ЛЕКЦІЯ ГЛОБАЛЬНІ ПРОБЛЕМИ АТМОСФЕРИ. Парникового ефекту
 Скачать 1.78 Mb.
|
|
Метан СН4 виробляється у великих кількостях в результаті біологічних перетворень в природі. Оцінки обсягів щорічних природних джерел та стоків метану в світі складають приблизно 500 мільйонів тонн. Природними джерелами атмосферного метану є:  анаеробний розклад органічних речовин у біологічних системах (болота, тундра), перетравлення термітами деревини шляхом розкладу целюлози в метан, океани, моря та прісні водоймища.Основними антропогенними джерелами викидів метану є : вирощування рису на дуже зволожених землях, кишкова ферментація тварин та розклад відходів тваринного походження, розклад твердих міських відходів, видобуток та транспортування вугілля, природного газу та нафти.З даних 1990 року (мал.4), на Україні найбільший внесок у викиди метану вносить енергетика - біля 65%, також багато метану викидається при виробництві сільськогосподарської продукції та при утилізації відходів. Метан - супутній продукт спалювання біомаси та неповного згорання палива. Поглиначами метану є грунти та хімічні перетворення в атмосфері. Природні джерела атмосферного закису азоту N2O - океани, грунти тропічних та помірних широт, ліси та луки. Наприклад, вміст N2O в грунтах є результатом життєдіяльності грунтових бактерій. Антропогенними джерелами емісії закису азота є: сільськогосподарська обробка грунтів, особливо використання азотомістких добрив, спалювання викопного природного палива, виробництво адипінової (нейлонової) та азотної кислот, спалювання біомаси. За данними 1990 року, на Україні найбільший внесок в антропогенні викиди N2O дає утилізація міських відходів - 43%. Також вагомі внески в викиди закису азоту дають хімічна промисловість та енергентика. Найбільша концентрація озону О3 у верхніх шарах атмосфери, де формується так званий озоновий шар. Заподіяні цьому шару ушкодження викликають занепокоєння. Озон є і парниковим газом. В нижні шари атмосфери (тропосферу) озон потрапляє в результаті хімічних перетворень кисню в присутності світла та деяких хімічних речовин, переважно антропогенного характеру. Завдяки складним хімічним реакціям в щільних шарах атмосфери деякі речовини, переважно створені людиною, з’єднуються і виникає озон. Озон в тропосфері утворюється в результаті взаємодії сонячного світла з киснем та іншими атмосферними газами або з промисловими забруднюючими речовинами: О2 + hν = O + O O + O2 + M = O3 + М(із збільшеною енергією), де М - певна хімічна сполука. Кількість озону в багатьох випадках залежить від погодних умов та наявності сонячного тепла. Його кількість також зростає. Хлорфторвуглеці та фторвуглеці (перфторвуглеці, гідрофторвуглеці та гексафторид сірки SF6) - це гази, яких не було в атмосфері до початку ХХ сторіччя і які з'явилися виключно в результаті діяльності людини. Деякі з цих газів представлені в таблиці 1. Таблиця 1 Деякі представники хлорфторвуглеців
Джерела цих газів - виробництво алюмінію, магнію, галогенмістких вуглеводів (наприклад, HCFC-22) та інші промислові процеси. Хлорфторвуглеці є руйнівниками озонового шару. Сучасне та очікуване застосування цих сполук включає охолодження та заморожування, кондиціонування повітря, гасіння пожеж, використання аерозолів, розчинників та виробництво поропласту. Хлорфторвуглеці, відомі як фреони, сильно руйнують озоновий захисний шар Землі і тому їх виробництво скорочується в усьому світі. Прогнозується, що використання гідрофторвуглеців і деякою мірою перфторвуглеців та гексафториду сірки суттєво зросте в наступному десятиріччі в зв'язку з важливістю цих сполук як замінників озоноруйнуючих речовин, тобто хлорфторвуглеців. Всі ці сполуки мають високі коефіціенти глобального потепління, значно підсилюють парниковий ефект і дуже важливі, оскільки поглинають інфрачервоне випромінювання, яке не поглинули інші гази. Водяна пара – один з найважливіших парникових газів. Але ми його таким не