Охорона атмосферного повітря

Найбільш неприємними для людства є два наслідки парникового ефекту. Перший – значне збільшення посушливості в середніх широтах, тобто в основних зернових районах (Україна, чорноземна зона Росії, Кубань, "зернові" штати США). Клімат тут стане напівпустельним, і врожаї зерна різко скоротяться. Другий – це підйом рівня Світового океану на 2-3 м за рахунок танення полярних льодових шапок. Це викличе затоплення багатьох прибережних ділянок, де живуть мільйони людей, міст, портів тощо. Наприклад, така густонаселена (150 млн. чоловік) держава, як Бангладеш, майже повністю буде затоплена, піде під воду Венеція тощо.

Моделлю "парникового ефекту" є клімат на Венері. Її щільна атмосфера, що на 98 % складається з вуглекислого газу, за рахунок цього явища розжарена до 500° С (за такої температури залізо стає червоним).

Кліматичні зміни можуть відбуватися не лише завдяки впливу людства на склад атмосфери, а й внаслідок зміни ним типу поверхні Землі. Заміна лісів культурними плантаціями призводить до зниження випаровування й збільшення прямої тепловіддачі. Зменшується жорсткість поверхні, що впливає на циркуляцію шарів атмосфери.

Крім того, людство ще й безпосередньо підігріває атмосферу Землі за рахунок спалювання великої кількості нафти, вугілля, торфу тощо, а також роботи АЕС. Промисловість світу нині виділяє в атмосферу понад 3-1014 МДж тепла щорічно. Ця кількість поки що становить лише 0,01 % енергії Сонця, .що досягає атмосфери Землі. Проте в деяких промислових районах концентрація теплової енергії за рахунок промисловості збільшилася вже в сотні разів. З'явилися теплі ореоли над містами й промисловими центрами, де теплові аномалії вже на кілька градусів перевищують норму. Такі теплі плями добре помітні з Космосу під час теплової зйомки.

Швидко зростаюче населення африканських і латиноамериканських країн дуже активно вирубує тропічні ліси. За підрахунками експертів ООН, у найближчі 20 років буде знищено 12-15 млн. км2 цих лісів, тобто більше половини їх площі. Крім зменшення кількості кисню, що надходить у атмосферу з цього джерела, відбудеться глобальне охолодження атмосфери. Підраховано, що за всю історію людства винищення лісів вже охолодило поверхню Землі майже на 1 °С.

Таким чином, види діяльності людини, що спричинюють кліматичні зміни, мають різні наслідки. Одні з них підвищують температуру (викиди в атмосферу СО2 й інших "парникових" газів), інші знижують її й викликають антипарниковий ефект (зведення лісів, запорошення повітря сажею й пилом тощо). Для точного прогнозування майбутніх змін потрібен добре налагоджений моніторинг. Як вважає вчений М. Келлі, переможцями у разі глобальних змін клімату будуть ті, хто думає й планує заздалегідь, а втрат зазнають люди, які реагують лише тоді, коли криза вже наступила.

2.4.2. Озонова діра в атмосфері

Життя на Землі залежить від енергії Сонця. Ця енергія надходить у вигляді різних випромінювань. Серед них переважають промені видимого світла, а також довгохвильові (інфрачервоні, або теплові) й короткохвильові (ультрафіолетові). Ультрафіолетове (УФ) випромінювання має найбільшу енергію, є фізіологічне активним – діє на живу матерію. Ці промені залежно від довжини хвилі (чим вона менша, тим вища енергія хвилі) можуть викликати фізіологічні зміни в організмах, призводити до розриву молекул білків, мутацій, переважно несприятливих. Увесь потік УФ променів Сонця, що доходить до земної атмосфери, умовно поділяють на три види: УФ-А (довжина хвилі 400-315 нм); УФ-В (315-280); УФ-С (менше 280 нм). Надзвичайно шкідливими для життя, навіть смертельними, є УФ-В і особливо УФ-С. Що ж захищає нас і всю біосферу від згубної дії короткохвильового ультрафіолетового випромінювання Сонця? Це – озоновий шар атмосфери.

На висоті 20-50 км, як вже згадувалося, повітря містить підвищену кількість озону, тобто кисню, молекула якого складається з трьох атомів (О3). Цей газ добре відомий вченим. Деяка кількість його утворюється, наприклад, під час грози. Він є дуже сильним окисником, на чому й засноване його застосування в техніці {наприклад, для знезараження води). Як же озон утворюється в стратосфері? Виявляється, за рахунок молекул звичайного, двоатомного кисню СО2, що поглинає жорстке високоенергетичне випромінювання УФ-В і УФ-С. Енергія цих променів витрачається на фотохімічну реакцію утворення озону з кисню. В результаті УФ-В і УФ-С до поверхні Землі не доходять, озоновий шар для них такий же непрозорий, як, скажімо, чорний папір. Цікаво, що озону в цьому шарі міститься дуже мало, на рівні моря він утворив би шар товщиною 2-3 мм. Незважаючи на малу густину, озоновий щит надійно захищає все живе від дії УФ‑променів.

