Круговорот углекислого газа. Парниковый эффект

Московский Государственный Строительный Университет

Кафедра экологии городского строительства и хозяйства.

РЕФЕРАТ

Тема: “Круговорот углекислого газа.  Парниковый эффект.”

Выполнил:     студент

Никифоров Р.В.

фак-т  МиАС-4-4у

Проверил: Маршалкович А.С.

МОСКВА 2001

              "ПРОБЛЕМА ПАРНИКОВОГО ЭФФЕКТА"

Многолетние наблюдения показывают, что в результате хозяйственной деятельности изменяется газовый состав и запыленность нижних слоев атмосферы. С распаханных земель во время пыльных бурь поднимаются в воздух миллионы тонн частиц почвы. При разработке полезных ископаемых, при производстве цемента, при внесении удобрений и трении автомобильных шин о дорогу, при сжигании топлива и выбросе отходов промышленных производств в атмосферу попадает большое количество взвешенных частиц разнообразных газов. Определения состава воздуха показывают, что сейчас в атмосфере Земли углекислого газа стало на 25% больше, чем 200 лет назад. Это , безусловно, результат хозяйственной деятельности человека, а также вырубки лесов, зеленые листья которых поглощают углекислый газ.

С повышением концентрации углекислого газа в воздухе связан парниковый эффект, который проявляется в нагреве внутренних слоев атмосферы Земли. Это происходит потому, что атмосфера пропускает основную часть излучения Солнца. Часть лучей поглощается и нагревает земную поверхность, а от нее нагревается атмосфера. Другая часть лучей отражается от поверхности Планеты и это излучение поглощается молекулами углекислого газа, что способствует повышению средней температуры Планеты.

Действие парникового эффекта анaлогично действию стекла в оранжерее или парнике ( от этого возникло название " парниковый эффект").

Охрана окружающей природной  среды и рациональное использование естественных ресурсов - одна из актуальных глобальных проблем современности. Ее решение неразрывно связано с борьбой за мир на Земле, за предотвращение ядерной катастрофы, разоружение, мирное сосуществование и взаимовыгодное сотрудничество государств.

СОСТОЯНИЕ  И  ПРОБЛЕМЫ ПРИРОДНОЙ  СРЕДЫ.

Современное человечество живет в эпоху небывалого развития научно-технического прогресса, сопровождающегося активным воздействием на природную среду. И хотя в последние десятилетия принимаются меры по ее охране и оздоровлению, тем не менее общее состояние окружающей среды продолжает ухудшаться.

Масштабы воздействия хозяйственной деятельности на природную среду стали поистине гигантскими. Поступление в воды суши и океана, в атмосферу и почвы различных химических соединений (а их примерно 100 тыс.), образующихся в результате производственной деятельности человека, в десятки раз превосходит естественное поступление веществ при выветривании горных пород и вулканизме. Ежегодно из недр Земли извлекается свыше 100 млрд. т полезных ископаемых, выплавляется 800 млн. т различных металлов, производится более 60 млн. т неизвестных в природе синтетических материалов, вносится в почвы сельскохозяйственных угодий свыше 500 млн. т минеральных удобрений и примерно 3 млн. т различных ядохимикатов, 1/3  которых смывется поверхностными стоками в водоемы или задерживается в атмосфере (при рассеивании с самолетов). Количество железа, поступающего антропогенным путем в природную среду, составило за последние 150 лет около 6,5 млрд. т, а возможные последствия "ожелезнения" земной коры пока не известны. На порядок увеличилось поступление в окружающую среду свинца и кадмия - элементов с высокими токсическими свойствами.

Человечество использует для ирригации, промышленного производства, бытового снабжения более 13% речного стока и сбрасывает в водоемы ежегодно более 500 млрд. м3 промышленных и коммунальных стоков. Их нейтрализация требует (в зависимости от степени очистки) 5-12-кратного разбавления природной чистой водой. Не менее чем вдвое увеличился твердый сток в океан, который составляет сейчас 17,4 млрд. т в год. Только в водохранилищах накопление продуктов размыва суши составляет 13,4 млрд.т в год. В целом под воздействием антропогенного фактора снос с суши возрос примерно в 2,5 раза и составляет ежегодно 50 млрд. т вещества в твердой, жидкой и газообразной форме.

