Экологические проблемы человечества - Экология - Скачать бесплатно
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ
УКРАИНЫ
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ
ЧЕЛОВЕЧЕСТВА
Ученицы 6-Б класса
гимназии №1 г.Сум
Липовой Надежды.
2000 г.
Экологическое состояние планеты стало глобальной проблемой мирового
масштаба в 21-ом веке, которую пытаются решить ученые многих стран мира.
Состояние природы вокруг должно заставить нас задать себе вопрос:”А
будут ли наши дети жить на голубой планете Земле?”
Накопление углекислого газа в атмосфере-одна из основных причин
парникового эффекта, возрастающего от разогревания Земли лучами Солнца.Этот
газ не пропускает солнечное тепло обратно в космос.Содержание парниковых
газов-СО2, метана и др.-неуклонно увеличивается. Правда, действует и
процесс , направленный в обратную сторону,-это процесс фотосинтеза, в
котором растения усваивают двуокись углерода из воздуха и строят из нее
свою биомассу. По оценкам ученых, за год вся растительность суши улавливает
из атмосферы 20-30 млрд. т. углерода в форме его двуокиси. Один квадратный
метр быстрорастущего тропического леса за год извлекает из воздуха 1-2 кг
углерода, 1 м2 арктической тундры-раз в сто меньше, но нельзя забывать, что
растительность суши-лишь сравнительно небольшая часть всей земной флоры.
Основную площадь нашей планеты занимают океаны, а в их водах плавают массы
микроскопических водорослей. В усвоении атмосферной двуокиси углерода они
играют не меньшую роль, чем гигантские по сравнению с ними наземные
растения, за год эти микроскопические водоросли потребляют около 40 млрд.
т. углерода.
Российский климатолог Н. И. Будыко еще в 1962 г. выдвинул гипотезу,
что сжигание человечеством огромного количества разнообразных топлив,
особенно возросшее во второй половине 20 в., неизбежно приведет к
увеличению содержания углекислого газа в атмосфере. А он задерживает отдачу
солнечного и глубинного тепла с поверхности Земли в космос, что приведет к
эффекту , который мы наблюдаем в застекленных парниках. Вследствие такого
парникового эффекта средняя температура приземного слоя атмосферы должна
постепенно повышаться.
Выводы Н.И.Будыко заинтересовали американских метеорологов. Они
проверили его расчеты, сами провели многочисленные наблюдения и к концу 60-
х гг. пришли к твердому убеждению, что парниковый эффект в атмосфере Земли
существует и нарастает.
Концентрация, например, двуокиси углерода в атмосфере увеличилась
по сравнению с доиндустриальной эпохой на 28 %. Если человечество не примет
меры, чтобы сократить выбросы этих газов к середине будущего века, средняя
глобальная температура приземной атмосферы повысится на 1.5-4.5°С.
Последняя цифра относится к высоким российским широтам. Произойдет
перераспределение осадков на территории страны, увеличится число засух,
изменится режим речного стока и режим работы гидроэлектростанций. Растает
верхний слой вечной мерзлоты, занимающий в России около 10 млн. м2 (60%
территории страны), что повлияет на устойчивость фундаментов инженерных
сооружений. Уровень мирового океана поднимется к 2030 г. на 20 см, что
приведет к затоплению низколежащих побережий.
Доли некоторых государств в глобальном выбросе двуокиси углерода таковы:
США-22%, Россия и Китай-по11%, Германия и Япония-по 5%.
В балансе потребления органического топлива в нашей стране природный
газ занимает 45%, в то время как в мировом топливном балансе на природный
газ приходится 25%. Таким образом, структура украинской энергетики по
воздействию на климат более нейтральна по сравнению с энергетикой других
стран, так как природный газ имеет более низкий коэффициент выброса
двуокиси углерода, чем уголь и нефть.
К газам, создающим парниковый эффект, относится и метан, поэтому очень
важно определить его потери при добыче, транспортировке по трубопроводам,
распределении в городах и населенных пунктах, при использовании на станциях
теплоснабжения и электростанциях. По некоторым украинским и зарубежным
источникам, потери газа по всей этой цепочке составляют от 10 до 30 %, по
данным Минтопэнерго Украины-1.5%, что соизмеримо с мировой нормой.