До поверхні. Землі доходять довгохвильові УФ-промені діапазону УФ-А. Від їх негативної дії наш організм вміє захищатися, синтезуючи в шкірі шар темної речовини – меланіну (засмага). Проте тривале перебування на сонці, коли в шкірі ще немає меланіну, викликає її почервоніння, запалення, головний біль тощо.

Озоновий шар містився у атмосфері не завжди. Протягом, тривалого часу ранньої історії Землі, коли в складі Її атмосфери не було кисню, не утворювався й озон. Ультрафіолетові промені вільно досягали поверхні Землі й стерилізували її краще, ніж нині це роблять УФ-випромінювачі в хірургічних клініках. І лише тоді, коли в повітрі з'явилася якась мінімальна кількість кисню (принаймні 10 % його вмісту на сьогодні), життя змогло піднятися з глибини океану до його поверхні, а згодом й вийти на суходіл.

Останнім часом вчені надзвичайно занепокоєні, бо спостереження метеорологів, які працюють у Антарктиді, свідчать, що озоновий шар над цим материком почав зменшуватися. В ньому виникла пульсуюча діра, вміст озону в якій менший від звичайного на 40-50 %. Ця діра. з'являється антарктичною весною (з серпня по жовтень), а антарктичного літа зменшує свою площу. Проте існує тенденція до збільшення її площі з року в рік. Нині вона не затягується влітку, а її площа перевищує площу материка Антарктиди. Встановлено підвищення УФ-фону в країнах, розташованих у Південній півкулі ближче до Антарктиди, перш за все у Новій Зеландії. Медики цієї країни констатують збільшення захворювань, зумовлених, підвищеним УФ-фоном, таких, як рак шкіри й катаракта очей.

Тривожні повідомлення надходять з Північної півкулі: й тут виявлено озонову діру над Шпіцбергеном, щоправда, менших розмірів, ніж над Антарктидою. Зниження вмісту озону в атмосфері загрожує зменшенням врожаїв сільськогосподарських рослин, захворюваннями тварин і людей, збільшенням шкідливих мутацій тощо, а якщо озон зникне зовсім, буде знищено все живе на нашій планеті.

Наскільки ж великою є така небезпека і чим спричинена поява й збільшення дір у озоновому шарі? На думку, вчених, серйозна загроза зникнення озонового шару спричинить до тяжких наслідків. Щодо причин появи озонових дір єдиної думки немає. Встановлено, що руйнуванню озонового шару сприяють деякі хімічні речовини, які вступають у реакцію з озоном і розкладають його на кисень. У результаті на Землю надходить більше УФ-променів. Такі зв'язуючі озон речовини є в природі (наприклад, окиси азоту), проте в дедалі зростаючих кількостях вони викидаються в атмосферу за рахунок діяльності людей. Мова йде, перш за все, про хлорфторметани (фреони й галони), такі як СFС3 (фреон 11), СF2Сl2 (фреон-12), СF2СlВr (галон 1211) тощо. Вони широко використовуються в промисловості (як холодоагенти в рефрижераторах і для очищення мікросхем) та побуті (аерозольна упаковка балончиків для фарби, лаку, парфумів). У 1980 р. країни Північної, Америки та Західної Європи випустили аж 5 млрд. таких балончиків. Усього ж в світі щорічно виробляється кілька мільйонів тонн фреонів.

Для людини фреони та їх пари не шкідливі, проте вони  надзвичайно стійкі – в атмосфері можуть зберігатися до 80 років. Пари фреонів, врешті-решт, з висхідними течіями повітря потрапляють у стратосферу. Під впливом УФ‑випромінювання Сонця їх молекули розпадаються, вивільняючи атоми хлору. Ця речовина діє як дуже сильний каталізатор, розкладаючи молекули озону до кисню. Один атом хлору здатний розкласти 100 тис молекул озону.

Під загрозою зникнення озонового шару керівники багатьох країн вирішили вжити енергійних заходів. У 1985 p. у Відні урядами більшості країн світу було підписано конвенцію, а в 1985 р. в Монреалі протокол по охороні атмосферного озону. Учасники конвенції взяли на себе зобов'язання до 2000 року зменшити на 50 % споживання фреонів, а потім і зовсім відмовитися від них, замінивши їх безпечними сполуками.

До чого може призвести зникнення озонового шару свідчать досліди, проведені в 70-х роках американськими військовими, які розробляли озонову зброю. Як повідомляла американська преса, над одним з ненаселених тихоокеанських атолів було запущено ракету, яка розпорошила в озоновому шарі спеціальний реагент, що повністю зв'язав озон, утворивши над цим острівцем діру, що існувала кілька годин. Кілька годин поверхня острова опромінювалася смертельною УФ-радіацією В результаті на острові загинуло все живе: рослини, тварини, бактерії тощо. Залишилося кілька черепах, тіло яких захищене товстим панциром, проте їх очі було випалено ультрафіолетом.