В результате сжигания топлива в атмосферу ежегодно поступает более 20 млрд. т двуокиси углерода и более 700 млн. т других паро- и газообразных соединений и твердых частиц. Серьезной проблемой становятся избыток серы в окружающей среде и загрязнение соединениями серы воздуха и поверхностных вод. В настоящее время техногенное поступление серы в 7 раз превышает таковое при естественных природных процессах; при сжигании низких сортов угля и мазута в атмосферу выделяется 150 млн. т сернистого газа в год. Как известно, во влажном воздухе SO2 образует серную кислоту, которая вместе с дождями выпадает на землю. Когда в воздух и почву попадают металлическая пыль или растворенные в воде металлы, то образуются еще более ядовитые соли серной кислоты. убивающие все живое. Особенно опасны соли кадмия, ртути, свинца.

При анализе загрязнения среды следует учитывать не только прямое загрязнение в результате потерь сырья и побочных отходов индустрии, которые колеблются от 2 до 33%, но и рассеивание вещества в процессе использования готовой продукции из-за ее коррозии, износа, механического истирания и т.п.

А так как энергетические мощности в мире удваиваются каждые 12 лет и объем промышленной продукции - каждые 15 лет, то следует ожидать, что к 2000 г. индустриальная нагрузка на природную среду возрастет в 2,5-3 раза, даже при учете очистных мероприятий, которые пока недостаточно эффективны.

Своей деятельностью человек не только нарушает геохимический круговорот, но и оказывает существенное влияние на энергетический баланс в природе. Он освобождает энергию фотосинтеза, накопленную в месторождениях горючих ископаемых, интенсивно использует гидроэнергию, а в последнее время энергию атома и солнца. В районах земного шара с высокой концентрацией населения и промышленного производства масштабы вырабатываемой человеком энергии стали соизмеримыми с энергией радиационного баланса и оказывают заметное влияние на изменение параметров микроклимата. Возникли зоны с заметным термальным загрязнением, которые обнаруживают тенденцию к расширению. Увеличение поступления тепла в атмосферу может иметь не только местные, но и глобальные экологические последствия.

Усиление техногенного воздействия на природную среду породило целый ряд экологических проблем, из них самые острые связаны с состоянием атмосферного воздуха, водных и земельных ресурсов.

По сравнению с другими компонентами геосферы атмосфера имеет ряд присущих только ей особенностей - высокую подвижность, изменчивость составляющих ее элементов, своеобразие молекулярных реакций, в которых могут участвовать и инертные газы. Состояние атмосферы определяет тепловой режим поверхности Земли, озоновый экран защищает нашу планету от излишней ультрафиолетовой радиации. Соотношение тепла и влаги в атмосфере - основная причина существования географических зон на Земле, определяющих особенности режима рек, почвенно-растительного покрова и важные процессы формирования рельефа.

Человек может не только прямо, но и косвенно влиять на атмосферу и происходящие в ней процессы. Особенно сильные косвенные воздействия хозяйственной деятельности на местный климат и климат целых районов - сведение лесов, распашка обширных территорий, межбассейновые переброски вод, большие мелиоративные работы (ирригация, осушение), добыча полезных ископаемых, сжигание ископаемого топлива, военные действия и т.п.

По подсчетам ученых, количество кислорода в атмосфере ежегодно уменьшается более чем на 10 млн. тонн. Если и впредь будет продолжаться его расходование в таких размерах, то две трети суммарного количества свободного кислорода атмосферы и гидросферы будут исчерпаны за 100 с небольшим тысяч лет. Соответственно содержание углекислого газа в атмосфере достигнет чрезмерной концентрации.

Поэтому одним из самых важных результатов, привлекающих к себе внимание ученых и широко обсуждаемых в литературе, является повышение концентрации углекислого газа в атмосфере. Вместе с тем увеличивается его поглощение через фотосинтез, водами океана, известняками и каустобиолитами.  Имеются расчеты, что удвоение количества СО2 в атмосфере повысит среднюю планетарную температуру на 1,5-2 градуса  в результате "парникового эффекта" . Следует отметить, что в последние 70 лет действительно наблюдается поднятие уровня Мирового океана в среднем на 1,5 мм в год. Полагают, что одна из причина этого - таяние ледников, происходящее вследствие потепления климата. Быстрое таяние ледников может привести к сильной перестройке всей природной среды. Так, возможен подъем  уровня Мирового океана на 5 м, затопление низменностей и в связи с этим необходимость переселения почти миллиарда человек.

Таким образом, измение природных условий - мощный фактор, влияющий на жизнь общества, и их необходимо учитывать при глобальном прогнозировании. особенно на длительное время.

