Содержание 

     Введение

     Деятельность  человека практически с момента  его появления вступила в противоречие с природой, что не могло не породить экологические кризисы различного масштаба. Так, жители Древнего Вавилона (примерно 1 млн.) были вынуждены покинуть город, так как окружающие его земли из-за непродуманной мелиорации стали непригодны для дальнейшего использования. Однако в силу небольшой численности населения и слабой технической оснащенности эти кризисы не принимали глобальных масштабов. Выход из них был сопряжен, как правило, с уменьшением численности народонаселения и миграцией. Так, первый антропогенный кризис вызвал расселение охотников, или «великое переселение народов», второй антропогенный кризис – кризис нехватки продуктов сельского хозяйства – эмиграцию населения из Европы за океан.

     В настоящее время «демографический взрыв» и нерациональное природопользование привели к экологическому кризису, который имеет глобальный характер.

     Глобальный  экологический кризис распространяется или уже распространился на всю нашу планету Земля. Поэтому традиционные методы выхода из кризисных ситуаций уже не годятся. Неправильное же решение проблем может привести к гибели всего человечества. Следует принципиально изменить способы производства, нормы потребления и объемы использования природных ресурсов, т.е. перейти к рациональному природопользованию. За изменениями в биосфере, отрицательными и положительными, необходимо вести постоянные наблюдения. Рациональное природопользование, как и любая хозяйственная деятельность, невозможны, если они не будут экономически стимулированы.

1. «Парниковый эффект» и глобальные изменения климата

           Парник – это  участок земли, изолированный от окружающей среды прозрачной пленкой или стеклом. Как же он функционирует? Солнечные лучи нагревают землю, от нее нагревается воздух. Если бы пленки не было, то теплый воздух, как более легкий, поднялся бы вверх, а на его место поступил холодный. В результате такого перемешивания установилась бы какая-то средняя температура воздуха. Пленка же не дает воздуху перемешиваться, холодный воздух не поступает в парник, и температура внутри него становится выше, чем снаружи.

           Атмосферный эффект, о котором идет речь, вызван аналогичными причинами, отсюда и его название – парниковый. Еще в 1827 году французский физик Ж. Фурье предположил, что атмосфера Земли выполняет функцию пленки (стекла) в парнике: воздух пропускает солнечную энергию, не давая ей при этом рассеяться обратно в космос. Солнце нагревает поверхность Земли. Как и всякое нагретое тело, Земля испускает невидимые глазом инфракрасные лучи, а так как главные газы атмосферы – кислород и азот – не поглощают их, они рассеиваются в космическом пространстве. Но в атмосфере в малых концентрациях содержатся водяные пары, углекислый газ (диоксид углерода), метан, оксиды азота и т.д. – парниковые газы, способные поглощать инфракрасное излучение. В результате такого поглощения часть энергии Солнца аккумулируется в атмосфере, что способствуют повышению ее средней температуры. Если бы этого не происходило, Земля была бы примерно на 30 градусов холоднее, чем сейчас, и жизнь бы на ней в современных формах не существовала. Парниковый эффект – повышение средней температуры за счет поглощения атмосферой инфракрасного излучения нагретой Солнцем Земли.

     Исходя  из того, что «естественный» парниковый эффект – это устоявшийся, сбалансированный процесс, логично предположить, что повышение концентрации парниковых газов в атмосфере должно привести к усилению парникового эффекта, который в свою очередь приведет к повсеместному потеплению климата. Количество СО₂ в атмосфере неуклонно растет, так как человек для своих нужд сжигает все большее количество ископаемого топлива (газ, уголь и нефть), накопление ускоряется еще и в результате сплошной вырубки лесов и загрязнения Мирового океана: именно они, поглощая углекислый газ и выделяя кислород, являются буферной системой Земли.

     Кроме того, как результат человеческой деятельности в атмосферу попадают и другие парниковые газы, например, метан, оксиды азота и целый ряд хлорсодержащих веществ. Несмотря на то, что они производятся в меньших объемах, некоторые из них куда более эффективны с точки зрения глобального потепления, чем углекислый газ.

     Что плохого в глобальном потеплении? Тепло не холод, от холода человек страдает сильнее, да и речь идет о повышении температуры на десятые доли градуса. По мнению многих исследователей, если сохранится тенденция к потеплению, это приведет к изменению погоды и увеличению количества осадков, и как следствие, к подъему уровня Мирового океана.

     Потепление  климата приведет к таянию ледников на Северном и Южном полюсах, в  Гренландии и т.д. По расчетам ученых, увеличение температуры на 10 градусов по Цельсию вызовет повышение уровня Мирового океана на 5 – 6 метров, что обусловит затопление многих прибрежных территорий. Например, Бангладеш полностью погрузится в океан.

