VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

В настоящее время наблюдаемое изменение климата, которое выражается в постепенном повышении среднегодовой температуры, начиная со второй половины прошлого века. Большинство учёных связывают это с накоплениями в атмосфере так называемых «парниковых газов» – диоксида углерода (СО₂), метана (СН₄), а также хлорфторуглеродов (фреонов), озона (О₃), оксидов азота и др.

Парниковые газы, и в первую очередь СО₂, препятствуют длинноволновому тепловому излучению с поверхности Земли.

В связи с сжиганием человеком всё большего количества ископаемого топлива: нефти, газа, угля и др. концентрация СО₂ увеличивается.

Что-то неладное творится с погодой. Об этом судачат на скамейках старики. Об этом же рассуждают на своих семинарах и конференциях солидные учёные. Старожилы с удивлением замечают, что перестали сбываться многочисленные народные приметы: Если лето было холодным, то зима должна быть теплой, и словно в природе происходят процессы, которые уже не вписываются в прежние схемы и формулы. Аномальные и достаточно мощные обычные землетрясения, грандиозные наводнения и ураганы стали частыми гостями во многих станах мира, которые раньше о таких бедах знали лишь понаслышке.

Озоновый слой (озоносфера)

Озоновый слой охватывает весь земной шар и располагается на высотах от 10 до 50 км с максимальной концентрацией озона на высоте 20–25км. Насыщенность атмосферы озоном постоянно меняется в любой части планеты, достигая максимума весной в приполярной области.

Впервые истощение озонового слоя привлекло внимание широкой общественности в 1985, когда над Антарктидой было обнаружено пространство с пониженным (до 50 %) содержанием озона, получившее название «озоновой дыры». С тех пор результаты измерений подтверждают повсеместное уменьшение озонового слоя практически на всей планете. Так, например, в России за последние десять лет концентрация озонового слоя снизилась на 4–6 % в зимнее время и на 3 % в летнее.

В настоящее время истощение озонового слоя признано всеми как серьезная угроза глобальной экологической безопасности. Снижение концентрации озона ослабляет способность атмосферы защищать всё живое на Земле от жёсткого ультрафиолетового излучения (УФ-радиация). Живые организмы весьма уязвимы для ультрафиолетового излучения, ибо энергии даже одного фотона из этих лучей достаточно, чтобы разрушить химические связи в большинстве органических молекул. Неслучайно по этому в районах с пониженным содержанием озона многочисленны солнечные ожоги, наблюдается увеличение заболевания людей раком кожи и др. Так например, по мнению ряда учёных экологов, к 2030 г. в России при сохранении нынешних темпов истощения озонового слоя заболеют раком кожи дополнительно 6 млн человек. Кроме кожных заболеваний возможно развитие глазных болезней (катаракта и др.), подавление иммунной системы и т.д.

Установлено также, что растения под влиянием сильного ультрафиолетового излучения теряют свою способность к фотосинтезу, а нарушение жизнедеятельности планктона приводит к разрыву трофических цепей биоты водных экосистем и т.д.

Наука ещё не установила, каковы же основные процессы, нарушающие озоновый слой. Предполагается как естественное, так и антропогенное происхождение «озоновых дыр». Последнее, по мнению большинства учёных, более вероятно и связано с повышенным содержанием «хлорфторуглеродов (фреонов)». Фреоны широко применяются в промышленном производстве и в быту (хлодоагенты, растворители, распылители, аэрозольные упаковки и др.). Поднимаясь в атмосферу, фреоны разлагаются с выделением оксида хлора, губительно действующего на молекулы озона.

По данным международной экологической организации «Гринпис», основными поставщиками хлорфторуглеродов (фреонов) являются США 30,85 %, Япония 12,42 %, Великобритания 8,62 % и Россия 8,0 %; США пробили в озоновом слое «дыру» площадью 7 млн км², Япония 3 млн км², что в семь раз больше, чем площадь самой Японии. В последнее время в США и в ряде западных стран построены заводы по производству новых видов хладореагентов (гидрохлорфторуглеродов), с низким потенциалом разрушения озонового слоя.

Согласно протоколу Монреальской конференции (1990 г.), пересмотренному затем в Лондоне (1991 г.) и Копенгагене (1992 г.), предусматривалось снижение выбросов хлорфторуглерода к 1998 г. на 50 %. Согласно закону Российской Федерации об охране окружающей природной среды, в соответствии с международными соглашениями, все организации и предприятия обязаны сократить и в последующем полностью прекратить производство и использование озоноразрушющих веществ. Даже если протокол будет выполнен всеми странами, необходимо продолжать решать проблему защиты людей от УФ-радиации, поскольку многие из хлорфторуглеродов могут сохраняться в атмосфере сотни лет.