Значної шкоди озоновому шару завдають також польоти висотних літаків, у вихлопних газах яких є окиси азоту, а також запуски космічних апаратів, особливо таких, як американські "Спейс Шаттли", що працюють на твердому паливі й викидають особливо багато таких окисів. Підраховано, що 300 запусків "Спейс Шатглів" підряд могли б повністю зруйнувати озоновий щит Землі.

Крім озону, що є в стратосфері, в приземному шарі повітря Землі подекуди зареєстровано підвищений вміст озону. його джерелом є вихлопні гази автомобілів, особливо тих, у яких погано відрегульовані двигуни. В поєднанні з певними атмосферними умовами (відсутність вітру тощо) у великих містах, таких як Токіо, Мехіко, Лос-Анджелес, утворюється фотохімічний смог.

2.4.3. Кислотні дощі

Окиси сірки й азоту, що потрапляють у атмосферу внаслідок роботи ТЕС і автомобільних двигунів, сполучаючись з атмосферною вологою, утворюють дрібні крапельки сірчаної га азотної кислої, які переносяться вітрами у вигляді кислотного туману й випадають на землю кислотними дощами. Ці дощі мають шкідливу дію на фактори навколишнього середовища:

–        врожайність багатьох сільськогосподарських культур знижується на 3-8 % внаслідок ушкодження листя кислотами;

–        кислі опади спричинюють вимивання з ґрунту кальцію, калію й магнію, що викликає деградацію фауни та флори;

–        деградують і гинуть ліси (особливо вразливими до дії кислотних дощів виявилися кедр, бук і тис);

–        отруюється вода озер і ставків, у яких гине риба (в першу чергу цінні види – лосось, форель тощо) і численні види комах;

–        зникнення комах у водоймах призводить до щезання птахів і тварин, які ними живляться;

–        зникнення лісів у гірських районах (Карпати) зумовлює збільшення кількості гірських зсувів і селів;

–        різко прискорюється руйнування пам'ятників архітектури, житлових будинків, особливо тих, що оздоблені мармуром, вапняком;

–        вдихання людьми повітря, забрудненого кислотним туманом, спричинює захворювання дихальних шляхів, подразнення очей тощо.

Взимку поблизу ТЕС, металургійних заводів тощо інколи випадає також кислотний сніг. Він є ще більш шкідливим, ніж кислотний дощ. Як встановив англійський дослідник Т. Девіс, райони, де випадає такий сніг, одержують одразу чотирьох-п'ятимісячну дозу забруднення, а під час танення навесні відбувається процес концентрації шкідливих речовин, тому тала вода інколи містить вдесятеро більше кислот, ніж сніг, який Девіс називає "екологічною бомбою уповільненої дії".

Деякі країни вже нині відчувають шкідливу дію кислотних дощів. Так, за даними екологів, у Швейцарії від кислотних дощів засихає третина лісів, 69 % оглянутих букових дерев у лісах Великобританії всихають з верхівок. У Швеції 18 тис. озер отруєно цими дощами, з них у 9 тис. риба вже частково вимерла, а в 4 тис. зникла зовсім. Великою загрозою є "інтернаціональний" характер цього забруднення, бо повітряні течії розносять кислотні тумани на тисячі кілометрів від місць їх виникнення. Ті ж, наприклад, шведські озера пошкодили кислотні дощі, які утворилися через викиди ТЕС і металургійних підприємств Великобританії. Пануючі в цьому районі західні вітри розносять отруту далеко від Британських островів – аж до Скандинавії. Кислотні дощі в Канаді принесені з США, в Україні – з Румунії, а в Румунії – з України тощо.

Розділ 3. Охорона атмосферного повітря

3.1. Охорона і раціональне використання атмосфери

Вище наведено лише кілька прикладів антропогенних забруднень атмосфери, які досягли критичної межі. На жаль, цей перелік можна було б продовжити. Досить нагадати про аварію на Чорнобильській АЕС, коли в атмосферу було викинуто в тисячі разів більше радіоактивних забруднень, ніж під час бомбардування американцями Хіросіми чи Нагасакі. Від цього постраждали десятки мільйонів людей України, Білорусі, Росії. Головним проявом цього є руйнування генофонду українського і білоруського народів. Чорнобильська катастрофа згадана тому, що набутий в зв'язку з нею досвід вказує шляхи запобігання подальшим екологічним катастрофам. Необхідно створити кілька паралельних і незалежних національних і міжнародних груп експертів, які б оцінювали стан атмосферних забруднень, можливий вплив на атмосферу нових великих технічних проектів, а також видавали прогнози подальших антропогенних змін атмосфери

Чи існують об'єктивні умови для запобігання подальшим катастрофічним антропогенним змінам атмосфери? Вже з наведених прикладів очевидно, що існують. Викиди в атмосферу галогенорганічних сполук будуть різко скорочені в найближчі роки. Найбільше в світі вугілля і нафти видобував СРСР, і більша частина їх витрачалась на гонку озброєнь.