logo
Pidrychnuk

1.6.1. Зміна природного складу і параметрів атмосфери

Найбільшою мірою на процеси життєдіяльності на Землі впливає зміна кисневого балансу і підвищення концентрації вуглекислого газу. Це веде до двох прогнозованих наслідків: браку кисню і парникового ефекту.

Брак кисню обумовлений, з одного боку, скороченням його надходження з природних джерел, а з іншої – неухильним збільшенням його споживання. Основними причинами скорочення надходження кисню в атмосферу є інтенсивне забруднення поверхневих вод Світового океану і зменшення загальної площі лісових масивів. Встановлено, що водна поверхня океану регенерує близько 50% атмосферного кисню.

Збільшення споживання кисню позв’язане:

За останніх 25...30 років транспорт і промисловість узяли з атмосфери більше кисню, чим використано людством за весь історичний період існування цивілізації. Так, авіалайнер при трансатлантичному перельоті спалює близько 100 т кисню, а в США автомобілі споживають кисню в 2 рази більше, ніж його регенерує природа на всій їх території. На всю техногенну діяльність людство витрачає 30...40 млрд т кисню в рік.

Порушення кисневого балансу матиме глобальні наслідки. Підраховано, що при 5%-ному щорічному прирості споживання вільного кисню на технологічні потреби більш ніж через 100 років його вміст в гомосфері може знизитися до критичної для людини межі – до 17% (по масі). І тоді людству необхідно буде шукати ефективні способи отримання вільного кисню з мінералів земної кори.

Потепління клімату. Зміни клімату в історичній ретроспективі вивчають методом глибинного зондування вічних льодовиків. В Антарктиді його проводили до глибини 2 км, що охоплює останні 160 тис. років. Доведено, що протягом історії Землі клімат суттєво змінювався, але до початку розвитку людської цивілізації такі процеси були поступовими. Тільки у другій половині XX ст. клімат почав швидко трансформуватися внаслідок дії антропогенних чинників.

Потепління клімату зумовлене тепличним ефектом, який на 46% є результатом виробництва енергії (спалювання викопного палива з викидами в атмосферу вуглекислого газу), на 24% – забруднення атмосфери іншими хімічними речовинами, зокрема метаном, на 18% – вирубкою лісів та ерозією ґрунту, від чого знижується інтенсивність біологічного зв’язування вуглекислого газу, на 9% – інтенсифікацією сільського господарства, з якою пов’язане надходження до атмосфери підвищеної кількості оксидів азоту, на 3% – спалюванням сміття.

Вуглекислий газ, як й інші тепличні гази, має здатність утримувати теплове випромінювання біля поверхні планети, що зумовлює підвищення температури. Викиди його щороку зростають. Лише протягом 1950-1990 рр. кількість цього газу в атмосфері збільшилася на 30%. Неминучим наслідком збільшення викидів в атмосферу антропогенного вуглекислого газу є потепління клімату, оскільки океан не може поглинути весь газ. У другій половині XX ст. середньорічна температура повітря підвищувалася кожні 10 років на 0,3°С. За даними спеціалістів ООН, до 2100 р. ця температура зросте на 3°С.

Потепління клімату може спричинити зміну режиму погоди на території великих регіонів планети, суттєво вплинути на сільськогосподарське виробництво. Внаслідок потепління почнеться танення льоду Антарктики, Арктики та високогір’їв, неминучим наслідком буде підвищення рівня Світового океану. За прогнозами, до 2100 р. його рівень підніметься приблизно на 65 см, а за деякими іншими даними – на 3,45 м, що може спричинити глобальну катастрофу.

За підрахунками спеціалістів ООН, економічні збитки від майбутнього потепління клімату можуть бути оцінені в 1013 доларів. Людство не має таких ресурсів. Запобігти швидкому потеплінню клімату можна, передусім скоротивши викиди тепличних газів. На це орієнтує прийнята у 1988 р. Резолюція ООН “Охорона глобального клімату для сучасності та майбутніх поколінь людства”.

