Изменение климата – одна из глобальных экологических проблем

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

"Томский Государственный Педагогический Университет"

(ТГПУ)

Биолого-химический факультет

Кафедра органической химии

Курсовая работа

"Изменение климата - одна из глобальных экологических проблем"

Выполнила:

Студентка 151 группы

Бебих А.Г.

Проверила:

Доцент кафедры

органической химии, к.х.н.

Васильева О.Л.

Томск - 2008

Содержание

Введение

1. Воздействие человека на окружающую среду

2. Основы экологических проблем

3. Глобальные экологические проблемы атмосферы

3.1. Парниковый эффект (глобальное потепление)

3.2. Кислотные осадки

3.3. Разрушение озонового слоя

Заключение

Список использованной литературы

Введение

После первой мировой войны (1914-1918 гг.) началась интенсивная разработка более совершенных технологий производства товаров массового потребления. Так был создан фундамент современных развитых индустриальных обществ США, Японии Западной Европы и других развитых стран. Развитые индустриальные общества характеризуются следующими особенностями:

- многократно возросшими объемами потребления товаров, стимулируемыми хорошо развитой рекламой, благодаря которой формируются искусственно завышенные запросы;

- значительным увеличением зависимости производства от невозобновимых ресурсов, таких, как нефть, природный газ, уголь и различные металлы;

- переходом от использования природных материалов, которые обладают способностью разлагаться в природной среде, к синтетическим соединениям, многие из которых, попав в окружающую среду, разлагаются очень медленно;

- резким ростом душевого энергопотребления на транспорте, в промышленности и в сельском хозяйстве, а также при освещении, отоплении и охлаждении.

Развитым индустриальным обществам присущи следующие позитивные особенности:

- разработка и массовое производство множества полезных и экономически выгодных товаров;

- резкое увеличение объема производства продуктов питания на душу населения благодаря внедрению передовых промышленных технологий в сельском хозяйстве, позволяющему небольшому числу фермеров производить огромные объемы продукции;

- существенное увеличение продолжительности жизни вследствие улучшения условий быта, гигиены, питания, медицинского обслуживания и регулирования рождаемости;

- постепенное снижение темпов прироста населения как следствие контроля за рождаемостью, повышения уровня образования, увеличения среднего дохода жителей и улучшения социального обеспечения пожилых людей.

1. Воздействие человека на окружающую среду

Наряду с многочисленными преимуществами, присущими индустриальным обществам, для них характерно как возникновение новых, так и обострение уже существующих экологических и ресурсных проблем. По масштабам распространения эти угрожающие благосостоянию человека проблемы можно подразделить на:

- локальные: загрязнение подземных вод токсичными веществами;

- региональные: повреждение лесов и деградация озер в результате атмосферных выпадений загрязнителей;

- глобальные: возможные климатические изменения вследствие увеличения содержания углекислого газа и других газообразных веществ в атмосфере, а также истощения озонового слоя.

Совокупное воздействие интенсивного сельского хозяйства, возросшей добычи полезных ископаемых и урбанизации значительно усилило деградацию потенциально возобновимых ресурсов - верхнего почвенного слоя, лесов, пастбищ, а также популяций диких животных и растений. Напомним, что точно такие же причины привели к гибели древних цивилизаций.

Индустриализация значительно увеличила власть людей над природой и в то же время уменьшила численность населения, живущего в непосредственном контакте с ней. В результате люди, особенно в промышленно развитых странах, еще сильнее уверились в том, что их назначение состоит в покорении природы. Многие серьезные ученые убеждены, что, пока будет сохраняться подобное мироощущение, будут продолжать разрушаться и системы жизнеобеспечения Земли.

2. Основы экологических проблем

В основе экологической проблемы, реально угрожающей нашему дальнейшему существованию, лежит множество факторов. Но если отдельные из них являются величинами переменными, изменчивыми, то три фактора по праву можно считать основополагающими в силу их неизменности, постоянства. Именно они и препятствуют любым попыткам успешного решения проблемы.

Фактор материальной заинтересованности:

Потреблять все и вся, созданное природой, оказалось для нас значительно выгоднее, чем возвращать, восстанавливать и оберегать. Каждое действие, направленное на охрану природы, наоборот, требует материальных и финансовых затрат, то есть лишает нас выгоды. Это относится как к отдельным людям, производственным коллективам, так и целым государствам.

Отсюда - настороженное отношение к экологам и «зеленым», к призывам беречь и спасать природу. Никто не желает упускать свою выгоду.

Фактор разрозненности усилий:

Вся природная система, вся Биосфера - чрезвычайно чуткий, очень сложный, но неделимый, единый организм. Поэтому «лечить и оздоровлять» его отдельными, удобно разделенными для нас «кусками», - занятие абсолютно бессмысленное. Столь же бессмысленное, как «спасение хотя бы отдельной части тела» тонущего в реке человека. Уж лучше пусть спокойно тонет целиком.

Целое, неделимое следует спасать или целиком, или вообще никак.

Фактор нереальности финансирования:

Тратить деньги «на экологию», не перекрыв предварительно даже основные каналы загрязнения природы - дело безнадежное и сверхразорительное. С тем же успехом можно пытаться затушить костер бензином. Сколько бы не выливали, задача никогда не будет выполнена.