Суммарные промышленные выбросы углерода, например в России, в 1990 г.
оценивались в пределах 650-700 млн. т. К наиболее загрязняющим атмосферу
отраслям отнесены топливно-энергетическая, нефтехимическая,
металлургическая и транспортная.
Мощным источником СО2 служит дыхание почвы. На 1124.9 млн. га северо-
западной части Европы дыхание почвы составляет 1800 МтС, т.е. 3% от
глобальной эмиссии, что в три раза превосходит индустриальную эмиссию. В
условиях холодного и умеренного климата за счет замедленной скорости
разложения биомассы происходит (вместе с органическим веществом) накопление
углерода.
Другим местом скопления СО2 служат болота-резервуар с временем
пребывания органического углерода в торфах до 10 тыс.лет и его
аккумуляцией 45-50 МтС/г. Из-за малой скорости разложения мха углерод
активно накапливается в сфанговых болотах. Увеличение годового стока может
быть достигнуто в первую очередь облесением, а также путем сохранения и
увеличения содержания гумуса в почвах.
Анализ динамики климатических данных показал, что в 80-х и начале 90-х
г.г. среднегодовые температуры на северной половине Восточно-Европейской
равнины возросли из-за частой повторяемости теплых зим, причем отмечена
сопряженность ареалов максимальной изменчивости климатических характеристик
с географическим распределением загрязнений атмосферы.
Изменение климата в результате антропогенных выбросов парниковых газов
ведет к крупномасштабным негативным последствиям практически во всех
областях деятельности человека. Наиболее значительному потеплению
подвержены высокие широты Земли, в которых расположены значительная часть
территории Европы и Азии.
В Западной Европе изменение климата чревато для сельского, лесного и
водного хозяйства. Это связано главным образом с перераспределением осадков
и увеличением числа и интенсивности засух. В зоне вечной мерзлоты, которая
занимает около 10 млн. км2, в результате таяния льдов при потеплении
климата станет разрушаться хозяйственная инфраструктура, будет нанесен
ущерб добывающей промышленности, энергетическим и транспортным системам,
коммунальному хозяйству. Подъем уровня Мирового океана приведет к
затоплению и разрушению береговой зоны и низменной территории дельт рек с
расположенными здесь населенными пунктами. Изменение климата может оказать
негативное влияние на здоровье людей-как из-за усиления теплового стресса в
южных районах, так и из-за распространения многих видов заболеваний.
В 1992 г. страны-члены ООН подписали рамочную Конвенцию ООН об
изменении климата. Конечная цель Конвенции заключается в том, чтобы
добиться стабилизации парниковых газов в атмосфере на уровне, не
допускающем опасного антропогенного воздействия на климатическую систему.
Один из главных источников загрязнения атмосферы углекислым газом-
автомобильный транспорт. Есть несколько видов борьбы с этим видом
загрязнений: техническое совершенствование двигателей , топливной
аппаратуры, электронных систем подачи топлива; повышение качества топлива,
снижение содержания токсичных веществ в выхлопных газах в результате
применения дожигателей топлива, каталитических катализаторов; использование
альтернативных видов топлива, например сжатого природного газа.
Кроме того, открыт способ утилизации углекислого газа с помощью
новейших технологий. Диоксид углерода извлекают из дымовых газов. Операцию
проводят высокоэкономичным методом газоразделения с помощью ионообменных
мембран, при этом концентрацию углекислоты доводят до 98-99%. Очищенный
диоксид углерода закачивают в хранилища (газгольдеры), откуда он поступает
на дальнейшую переработку.
На следующей стадии углекислый газ смешивают с парами воды и подвергают
электрохимическому разложению в процессе электролиза. В результате реакции
при высокой (1100-1500°С) температуре на аноде выделяется сверхчистый
кислород, а на катоде смесь окиси углерода и водорода, т.е. синтез-газ,
служащий основным сырьем для производства углеводородных соединений, всего
спектра современных искусственных материалов-от синтетического бензина и
дизельного топлива до изделий из полимеров (пластмасс, лаков, красок,
растворителей и т.д.). Синтез-газ может использоваться и в металлургии для
бескоксового производства чугуна.
