, що загрожує. Проблема в тому, що коли гіпотеза про антропогенні фактори глобального потепління підтвердиться, уже пізно буде що-небудь розпочи­нати.

Парниковий ефект (нормальні умови) мал.11

Парниковий ефект (порушені умови) мал.12

Руйнування озонового шару в атмосфері.

Озоновий шар — це повітряний шар у верхніх шарах атмосфери (стратосфері), що складається з особливої форми кисню — озону. Молекула озону складається з трьох атомів кисню (О₃). Озоновий шар почина­ється на висотах близько 8 км над полюсами (чи 17 км над екватором) і сягає висоти приблизно 50 км. Однак щільність озону дуже низька, і якщо стиснути його до щільності, яку має повітря біля поверхні землі, то товщина озонового шару не перевищить 3,5 мм. Озон утворюється, коли сонячне ультра­фіолетове випромінювання бомбардує молекули кисню.

Оскільки озоновий шар поглинає ультрафіолетове випромінювання, то його руйнування призведе до більш високих рів­нів ультрафіолетового випромінювання на поверхні Землі. Це, у свою чергу, викличе збільшення випадків захворювання на рак шкіри. Іншим наслідком підвищеного рівня ультрафіоле­тового випромінювання стане розігрівання поверхні землі, а отже, зміна температурного режиму, режиму вітрів і дощів і підвищення рівня моря.

У 1985 р. Британські науковці повідомили результати спостереження за атмосферою, згідно з якими за попередні вісім років весняний вміст озону над Північним і Південним полюсами зменшився на 40% — це явище отримало назву «озонових дір».

Існують різні причини цього явища:

1. руйнування озонового шару оксидами нітрогену, що над­ ходять із двигунів надзвукових транспортних літаків і ракет;

2. особливості циркуляції атмосфери — повітряні потоки з нижніх шарів атмосфери під час руху вгору розштовху­ють озон;

3. руйнування озону в атмосфері сполуками хлорфторвуглеводнями.

Проте переважна більшість науковців вважають, що сполуки хлору — хлорфторвуглеводні (ХФВ), які широко використовувалися в промисловості та у побуті, руйнують озоновий шар Землі. ХФВ вже більше 60 років використовуються як холодоагенти в холодильниках і кондиціонерах, як пропеленти для аерозольних сумішей, піноутворюючіх агенти у вогнегасниках, очищувачі для електронних приладів, при виробництві пінопласту.

ХФВ дуже стійкі й неактивні, проте, коли вони піднімаються до висоти приблизно 25 км, де концентрація озону мак­симальна, вони руйнуються під інтенсивним впливом ультра­фіолетового проміння. Зруйновані компоненти ХФВ володіють високою реакційною здатністю, зокрема, хлор. При руйнуванні озону хлор діє подібно до каталізатора, в ході хімічного про­цесу його кількість не зменшується. Унаслідок цього один атом хлору може зруйнувати до 100 000 молекул озону, перш ніж він буде дезактивований або повернеться в нижні шари атмо­сфери. Вважається, що час життя в атмосфері для двох розповсюджених ХФВ — фреон-11 і фреон-12 становить 75 і 100 років відповідно.

Потужним джерелом руйнування озону є ядерні вибухи. Теплова енергія, що виділяється при цьому, нагріває атмосферу і прискорює такі перетворювання хімічних речовин, які при нормальних умовах або не відбуваються, або здійснюються дуже повільно. Такими речовинами, зокрема, є окисли азоту.

Процеси руйнування озону підсилюються парниковим ефектом.

Природним джерелом надходження хлору в атмосферу є вулканічні викиди.

У 1987 р. уряди 56 країн підписали Монреальський протокол, за яким вони зобов’язалися в найближче десятиріччя вдвічі скоротити виробництво фторхлорвуглеців та інших речовин, що руйнують озоновий шар. До 1996 року промислово розвинені країни повністю припинили виробництво фреонів, а також руйнуючих озон галонів і тетрахлориду вуглецю. Але країни, що розвиваються, зроблять це лише до 2010 року. Наступним етапом повинна стати заборона метил бромідів та гідро фреонів. Рівень виробництва перших з 1996 р. був заморожений у промислово розвинених країнах, гідрофреони повністю знімаються з виробництва до 2030 року. Країни, що розвиваються, досі ще не взяли зобов’язання щодо контролю над цими хімічними речовинами.

З моменту підписання Монреальського протоколу завдяки узгодженим зусиллям міжнародного співтовариства за ці роки виробництво та споживання речовин, що є найбільш небезпечними для озонового шару, скоротилося більш ніж удвічі. Було зупинено збільшення вмісту в атмосфері речовин, що руйнують озон.

Вчені вважають, що вже в найближчі роки почнеться відновлення озонового шару.

Світові виробники холодильної техніки відмовилися від фреонів і перейшли на використання озонобезпечних речовин – холодоагентів: пропан – бутанову суміш, спінювач із циклопентаном. Створені оригінальні проекти штучного отримання озону в стратосфері.

Кислотні опади – це одна з важливих екологічних проблем, з якою пов'язують окислення природного середовища, — кис­лотні дощі. Терміном «кислотні опади» називають усі види метеорологічних опадів — дощ, сніг, град, туман, дощ зі сні­гом, рН яких менший, ніж середнє значення рН дощової води (середній рН для дощової води дорівнює 5,6). Кислотний дощ утворюється в результаті реакції між водою і такими забруд­нюючими речовинами, як оксид сульфуру (SО2) і різними оксидами нітрогену (N2О). Ці речовини викидаються в атмосферу автомобільним транспортом, у результаті діяльності металур­гійних підприємств та електростанцій, а також при спалюванні вугілля і деревини. Вступаючи в реакцію з водою атмосфери, вони перетворюються в розчини кислот — сірчаної, сірчистої, нітрогеністої і нітрогенної. Потім, разом зі снігом чи дощем, вони випадають на землю, що й знижує рН дощової води.

Уперше термін кислотний дощ був введений у 1872 р. англійським дослідником Ангусом Смітом. Його увагу привер­нув вікторіанський смог у Манчестері. І хоча вчені того часу відкинули теорію про існування кислотних дощів, проте сьо­годні вже ніхто не сумнівається, що кислотні дощі є однією з причин загибелі життя у водоймах, лісів, врожаїв і рослин­ності. Крім того, кислотні дощі руйнують будинки і пам'ятки культури, трубопроводи, приводять у непридатний стан авто­мобілі, знижують родючість ґрунтів і можуть призводити до проникання токсичних металів у водоносні шари ґрунту.

Яскравим прикладом негативного впливу кислотних опадів на природні екосистеми є закислення озер. (мал..13)