Ряд учёных продолжают настаивать на естественном происхождении «озоновой дыры». Причины её возникновения одни видят в естественной изменчивости озоносферы, циклической активности Солнца, другие связывают эти процессы с рифтогенезом и дегазацией земли.

Кислотные дожди

Одна из важнейших экологических проблем, с который связывают окисление природной среды, являются кислотные дожди. Образуются они при промышленных выбросах в атмосферу диоксида серы и оксидов азота, которые соединяясь с атмосферной влагой, образуют серную и азотную кислоты. В результате дождь и снег оказываются подкисленными (число рН ниже 5,6). В Баварии (ФРГ), в августе 1981 г. выпали дожди с кислотностью рН = 3,5 максимальная зарегистрированная кислотность осадков в западной Европе – рН = 2,3.

Суммарные мировые антропогенные выбросы двух главных загрязнителей воздуха – виновников подкисления атмосферной влаги SO₂ и NО₂ оставляют ежегодно – более 255 млн т (1994). На огромной территории природная среда закисляется, что весьма негативно отражается на состоянии всех экосистем. Выяснилось, что природные экосистемы подвергаются разрушению даже при меньшем уровне загрязнения воздуха, чем тот, который опасен для человека. «Озёра и реки, лишённые рыбы, гибнущие леса, вот печальные последствия индустриализации планеты».

Опасность представляют, как правило, не сами кислотные осадки, а протекающие под их влиянием процессы. Под действием кислотных осадков из почвы выщелачиваются не только жизненно необходимые растениям питательные вещества, но и токсичные тяжёлые и легкие металлы – свинец, кадмий, алюминий и др. Впоследствии они сами или образующиеся токсичные соединения усваиваются растениями и другим почвенными организмами, что ведёт к весьма негативным последствиям. Например, возрастание в подкисленной воде содержания всего лишь до 0,2 моль на один литр летально для рыб. Резко сокращается развитие фитопланктона, так как фосфаты, активизирующие этот процесс, соединяются с алюминием и становятся менее доступным для освоения. Алюминий снижает также прирост древесины. Токсичность тяжёлых металлов (кадмия, свинца и др.) проявляется ещё в большей степени.

Пятьдесят миллионов гектаров леса в 25 европейских странах страдают от действия сложной смеси загрязняющих веществ, включающей кислотные дожди, озон, токсичные металлы и др. Так например, гибнут хвойные горные леса в Баварии. Отмечены случаи и в других районах нашей страны.

Воздействие кислотных дождей снижает устойчивость лесов к засухам, болезням, природным загрязнениям, что приводит к ещё более выраженной их деградации как природных экосистем.

Ярким примером негативного воздействия кислотных осадков на природные экосистемы является закисление озер. Особенно интенсивно оно происходит в Канаде, Швеции, Норвегии и на юге Финляндии. Объясняется это тем, что значительная часть выбросов серы в таких промышленно развитых странах, США, ФРГ и Великобритании, выпадают именно на их территории. Наиболее уязвимы в этих странах озёра, так как кронные породы, слагающие их ложе, обычно представлены гранито-гнейсами и гранитами, не способными нейтрализовать осадки, в отличие, например, от известняков, которые создают щелочную среду и препятствуют закислению. Сильно закислены и многие озёра на севере США.

Закисление озёр опасно не только для популяции различных видов рыб (в том числе лососёвых и др.), но часто влечёт за собой постепенную гибель планктона, многочисленных видов водорослей и других его обитателей. Озёра становятся практически безжизненными.

В нашей стране площадь значительного закисления от выпадения кислотных осадков достигает несколько миллионов гектаров. Отмечены и частные случай закисления озер (Карелия и др.). Повышенная кислотность осадков наблюдается вдоль западной границы (трансграничный перенос серы и других загрязняющих веществ) и на территории ряда крупных промышленных районов, а также фрагментарно на побережье Таймыра и Якутии.

Возможные изменения климата от парникового эффекта

Изменение климата в результате антропогенных выбросов парниковых газов (рис. 3) ведёт к крупномасштабным негативным последствиям практически во всех областях человека. Наиболее значительному потеплению подвержены высокие широты Земли, в которых расположена значительная территории России. По этому прогнозу средняя температура поднимется 1,4–5,8 °С. В России станет теплее на 4°С. В Москве за сто лет стало на 1,5°С теплее, если не исключать «городской» эффект – даже на 3 °С. Холодные зимы ушли, мороз стал редкостью, весна приходит раньше. Отопительный сезон объективно сокращается.

Повышение средней температуры по России на 2–4 °С для сельского хозяйства является благом, оно как бы сдвигается в более северные широты.