Руйнування озонового екрана атмосфери. Озоновий шар, який знаходиться в атмосфері на висоті 12…23 км, захищає поверхню планети від жорсткої ультрафіолетової радіації з довжиною хвилі 320…400 нм. Процес руйнування озону в атмосфері ініціюється різними речовинами. Як стверджують американські вчені, такими речовинами є хлор, бромпохідні (фреон), тетрахлорид вуглецю, метилхлороформ та ін. Найбільшої шкоди завдають фреони, які широко застосовуються в холодильних установках, в аерозольних балончиках та миючих засобах.

Озон атмосфери руйнується в результаті природного розпаду (кисневий цикл, або цикл Чепмена):

О3 + О→О2 + О2

Ця реакція відбувається дуже повільно, але може прискорюватись за наявності з’єднань азоту, водню та хлору, які діють як каталізатори. Реакції азотного, водневого та хлорного циклів є такими:

а) азотний цикл: б) водневий цикл: в) хлорний цикл:

О + NО2 → О2 + NO; О + НО2 → ОН + О2; Сl + О3 → Сl + О2;

NO + О3 → NО2 + О2; ОН + О3 → НО2 + О2; О + СlO→Сl + О2;

О + О3→О2 + О2; О + О3 → О2 + О2; О + О3→О2 + О2.

Найімовірніші вони на висоті 20…40 км. Концентрації каталізаторів в 1000 разів менші від концентрації озону, кількість циклів руйнування на одну молекулу каталізатора становить від 102 до 107. Дія різних каталітичних циклів залежить від висоти (вище 35 км – хлорний цикл, нижче – азотний).

Ще ефективнішим каталізатором руйнування озону є бром, за участю якого можуть відбуватися такі цикли реакцій:

Вr + О3 → ВгO + О2;

BrO+O→Br+O2;

Вг + О3→ ВrO + О2;

ВrO + ВrO → 2Вг + О2.

Один атом брому може зруйнувати десятки тисяч молекул озону. За наявності брому і хлору цикли мають такий характер:

Вг + О3→ ВrO + О2;

СІ + О3→ СIO + О2;

ВrO + СІ→Вг + СІ + O2.

На руйнування озону стратосфери певною мірою впливають викиди продуктів згоряння палива космічної і ракетної техніки. Забруднюють високі шари атмосфери оксидами азоту сучасні надзвукові літаки.

Дослідження озонового шару почалися у 1930 р. Згодом вони були розширені, а для ведення спостережень була створена спеціальна мережа станцій (“мережа Добсон”). Вимірювання кількості стратосферного озону протягом 1980-1991 рр. з канадського супутника “Німбус-7” засвідчили, що швидкість руйнування озону становить 0,224% на рік. За оцінками НАСА (США), з 1978 по 1990 рік його кількість в озоновому екрані скоротилася на 45%. Через зменшення товщі озонового екрана та розриви в ньому зростає кількість ультрафіолетового випромінювання, що досягає поверхні Землі (за останні 10 років – на 10%, а в Антарктиді, де стійко зберігається озонова діра, – на 40%). Невелику озонову діру виявлено у Північній півкулі над Шпіцбергеном. Її поява спричинила зростання ультрафіолетового фону на територіях, розташованих поблизу.

За даними “Грінпіс”, зменшення товщі озонового шару на кожні 10% спричинює збільшення кількості випадків захворювання раком шкіри на 300 тис. випадків, є однією з причин захворювання катарактою очей. Підвищене ультрафіолетове опромінення знижує імунітет, через що стають частішими і важчими інфекційні захворювання людей та сільськогосподарських тварин.

В Україні стан озонового екрана над її територією контролюють 6 спеціальних станцій (у Києві, Одесі, Борисполі, Богуславі, Львові та Феодосії). За їх даними, з 1980 р. озоновий екран над Україною стає менш потужним. Тому Україна приєдналася до Конвенції 1985 р. з охорони озонового екрана, зменшення кількості викидів і виробництва фреонів, інших речовин, що руйнують озон.