     Но  это еще не все. По мнению ряда исследователей, парниковый эффект приведет к совершенно катастрофическим последствиям. Так, в результате глобального потепления начал таять Гренландский ледник, стекающие с него воды стали опреснять холодное Лабрадорское течение, берущее начало в одноименном заливе между Гренландией и Канадой. Раньше оно из-за большей плотности (соленая вода плотнее пресной) «подныривало» под теплый, а следовательно, и более легкий Гольфстрим (Северо-Атлантическое течение) и пропускало его на север, обеспечивая комфортный климат всей Европе и восточной части Америки. Но, будучи опресненным, Лабрадор уже не сможет опускаться ниже Гольфстрима и проходить к югу. Оттолкнув Гольфстрим, он снова устремится на север, охлаждая океаны и материки. А это грозит Северному полушарию новым ледниковым периодом. Как один из вариантов развития бедствия возможен следующий: полностью промерзнут низовья сибирских и европейских рек, они разольются и затопят громадные территории.

     Так как предполагаемое потепление, вызванное  человеческой деятельностью, в основном происходит в результате сжигания топлива, следовательно, для предотвращения кризиса необходимо изменить практику энергопотребления. По мнению Агентства по охране окружающей среды США, мировое сообщество должно предпринять серьезные меры. Если опасения, связанные с потеплением климата, оправдаются, то плата за бездействие будет намного выше, чем затраты на предотвращение кризиса.

     По  мнению экологов, наиболее действенным  будет повышение эффективности  энергопользования и переход  к альтернативным видам топлива: отказ от ископаемых видов топлива, таких, как нефть и уголь. В этом направлении еще предстоит огромная работа.

2. «Озоновые дыры» и пути их предотвращения

     Озоновый  слой – это слой атмосферы (стратосферы) с повышенным содержанием озона. Он начинается на высоте около 8 км над полюсами (или 17 км над экватором) и простирается вверх вплоть до 50 км. Концентрация озона в слое очень низкая, и если его выделить в чистом виде и сжать до плотности, которую имеет воздух у поверхности Земли, то толщина озонового слоя не превысит 5 мм.

     Озон – аллотропная форма (в том случае, когда элемент имеет несколько простых веществ (они состоят из атомов одного вида), их называют аллотропными формами) кислорода (от греч. «пахнущий»), его молекула состоит из трех атомов кислорода (О₃). Озон образуется из кислорода под воздействием ультрафиолетового излучения:

     2О₂О + О_3.

     Озон  поглощает жесткое (коротковолновое) ультрафиолетовое излучение Солнца, предохраняя живые организмы  от его губительного воздействия. Поэтому разрушение озонового слоя приведет к более высоким уровням ультрафиолетового излучения на поверхности Земли, что будет способствовать увеличению случаев рака кожи у людей, мутаций у растений и т.п.

     В 1985 году британские исследователи обнародовали данные своих восьмилетних наблюдений. Они обнаружили над Северным и Южным полюсами области атмосферы с пониженным содержанием озона (до 50 %) – «озоновые дыры». В настоящее время большинство ученых пришло к заключению, что озоновый слой земли разрушают так называемые фреоны – хлорфторуглероды (ХФУ), чрезвычайно химически стойкие вещества, применяемые как хладоагенты в холодильниках и наполнители аэрозольных упаковок. Благодаря химической стойкости фреонов ничто в природе неспособно разрушить (утилизировать) их. Диффундируя в атмосфере, пары фреона достигают озонового слоя и там под действием ультрафиолета вступают во взаимодействие с озоном и «проедают» дыру в озоновом слое.

     Иная  проблема, касающаяся озона, но не связанная  с разрушением озонового слоя, – фотохимический смог: образуясь на свету при протекании реакций оксидов азота с углеводородами, озон, собираясь в нижних слоях атмосферы (тропосфере), является составной частью смога.

     Наличие озона в тропосфере ускоряет процесс  разрушения резиновых изделий, текстиля, красочных покрытий и т.п., снижает  продуктивность сельскохозяйственных культур, замедляет фотосинтез в  растениях и ослабляет их.

3. Кислотные дожди, их причины  и методы устранения

     Кислотными  дождями называют все виды метеорологических осадков  (дождь, снег, град, туман, дождь со снегом), показатель рН которых меньше, чем среднее значение рН дождевой воды, равное 5,6. Впервые термин «кислотный дождь» был введен в 1872 году английским исследователем Ангусом Смитом при изучении викторианского смога в Манчестере.