Парниковый эффект приводит к повышению уровня мирового океана к наводнениям, которые могу смести целые острова и государства. Эксперты полагают, что уровень мирового океана повысится к концу столетия почти на 1 метр.

Климатологи очень осторожны. Они предпочитают не употреблять термин «прогноз». Они строят так называемые сценарии. Суть от этого не меняется. Суть этих сценариев, если пройтись по континентам и такова.

Сезон роста растений в Европе увеличится на 11 дней.

Перелётные птицы будут прилетать на север раньше, и оставаться здесь дольше.

Положительные изменения: зимой станет меньше смертей от замерзания, в Юго-Восточный Азии вырастет урожай зерновых, станет больше древесины.

Некоторые прогнозы имеют культурологический характер. Прежде всего на волоске судьба Венеции. К 2017 г., как показывают расчёты, окончательно исчезнут снега с самой высокой африканской горы Килиманджаро, которые и сейчас уже на треть растаяли.

Потепление отрицательно скажется не сельском хозяйстве, может вызвать недостаток питьевой воды, засуху, рост заболеваний. В первую очередь от ударов природы пострадают развивающиеся страны.

В докладе, подготовленном под эгидой ООН международной группой по проблемам климатических изменений, 1500 специалистов из 60 стран утверждают: к 2100 г. температура на Земле увеличится на 4°С. При этом нас ожидает:

• уровень в морях поднимется на 1 м. под водой окажутся огромные территории на Атлантическом побережье США, значительная часть Китая, Мальдивские, Сейшелькие, Маршалловы острова и острова Кука;

• зимы потеплеют, а летняя жара станет сильнее;

• там, где дожди уже вызывают потопы, они вообще забудутся, ураганы, рождающиеся над теплыми акваториями мирового океана, станут ещё свирепее;

• естественным экосистемам будет нанесён существенный удар, примерно треть растительного мира планеты окажется в неестественных условиях и погибнет.

Резкое сокращение популяции белых медведей, пингвинов, затопление обжитой полосы пляжей на десятках тысяч километров, глобальный дефицит пресной воды, таковы другие возможные последствия бесконтрольного выброса парниковых газов.

Глобальное потепление нанесёт серьезный урон морским экосистемам. Затопление прибрежных мелководий лишит молодь рыбы, птицы, креветок, моллюсков и других обитателей морей нагульных мест. Это приведёт к существенному сокращению количества морепродуктов, добываемых для пропитания человечества. Наибольший урон понесут страны, добывающие большую часть пищевого белка в морях и океанах.

Мероприятия по предупреждению возможного ущерба

от парникового эффекта

В связи с глобальной угрозой изменения климата страны-члены ООН в 1992 г. на Конференции ООН по охране окружающей среды и развитию подписали, рамочную конвенцию ООН об изменении климата, которая ратифицирована РФ 4 ноября 1994 г. и вступила в силу 6 марта 1995 г. Конечная цель конвенции заключается в том, чтобы добиться стабилизации парниковых газов в атмосфере на таком уровне, который не допускал бы опасного антропогенного воздействия на климатическую систему.

В декабре 1997 г. в рамках Конвенции ООН по изменению климата был принят Киотский документ, по которому все развитые страны и страны с переходной экономикой к коим относится Россия приняли обязательство по сокращению выбросов в атмосферу газов, создающих парниковый эффект, углекислый газ, метан, азотные соединения.

По инициативе Всемирного банка в России были проведены интересные исследования. По прогнозу иностранных специалистов, Россия в обозримом будущем не будет выбирать своей квоты. В 2020 г. Выбросы в РФ составят 96 % от уровня 1990 г. Неиспользованные квоты России будут громадными – 250 млн т ежегодно. Одна тонна выбросов оценивается на рынке в 10 долларов.

По разным прогнозам, цена 1 т квотируемых выбросов может составлять 10–40 долларов, а международный спрос на квоты только в бюджетный период-10–15 млрд т. Особенно велика здесь доля США 60–80 %. Крупными покупателями могут стать также Япония, Канада, Австралия, страны ЕС.

Пока только американцы имеют опыт работ на подобном рынке. На территории США уже несколько лет существует рынок квот на выбросы двуокиси серы, ответственные за так называемые кислотные дожди. За время действия рыночного механизма выбросы удалось снизить на 40 %.Это позволяет надеяться, что система взаимоотношений, основанная на рыночных механизмах, и в рамках международного сотрудничества в области охраны окружающей среды окажется наиболее эффективной.