В Институте нефтехимического синтеза им. А.В.Топчиева РАН разработаны
новейшие технологии превращения углекислого газа в метанол (метиловый
спирт) и диметиловый эфир, увеличивающие в 2-3 раза производительность
аппаратов при значительном уменьшении расхода электроэнергии. Здесь был
создан реактор нового типа, в котором производительность увеличена в 2-3
раза.
Введение этих технологий снизит накопление углекислого газа в атмосфере
и поможет не только создать альтернативное сырье для синтеза многих
органических соединений, основой для которых сегодня служит нефть, но и
решить важные экологические проблемы.
В перспективе возможно, хотя пока это относительно дорого, извлекать
диоксид углерода непосредственно из атмосферы крупных промышленных городов.
Интересно, что его запасы в атмосфере и гидросфере, накопленные за 100 лет
промышленной цивилизацией, существенно превышают ( в пересчете на
углеводороды, полученные по предлагаемой технологии) оставшиеся на планете
залежи нефти, а это около 400 млрд.т.
Стратосферный озоновый слой защищает людей и природу от жесткого
ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучения в ультрафиолетовой
части солнечного спектра. Каждый потерянный процент озона в масштабах
планеты вызывает до 150 тыс. дополнительных случаев слепоты из-за
катаракты, на 2,6% увеличивает число раковых заболеваний кожи. Установлено,
что жесткий ультрафиолет подавляет имунную систему организма.
Озон-трехатомные молекулы кислорода-рассеян над Землей на высоте от 15
до 50 км; озоновая защитная оболочка очень невелика: всего 3 млрд. т. газа
, наибольшая концентрация-на высоте от 20 до 25 км. Если гипотетически
сжать эту оболочку при нормальном атмосферном давлении, получится слой
всего в 2 мм, однако без него жизнь на планете невозможна.
Запуск мощных ракет, ежедневные полеты реактивных самолетов в высоких
слоях атмосферы, испытания ядерного и термоядерного оружия, ежегодное
уничтожение природного озонатора-миллионов гектаров леса-пожарами и
хищнической рубкой, массовое применение фреонов в технике, парфюмерной и
химической продукции в быту-главные факторы, разрушающие озоновый экран
Земли.
В последние годы над Северным и Южным полюсами возникли «озоновые
дыры» площадью свыше 10 млн. км2 каждая, появились громадные «озоновые
дыры» над многими странами Европы, над Украиной. Разрушение озонового
экрана Земли сопровождается рядом опасных явных и скрытых негативных
воздействий на человека и живую природу.
Прорыв через «озоновые дыры» солнечных рентгено- и ультрафиолетовых
лучей, энергия фотонов которых превышает энергию лучей видимого спектра в
50-100 раз, увеличивает число мощных лесных пожаров. В1996 г. горели леса в
Австралии, Северной и Южной Америке, Африке, Европе, Юго-Восточной Азии.
Индонезийский лесной пожар 1997 г., бушевавший почти 5 месяцев, покрыл
дымом не только Индонезию, но и Малую Азию, Сингапур, достиг Южно-
Китайского моря. Люди задыхались от дыма, потерпел катастрофу авиалайнер.
В 1996 г. Нобелевской премией по химической экологии удостоены
ученые-химики Шервуд Роуланд, Марио Малина из Калифорнийского университета
в Беркли (США) и Поль Крутцен из Германии за научную гипотезу, выдвинутую
ими еще в 1974 г. Их догадка состоит в том, что разрушителями озона
являлись синтезированные человеком химические вещества, получившие название
хлорфторуглероды (ХФУ).
Инертные, негорючие, неядовитые, несложные в производстве, они
получили широкое распространение-в баллончиках с аэрозолями различного
назначения, а также как охлаждающие жидкости в холодильниках и
кондиционерах, как растворители (тетрахлорметан, метилхлороформ, бромистый
метил), в производстве пестицидов.
Бромистый метил используется в качестве дезинфицирующего вещества для
почв и товаров (включая карантинную обработку некоторых продуктов,
предназначенных для международной торговли ), применяется в качестве
добавки к автомобильному топливу. Из бромистого метила высвобождается бром,
который в 30-60 раз разрушительнее для озона, чем хлор. Другие химические
соединения, разрушающие озоновый слой , используются в баллонах для тушения
пожара, при изготовлении полистироловых стаканчиков и современных упаковок
для фасовки продуктов и полуфабрикатов.