сприймаємо. Він усюди зустрічається в природі. Він невидимий. Діяльність людини не впливає на нього безпосередньо, але існують важливі непрямі зв’язки. Потепління, що відбувається через дію інших парникових газів, збільшує випаровування та призводить до підвищення кількості водяної пари в атмосфері. Це також може збільшити потепління. Наслідки глобального потепління Зміна клімату є, можливо, найбільш важливою та складною проблемою в сфері охорони навколишнього середовища, яка спіткала людство за останнє століття. Поки що недостатньо достовірно визначено потенційні наслідки збільшення в атмосфері концентрації вуглекислого газу та інших парникових газів, але найбільш вірогідним з них є глобальна зміна температурного режиму. Підвищення температури може викликати цілу низку таких явищ як підвищення рівня моря та зміни в локальних кліматичних умовах, що, в свою чергу, може негативно вплинути на соціально-економічний розвиток багатьох країн. Нема сумніву в тому, що глобальне потепління може викликати непередбачені зміни в довкіллі. Навіть незначна зміна складових радіаційного балансу може спричинити зміни напрямків вітру та течій океану, що сильно змінить існуючі кліматичні умови і може привести до непередбачених наслідків. В результаті цього населенню Землі та більшості її екосистем може бути заподіяно непоправної шкоди. Комп’ютерні моделі показали, що, якщо вміст парникових газів в атмосфері буде продовжувати рости, то наприкінці XXI сторіччя середньорічні температури збільшаться на 1,4 - 5,8 градуси Цельсію. При цьому рівень світового океану підніметься на декілька десятків сантиметрів - не стільки внаслідок розтавання полярного льоду, а скільки внаслідок теплового розширення верхнього прогріваємого шару. Частина приморських країн може повністю зникнути в морі. В Єгипті результати досліджень показали, що внаслідок підвищення рівня моря на 1 метр буде затоплено регіон, в якому зараз проживає 15% населення країни і виробляється 16% продовольства. Однак глобальне потепління створить проблеми не тільки жителям приморських країн. Підвищення середньої світової температури усього лише на кілька градусів може призвести до величезних змін у кліматі планети. Це буде означати зсув всіх кліматичних зон від екватору до полюсів: південна частина тундри заросте тайгою, на півдні сьогоднішньої тайги виростуть широколистні ліси. І людям, і тваринам прийдеться привикати до нового клімату. Значно зросте ерозія грунту, почастішають зсуви земель, затоплення прибережних земель, збільшиться кількість збитково зволожених земель. Збільшиться ризик виникнення таких стихійних лих як циклони, посухи, пожежі, повені, урагани. Відомо, що кількість стихійних лих на нашій планеті протягом 80-х років ХХ століття збільшилась вдвічі порівняно з 70-ми роками. У сільському господарстві зросте необхідність у іригаційних заходах, зміниться врожайність і якісний склад культур, а це, у свою чергу, позначиться на тваринництві. В енергетичному секторі найбільш уразливою буде гідроенергетика. Почнуть масово розмножуватися кровососні комахи та шкідники лісу. Багато тропічних та субтропічних видів комах розповсюдяться на північ і разом з ними будуть розповсюджуватись хвороби, які вони можуть переносити – малярія, тропічні вірусні лихоманки і т.п. Також можливі різкі відхилення температури в обидві сторони від середньої. Наприклад, в Києві в січні буде більше днів з температурою 25 градусів морозу, а також з температурою вище 0 градусів. Те ж саме буде спостерінатися з опадами, вітрами і т.