     Показатель  кислотности воды рН = – lg[C_H+], где [C_H+] – концентрация ионов водорода. Значение рН нейтрального раствора равняется 7. При растворении кислот в воде концентрация ионов Н⁺ возрастает, а показатель рН снижается. Для кислых растворов рН< 7, для щелочных pH > 7.

     Вода  «нормального» дождя тоже представляет собой слабокислый раствор. Это происходит вследствие того, что двуокись углерода вступает в реакцию с дождевой водой. При этом образуется слабая угольная кислота (CO₂ + H₂OH₂CO₃). Теоретическое значение рН дождевой воды равняется 5,6 – 5,7. В реальной жизни показатель ее кислотности в разных местах может сильно различаться, что, прежде всего, зависит от состава газов, содержащихся в атмосфере той или иной местности (оксид серы, оксиды азота).

     Кислотный дождь образуется в результате химического  взаимодействия оксидов серы (SO₂ и SO₃) и азота (NO_х) с водой в атмосфере. Эти вещества выбрасываются автомобильным транспортом, образуются в результате деятельности металлургических и химических предприятий, а также при сжигании ископаемого топлива на электростанциях (при высокой температуре азот горит в кислороде воздуха). Вступая в реакцию с водой, оксиды превращаются в растворы кислот – серной, сернистой, азотистой и азотной. Затем вместе со снегом или дождем они выпадают на землю.

     В настоящее время последствия  выпадения кислотных дождей наблюдаются  практически во всех странах Земного шара. Он оказывает отрицательное воздействие на водоемы – озера, реки, заливы, пруды, повышая их кислотность до такого уровня, что в них погибает флора и фауна. Водяные растения лучше всего растут в воде со значениями рН =7 – 9,2. С увеличением кислотности водяные растения гибнут, лишая других животных водоема пищи. При рН = 6 погибают пресноводные креветки, а при повышении рН до 5,5 – донные бактерии, которые разлагают органические вещества и листья, и органический мусор начинает скапливаться на дне. Затем гибнет планктон, он составляет основу пищевой цепи водоемов и питается веществами, образующимися при разложении бактериями органических веществ. Когда рН достигает 4,5,погибает вся рыба, большинство лягушек и насекомых.

     По  мере повышения кислотности воды становится возможным растворение из донных отложений и почв токсичных тяжелых и легких металлов: кадмия, ртути, свинца, алюминия и др. Люди, пьющие воду с высоким содержанием свинца или принимающие в пищу рыбу, перенасыщенную ртутью, могут приобрести серьезные заболевания. Возрастание в подкисленной воде содержания алюминия всего лишь до 0,2 мг/л летально для рыб. Резко сокращается развитие фитопланктона, так как фосфаты, активизирующие этот процесс, соединяются с алюминием и становятся недоступными для усвоения.

     Кислотный дождь наносит вред не только водной флоре и фауне, но также уничтожает растительность на суше. Хотя до сегодняшнего дня механизм этого процесса до конца  не изучен, ученые считают, что «сложная смесь загрязняющих веществ, включающая кислотные осадки, озон, и тяжелые металлы...в совокупности приводят к деградации лесов». Особенно чувствительны к кислотным дождям хвойные леса – с них опадает хвоя. Воздействие кислотных дождей также снижает устойчивость лесов к засухам, болезням, природным загрязнениям, что приводит к еще более выраженному их ухудшению как природных экосистем.

     Они разрушают здания и памятники  культуры, трубопроводы, приводят в  негодность автомобили, снижают плодородие почв и т.п.

     Единственный  способ изменить ситуацию к лучшему – это снизить количество кислотообразующих выбросов в атмосферу. В теплоэнергетике это может быть достигнуто за счет перехода с угля на газовое топливо, поскольку содержание серы в газе существенно меньше, чем в углях. Для устранения образования оксидов азота следует понизить температуру горения газа или мазута до 500 – 600^ОС, этого можно достичь, применяя  так называемые каталитические генераторы тепла, в которых сжигание топлива происходит не в факеле (форсунке), а в слое катализатора путем окисления.

     Для снижения выбросов оксидов азота (и  оксида углерода СО – угарного газа) автомобильного транспорта следует  применять каталитические дожигатели, которые монтируются на выхлопную трубу автомобиля. Проходя через слой катализатора в дожигателе (это платиновые металлы, нанесенные на инертный носитель), выхлопные газы очищаются: СО превращается в СО₂ – углекислый газ, а оксиды азота – в азот.

4. Истощение природных ресурсов и проблема отходов

     Истощение природных ресурсов – одна из глобальных экологических проблем человечества. Природные ресурсы (ПР) – объекты и явления природы, которые используются (или могут быть использованы) для удовлетворения материальных, научных или культурных потребностей общества.