Пик мирового производства озоноразрушающих веществ пришелся на 1987-
1988 гг. и составил около 1,2-1,4 млн. т в год. Около 35% производимого
объема приходилось на США, 40%-на страны ЕЭС, 10-12% производила Япония.
Механизм действия фреонов таков: попадая в верхние слои атмосферы,
эти вещества, инертные у земной поверхности, преображаются. Под
воздействием ультрафиолетового излучения химические связи в молекулах ХФУ
нарушаются. В результате выделяется хлор, который при столкновении с
молекулой озона вышибает из нее один атом. Озон перестает быть озоном ,
превращается в обычный кислород. Хлор же, соединившись временно с
кислородом, вскоре опять оказывается свободным и «пускается в погоню» за
следующей «жертвой». Его активности хватает, чтобы разрушить десятки тысяч
молекул озона.
В Токио в 1995 г.был опубликован доклад международной экологической
организации, в котором сделана попытка установить «авторство» «озоновых
дыр» над Антарктидой. В списке основных озоновых «вредителей» 25 стран, но
бесспорный приоритет принадлежит США, Японии и Великобритании. Признано,
что из всех промышленных корпораций самый большой вред озоновому слою
(13,7% мировых озоновых повреждений) нанесла американская компания «Дюпон».
Термин «кислотные дожди» ввел в 1872 г.английский инженер Роберт
Смит в книге «Воздух и дождь: начало химической климатологии». Кислотные
дожди, содержащие растворы серной и азотной кислот, наносят значительный
ущерб природе. Земля, водоемы, растительность, животные и постройки
становятся их жертвами. В крупных промышленных городах Украины с кислотными
дождями на землю в год выпадает до 1500 кг серы на 1км2.
При сжигании любого ископаемого топлива (угля, горючего сланца,
мазута) в составе окисляющегося газа содержатся диокиси серы и азота. В
зависимости от состава топлива их может быть меньше или больше. Особенно
насыщенные сернистым газом выбросы дают высокосернистые угли и мазут.
Миллионы тонн диоксидов серы, выбрасываемые в атмосферу, превращают
выпадающие дожди в слабый раствор кислот.
Окислы азота образуются при соединении азота с кислородом воздуха
при высоких температурах, главным образом в двигателях внутреннего сгорания
и котельных установках. Получение энергии, увы, сопровождается загрязнением
окружающей среды. Дело осложняется еще и тем, что трубы теплоэлектростанций
стали расти в высоту и достигают 250-300, даже 400 м, следовательно,
выбросы в атмосферу теперь рассеиваются на огромные территории.
Дождевая вода , образующаяся при конденсации водяного пара, должна
иметь нейтральную реакцию, т.е. рН (рН-показатель, характеризующий
кислотные или щелочные свойства раствора). Но даже в самом чистом воздухе
всегда есть диоксид углерода, и дождевая вода, растворяя его, чуть
подкисляется (рН 5,6-5,7). А вобрав кислоты, образующиеся из диоксидов серы
и азота, дождь становится заметно кислым. Уменьшение рН на одну единицу
означает увеличение кислотности в 10 раз, на две-в 100 раз и т.д. Мировой
рекорд принадлежит шотландскому городку Питлокри, где 20 апреля 1974 г.
выпал дождь с рН 2,4-это уже не вода, а что-то вроде столового уксуса.
В 70-х гг. в реках и озерах скандинавских стран стала исчезать рыба,
снег в горах окрасился в серый цвет, листва с деревьев раньше времени
устлала землю. Очень скоро те же явления заметили в США, Канаде, Западной
Европе. В Германии пострадало 30%, а местами 50% лесов. И все это
происходит вдали от городов и промышленных центров. Выяснилось, что причина
всех этих бед-кислотные дожди.
Показатель рН меняется в разных водоемах, но в ненарушенной природной
среде диапазон этих изменений строго ограничен. Природные воды и почвы
обладают буферными возможностями, они способны нейтрализовать определенную
часть кислоты и сохранить среду. Однако очевидно, что буферные способности
природы небеспредельны.