п. – зміняться не стільки середні їх величини, скільки відхилення від них. Збільшення промислових викидів та викидів від автотранспорту, крім посилення парникового ефекту, дедалі погіршує якість повітря у містах. Це пагубно впливає на здоров’я людей: зростає кількість захворювань дихальних шляхів, серцево-судинної системи та онкологічних захворювань. Також, ці викиди прискорюють руйнування будівель, корозії металевих конструкцій. Вплив зміни клімату на здоров’я людей буде найбільш відчутним у країнах Африки, Азії та Південної Америки, через слабку економіку ці країни не зможуть ефективно долати наслідки глобального потепління. Може значно збільшитися кількість екологічних біженців з цих країн. Досліджено, що потепління на планеті не буде рівномірним. Потепління буде найбільшим на полюсах (у 2-3 рази більше середнього) та найменшим у тропіках (50-75% від середнього рівня). На сьогоднішній день прогнози зміни температури на регіональному рівні мають високу ступінь невизначеності. Як же вирішувати проблему глобального потепління ? Необхідно зменшувати кількість викидів і збільшувати кількість поглиначів парникових газів. Найкращими поглиначами парникових газів є біомаса (ліси) та океан. Коли ми спалюємо ліси, ми не тільки збільшуємо викиди СО2, СН4, а й зменшуємо кількість природних поглиначів, таких, як ліс. Знищення лісів негативно впливає на обидва процеси: поглинання і викиди. Шляхи вирішення проблеми: зменшення викидів і збільшення поглиначів парникових газів. Природний парниковий ефект на Землі підтримується завдяки віковому балансу між викидами парникових газів і утриманням їх поглиначами. Найбільшими поглиначами вуглекислого газу, доля якого становить близько 70% сукупних антропогенних викидів парникових газів, вуглецю є океан і наземна біомаса. Таким чином, зменшення вирубки і додаткове насадження лісів можуть у значній мірі знизити антропогенний тиск на клімат Землі. З іншого боку, зменшення викидів парникових газів за рахунок впровадження екологічно чистих технологій, підвищення ефективності використання енергоресурсів, а також застосування альтернативних (поновлюваних) джерел енергії може істотно вплинути на тенденцію зміни клімату. ВИСНОВКИ 1. Парниковий ефект є природним процесом, який необхідний для підтримання життя на нашій планеті. 2. Парниковий ефект став світовою проблемою в результаті надмірно великих антропогенних викидів природних та штучних парникових газів. 3. Якщо викиди парникових газів залишаться на сьогоднішньому рівні, це може викликати значні зміни клімату як в регіонах так і в усьому світі. 4. Саме швидкість зміни клімату є загрозою значних змін природних екосистем та людського суспільства. 5. Швидка зміна клімату може привести до великої кількості екологічних біженців. Сьогоднішній рівень викидів парникових газів – це не що інше, як глобальний експеримент над кліматичною системою, який вийшов з-під контролю. Проблема фотохімічного смогу Утворення фотохімічного смогу відносять до локальних проблем забруднення атмосферного повітря. Термін смог походить від двох англійських слів: “smoke” – дим, кіптява та “fog” – густий туман. Термін смог є широковживаним і використовується для характеристики різних процесів в повітрі. З точки зору захисту об’єктів довкілля від наслідків забруднення повітря, найбільшу небезпеку являє фотохімічний смог. Фотохімічний смог – це суміш різноманітних хімічних речовин, які утворюються внаслідок фотохімічних реакцій за певних фізико-географічних умов та впливу антропогенних факторів. До фізико-хімічних умов відносять відсутність вітру в приземному шарі та інтенсивне сонячне випромінювання. До антропогенних передумов утворення фотохімічного смогу відносять наявність в приземному шарі атмосфери значних кількостей діоксиду Нітрогену, які потрапляють в атмосферу переважно із антропогенних джерел, та наявність в атмосферному повітрі вуглеводнів та їх недопалків. При фотохімічному смогу за рахунок фотохімічних реакцій, які інтенсивно проходять в сонячну погоду утворюються високотоксичні речовини, що забруднюють повітря. Процес утворення фотохімічного смогу має автокаталітичний характер, тобто ініціюючі фотохімічний смог речовини відтворюються в процесі вільнорадикальних реакцій. Основною ініціюючою реакцією утворення фотохімічного смогу є фотохімічний розклад діоксиду Нітрогену:  Утворений атомарний Оксиген може взаємодіяти з багатьма компонентами повітря (молекули кисню, недопалки вуглеводнів тощо) з утворенням різноманітних сполук. Хімічні реакції, які показують схему утворення фотохімічного смогу наведено нижче:  Всесвітньої організації охорони здоров’я допускається тимчасове підвищення концентрації озону в повітрі до 0,0006 Об.