Так, если согласится с расчетами некоторых ученых, то уже к концу первой четверти ХХ1 в. в результате потепления, вызванного увеличением концентрации СО2 в атмосфере, климат Москвы будет подобен современному климату влажного Закавказья. Произойдет перестройка всей системы циркуляции атмосферы с соответствующими изменениями термического режима и увлажнения. Начнется процесс переформирования географических зон с их "смещением" в более высокие широты на расстояние, достигающее 15 градусов. При этом необходимо учитывать. что атмосфера - очень динамичная система и может меняться чрезвычайно быстро;  что же касается других компонентов геосферы, то они более консервативны. Так, для коренных изменений  почвенного покрова необходимы сотни лет. Возможна ситуация, когда самые плодородные почвы, например черноземы, окажутся в климатических условиях пустынь, а и без того переувлажненные и заболоченные таежные земли будут получать еще больше осадков. Площади пустынь могут резко увеличиться. Ведь даже в настоящее время процессы опустынивания развиваются на 50-70 тыс. кв км обрабатываемых площадей. Иными словами, земельный фонд нашей планеты может претерпеть кардинальные качественные изменения. Вполне реальна ситуация, при которой гидрометеорологические параметры не будут соответствовать почвенному покрову, сформировавшемуся в иных климатических условиях. А это в свою очередь сильно отразится на урожайности сельскохозяйственных культур. Подобного рода изменения, если они произойдут, вызовут необходимость грандиозных мелиоративных работ, межбассейновых перебросок вод, изменения традиционных методов ведения хозяйства, специализации в выращивании сельскохозяйственных культур и т.д., что в свою очередь потребует огромных средств и усилий.

Предполагают также, что доказательством потепления является  и увеличение частоты засух, особенно в умеренных широтах северного полушария. В то же время любое резкое изменение климатических условий на обширных площадях будет равноценно настоящей экологической катастрофе. Предполагают, что подтопление окраин материков и изменение их гидрографии скажутся и на подземной "гидросфере". Ответной реакцией может стать изменение режима перемещения участков земной коры на материках. Предполагают, что ХХ1 век может оказаться временем планетарной антропогенной активизации сейсмических процессов, а возможно, и других проявлений внутренних сил Земли.

Кроме того, резкие быстрые изменения климата на огромных площадях могут привести и к тяжелым экономическим последствиям, так как потребуют переориентации многих отраслей мировой экономики, в том числе сельского хозяйства и производства энергии.

Имеются расчеты физиков, согласно которым при удвоении концентрации СО2 в атмосфере температура воздуха повысится не более чем на 0,04 градусов по Цельсию. Таким образом, повышение концентрации СО2 в таких масштабах скорее может оказаться полезным для сельскохозяйственного производства, т.к. должно сопровождаться повышением интенсивности фотосинтеза (на 2-3%) .

В настоящее время концентрация углекислого газа в атмосфере составляет 0,032% (в городах - 0,034%). Медики утверждают, что для здоровья человека концентрация СО2 в воздухе безвредна до уровня 1% , т.е. человечество имеет еще достаточно времени для решения этой проблемы. Кроме того, следует подчеркнуть, что многие прогнозы влияния СО2 на окружающую среду спорны. Спорность эта происходит потому, что модели, на основе которых делаются соответствующие прогнозы, еще далеки от совершенства. Нужны еще очень подробные и детальные исследования.

ПРОБЛЕМА УГЛЕКИСЛОТЫ

Безусловно, важнейшим из парниковых газов является двуокись углерода. Его основным источником служат процессы сжигания органического топлива (уголь, газ, нефть и продукты ее переработки, горючие сланцы, дрова). За счет этого в атмосферу поступает до 80% двуокиси углерода. Существует достаточно большое количество прогнозов развития энергетики. Однако их точность оставляет желать лучшего. В своем большинстве прогнозы дают явно завышенные оценки по сравнению с реальными цифрами мирового энергопотребления.

Среди стоящих перед человечеством глобальных экологических проблем проблема СО2 - одна из самых дискуссионных. Многие считают ее мнимой, надуманной. И действительно, пока нет реальных признаков потепления климата, которое прогнозируется некоторыми климатологами и физиками. Потепление, по их мнению, должно наступить из-за увеличения парникового эффекта, который в свою очередь возникает в результате накопления в атмосфере углекислого газа антропогенного происхождения.