В водоемы, пострадавшие от кислотных дождей, новую жизнь могут
вдохнуть небольшие количества фосфатных удобрений; они помогают планктону
усваивать нитраты, что ведет к снижению кислотности воды. Использование
фосфата дешевле, чем извести, кроме того, фосфат оказывает меньшее
воздействие на химию воды.
Земля и растения, конечно, тоже страдают от кислотных дождей:
снижается продуктивность почв, сокращается поступление питательных веществ,
меняется состав почвенных микроорганизмов.
Огромный вред наносят кислотные дожди лесам. Леса высыхают,
развивается суховершинность на больших площадях. Кислота увеличивает
подвижность в почвах алюминия, который токсичен для мелких корней, и это
приводит к угнетению листвы и хвои, хрупкости ветвей. Особенно страдают
хвойные деревья, потому что хвоя сменяется реже, чем листья, и поэтому
накапливает больше вредных веществ за один и тот же период. Хвойные деревья
желтеют, у них изреживаются кроны, повреждаются мелкие корни. Но и у
лиственных деревьев изменяется окраска листьев, преждевременно опадает
листва, гибнет часть кроны, повреждается кора. Естественного возобновления
хвойных и лиственных лесов на происходит.
Все больший ущерб кислотные дожди наносят сельскохозяйственным
культурам: повреждаются покровные ткани растений, изменяется обмен веществ
в клетках, растения замедляют рост и развитие, уменьшается их
сопротивляемость к болезням и паразитам, падает урожайность.
Специалисты американского университета штата Северная Каролина
изучили воздействие, оказываемое кислотными дождями на растения в период их
максимальной восприимчивости к факторам внешней среды. Под влиянием
кислотных дождей непосредственно после опыления в початках кукурузы
формировалось меньше зерен, чем при орошении чистой водой. Причем, чем
больше в дождевой воде содержалось кислоты, тем меньше зерен образовывалось
в початках. Вместе с тем выяснилось, что кислотные дожди, прошедшие до
опыления, не оказывали заметного влияния на формирование зерен.
Проведены исследования степени восприимчивости к кислотным дождям
18 видов сельскохозяйственных культур и 11 видов декоративных растений на
ранних стадиях роста. Наиболее подверженными вредоносному воздействию
оказались листья томатов, сои, фасоли, табака, баклажанов, подсолнечника и
хлопчатника. Наименее восприимчивыми-озимая пшеница, кукурузу, салат,
люцерна и клевер.
Кислотные дожди не только убивают живую природу, но и разрушают
памятники архитектуры. Прочный, твердый мрамор, смесь окислов кальция (СаО
и СО2), реагирует с раствором серной кислоты и превращается в гипс (СаSО4).
Смена температур, потоки дождя и ветер разрушают этот мягкий материал.
Исторические памятники Греции и Рима, простояв тысячелетия, в последние
годы разрушаются прямо на глазах. Такая же судьба грозит и Тадж-Махалу-
шедевру индийской архитектуры периода Великих Моголов, в Лондоне-Тауэру и
Вестминстерскому аббатству. На соборе Св. Павла в Риме слой портлендского
известняка разъеден на 2,5 см. В Голландии статуи на соборе Св.Иоанна тают,
как леденцы. Черными отложениями изъеден королевский дворец на площади Дам
в Амстердаме.
Страдают от кислотных дождей и люди, вынужденные потреблять
питьевую воду, загрязненную токсическими металлами -ртутью, свинцом,
кадмием и т.п.
Спасать природу от закисления необходимо. Для этого придется
резко снизить выбросы в атмосферу окислов серы и азота, но в первую очередь
сернистого газа, так как именно серная кислота и ее соли на 70-80%
обусловливают кислотность дождей , выпадающих на больших расстояниях от
места промышленного выброса.
Наблюдения за химическим составом и кислотностью осадков ведут
станции, отбирающие на химический анализ суммарные пробы, на которых в
оперативном порядке измеряют только величину рН. Пробы осадков на
содержание от 11 до 20 компонентов анализируются в пяти кустовых
лабораториях.
В заключение нужно отметить, что каждый должен задуматься над
тем, что он сделал сегодня для того, чтобы жизнь на планете завтра не
умерла.
|