%, тому що перевищення цієї межі небезпечне для здоров’я. При взаємодії з гемоглобіном крові, озон утворює нестійкі озоніди, а їх самовільний розклад викликає руйнування органічної основи гемоглобіну.Продуктами фотохімічного смогу є альдегіди і кетони, які є достатньо токсичними речовинами, а систематична їх дія на організми, в тому числі і людину, викликає токсикоманію із віддаленими наслідками, наприклад, запалення кори головного мозку тощо. Пероксиацилнітрати, які також є продуктами фотохімічних реакцій, складаються, переважно, із пероксиацетилнітратів та пероксибензоїлнітратів. Ці речовини володіють канцерогенною дією і здатні викликати появу злоякісних пухлин. Із передумов утворення фотохімічного смогу зрозуміло, що це явище притаманне, переважно, великим містам із значною кількістю транспорту та висотними спорудами, які перешкоджають руху вітру. В результаті наведених фотохімічних реакцій утворюються ряд токсичних речовин. Основним джерелом виникнення фотохімічного смогу, окрім фізико-географічних передумов, є вихлопні гази двигунів внутрішнього згорання, які містять і діоксид Нітрогену і недопалки вуглеводнів. Можливі і інші механізми утворення фотохімічного смогу, що призводить до утворення смогів різного типу, зокрема, “білий смог”, “чорний смог”, тощо. Як видно із рівнянь, основним продуктом фотохімічного смогу є вільні радикали та озон. Вільні радикали характеризуються високою реакційною здатністю і вступають в реакцію з біологічно-активними молекулами (білками, ферментами, вуглеводами тощо) з утворенням нових сполук, в тому числі і токсилів. Внаслідок таких перетворень порушуються обмінні процеси в живих організмах, пригнічується активність ферментативних систем, сповільнюється і зупиняється ріст тканин тощо. Це є причиною передчасного старіння людей. Озон, який утворюється в результаті фотохімічного смогу (тропосферний!) є достатньо токсичним (ГДКМР = 0,01 мг/м3) і являє певної небезпеки. Максимальний вміст озону в повітрі, який утворився внаслідок фотохімічних реакцій, зафіксований в Лондоні у 1975 році і його концентрація складала 0,0018 Об.%, тоді як звичайний вміст цього газу в повітрі складає 0,0002-0,0004 Об.%. За рекомендаціями транспорту та висотними спорудами, які перешкоджають руху вітру. Утворення фотохімічного смогу характерне для більшості великих міст Світу і навіть зелені насадження цих міст не в змозі поглинути значні кількості утворюваних токсичних речовин. Це є однією із причин підвищеної захворюваності місцевих жителів та скорочення тривалості їх життя. Продукти фотохімічного смогу викликають подразнення слизових оболонок та їх захворювання, а вплив їх на судинну систему є вкрай небезпечним. Фотохімічний смог негативно впливає і на рослинний світ, хоча саме рослини є найбільш ефективним засобом захисту від нього в містах. Фотохімічний смог осаджується на листях рослин у вигляді клейкої маси, що механічно перешкоджає проходженню сонячного світла до листя. Це є причиною зменшення інтенсивності фотосинтезу у рослин, що може стати причиною їх деградації. Результати дії фотохімічного смогу на дерева можна спостерігати восени, коли на опалих листях помітні темні плями різних відтінків. Основними методами захисту довкілля і людини зокрема від фотохімічного смогу є зменшення кількості викидів оксидів Нітрогену, недопалків вуглеводнів, що можливо зміною екологічних параметрів палива для двигунів внутрішнього згорання, створення в містах сприятливих умов для розсіювання забруднення – заборона суцільних забудов, збільшення ширину вулиць, їх озеленення, тощо. |