Выгоды России от вполне реального лидерства на новом глобальном рынке не будут измеряться вырученными миллионами и миллиардами долларов. России придётся идти на более тесную международную кооперацию, создавать соответствующие мировым стандартам системы мониторинга и отчётности, управления проектами и сделками. Выигрыш на рынке квот прямо связан с необходимостью технологического перевооружения, следования мировым стандартам энергоэффективности, принципам устойчивого ведения лесного хозяйства и т.д.; практически Россия может получить весьма эффективный рычаг для модернизации всего технологического уклада.

Россия будет главным поставщиком квот на выбросы парниковых газов на мировом рынке квот. Эта идея прозвучала на конференции в Киото (Япония, декабрь 1997 г.), оперативные и согласованные действия причастных к делу государственных ведомств и властей. На Киотской конференции удалось договориться о взаимоприемлемых обязательствах по ограничению и сокращению объёмов техногенных выбросов парниковых газов (основу составляет углекислый газ). Юридически закреплённые обязательства взяли на себя индустриально развитые страны и страны с переходной экономикой (включая Россию). Действовать они начнут в так называемый бюджетный период, который охватит 2008–2020 г. Эти годы каждая из стран имеет право эмитировать не более пятикратной нормы базового года. Таким образам, суммарный выброс основных стран-загрязнителей будет заморожен на уровне этого года.

Правда, вначале важно создать национальную систему учёта и внутренний рынок выбросов для прогноза потенциала России на мировом рынке, тем более что страны ЕС отложили вопрос внешней торговли выбросами на более позднее время.

Для организации и координации деятельности, направленной на снижение негативного антропогенного воздействия на климат в России, образована межведомственная комиссия по проблемам изменения климата.

Согласно закону «Об охране атмосферного воздуха» (1999 г.), запрещается проектирование, размещение и строительство хозяйственной и иной деятельности, функционирование которых может привести к неблагоприятным изменениям климата и климата озонового слоя Земли, ухудшению здоровья людей, уничтожению фонда растений и генетического фонда животных, наступлению необратимых последствий для людей и окружающей природной среды.

Один из главных источников загрязнения атмосферы углекислым газом – автомобильный транспорт.

Есть несколько путей борьбы с этим видом загрязнений: Техническое совершенствование двигателей, топливной аппаратуры, электронных систем подачи топлива; повышение качества топлива, снижение содержания токсичных вещества, наличие катализаторов; использование альтернативных видов топлива, например сжатого природного газа (оборудование в автобусов «Икарус-280» электронной газодизельной двухтопливной системой снизило уровень выделения ими углекислого газа на 40–50 %).

В Россия открыт способ утилизации углекислого газа с использованием новейших технологий. Диокисид 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 процесс электролиза. В результате реакции при высокой (1100–1150 °С) температуре на аноде выделяется сверхчистый кислород, а на катоде – смесь окиси углерода и водорода, т.е. синтез-газ, служащий основным сырьём для производства углеводородных соединении, 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 уменьшения 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.

Сотрудники калифорнийского университета (США) предлагают построить гигантские фермы, чтобы разводит в них специальные виды водорослей, поглощающих углекислый газ из воздуха. Эти водоросли, перерабатывая углекислый газ, производят метан – готовое топливо.

–::::–

Разрушение озонового слоя на земном шаре, было замечено в 1985 году и привлекло внимание общественности многих стран.

Сейчас истощение озонового слоя признано серьёзной угрозой экологической безопасности, так как снижение концентрации озона ослабляет способность атмосферы защищать всё живое на Земле от ультрафиолетового излучения. Причины возникновения озоновых дыр учёные видят в естественном изменении озоносферы, циклической активности Солнца и дегазации Земли.

В результате изменения теплового баланса, обусловленного постепенным накоплением парниковых газов в атмосфере повышается температура поверхности Земли, изменяется климат.

Глобальное потепление климата и обусловленное им повышение уровня мирового океана многими учёными рассматривается как величайшая катастрофа для биосферы в целом так: в случае повышения океана 1,5–2 м под затопление попадает около 5 млн кв.км земель, где проживает около 1 млрд человек и собирает почти треть урожая сельскохозяйственные культур.

Литература

1. Рамсторф, Ш. Глобальное изменение климата: диагноз, прогноз, терапия / Штефан Рамсторф, Ханс Йоахим Шельнхубер. – М.: ОГИ, 2009.

2. Военная экология: Учебник для высших учебных заведений Министерства обороны Российской Федерации. – МО РФ, 2005. – 976 с.

3. Организация экологической безопасности военной деятельности. Учебное пособие для руководящего состава Вооружённых Сил, других войск, воинских формирований и органов Российской Федерации. – М.: Филиал ФГУП «Воениздат», 2005. – 480 с.

Код для цитирования: Скопировать