При любых, самых невероятных затратах, результат всегда будет нулевым.

Поэтому все попытки решения экологической проблемы стандартными методами обречены на провал. Противопоставить материальной заинтересованности абсолютно нечего. Спасать разрозненные части неделимого организма - бессмысленно. Спасать весь организм целиком, не перекрыв каналы загрязнения - нереально. Перекрыть же эти каналы - невозможно, так как это противоречит материальной заинтересованности.

Круг замкнулся.

Поэтому мы вынуждены тратить сегодня в тысячи раз больше финансов на устранение уже причиненного ущерба, чем понадобилось бы для принятия профилактических мер.

Но люди жаждут сиюминутной выгоды. Это отвечает их естеству, хотя и противоречит здравомыслию. Фактор материальной заинтересованности настолько силен, что подавляет даже упорное сопротивление наших основных природных инстинктов - самосохранения и сохранения рода.

На Конференции ООН в 1992 году Президент США Джордж Буш открыто заявил:

«Америка не подпишет ни одного экологического проекта или соглашения, если они будут противоречить интересам бизнеса или экономическим интересам страны».

Если бы остальные участники Конференции по Окружающей Среде и Развитию не были так шокированы «цинизмом лидера мировой державы», то заметили бы, что им предложили самую надежную и разумную формулу решения экологической проблемы.

Ведь в мире нет ни одного человека, кто губил бы природу из враждебности или ненависти, был бы ее убежденным противником. Мы уничтожаем среду своего обитания только ради финансовой и материальной выгоды. Значит и решение может быть только одно - превратить процесс охраны окружающей среды в более выгодное и прибыльное занятие, чем нанесение ей ущерба.

Можно ли развернуть фактор материальной заинтересованности в пользу природы? Элементарно. Это чисто техническая задача, с которой легко справиться.

Сложность в другом. Кто это сделает?

Отдельно взятым государствам эта задача не под силу - нагрузка ложится на бюджет, а это нарушает материальные интересы государственных структур.

К тому же остается еще фактор разрозненности усилий, который не в состоянии устранить ни одно отдельно взятое государство. Как же быть?

Кто сможет развернуть материальный фактор в нужную сторону?

Кто объединит разрозненные усилия?

Точнее всех на этот вопрос ответил в своем послании к ХХIII Всемирному дню Мира Папа Римский Иоанн Павел II. Вот две крохотные цитаты из этого послания:

«Понятия мирового порядка и современного наследия выявляют потребность в лучшей системе международной координации в области распоряжения природными ресурсами Земли».

«Сегодня проблема экологии приобрела такие размеры, что требует ответственности практически от всех людей».

Лаконично и просто, как и все гениальное.

Требуется создание единого международного Координирующего Органа, который успешно заменил бы существующие ныне, но не несущие никакой ответственности более двух сотен координирующих организаций по вопросам охраны окружающей среды.

Такой орган, ответственно взявшись за дело, не просто объединит воедино разрозненные усилия для спасения неделимого целого, но сумеет вовлечь в этот процесс практически всех людей Земли, используя для этой цели могущество материальной заинтересованности. Как для отдельных граждан, так и для государственных образований в целом.

Тогда отпадет надобность ЗАСТАВЛЯТЬ людей беречь и защищать среду своего обитания. Люди сами будут ИСКРЕННЕ ЗАИНТЕРЕСОВАНЫ в этом процессе.

Ведь совпадут все движущие силы - материальная заинтересованность, здравомыслие, инстинкты самосохранения и сохранения рода.

Главное же, такой подход к решению проблемы не встречает сопротивления: ведь среди нас нет ни одного убежденного противника природы.

Лишившись всех трех опор, поддерживающих прежде ее неразрешимость, экологический кризис из грандиозного устрашающего монстра превращается в смирную, прирученную и притом довольно полезную домашнюю живность.

Существует несколько факторов, которые гарантируют Координирующему Органу решение данной задачи.

1) Каждый человек желает выжить сам и обеспечить выживание своего конкретного ребенка.

2) Развал гигантской монополизированной державы, занимавшей шестую часть суши. Частная собственность на средства производства в этой державе не поощрялась, что создавало определенные трудности для всего мирового сообщества.

3) Неуемное стремление каждого человека к удовлетворению всем нам присущего чувства собственной значительности.

4) То обстоятельство, что каждый из нас является потребителем, ради удовлетворения жизненных нужд, которых и развивается цивилизация. Это очень интересная деталь, и в деятельности Координатора она занимает ключевую роль.

Судите сами: мы все - потребители, но в то же время многие из нас являются также производителями. Основной урон природе наносится производственной деятельностью человека.

Другими словами, производители уничтожают и отравляют Среду нашего (и своего!) обитания только ради финансового стимула. Но ведь этот стимул хранится в кошельках потребителя.

Вот это и позволяет Координатору использовать буквально каждого из шести миллиардов потребителей в качестве активного участника предстоящего процесса. Практически всех людей.

Этот гигантский потенциал, при умелом использовании, способен решить не только экологическую, но (попутно, и без дополнительных затрат!) и многие другие проблемы, казалось бы, далекие от экологии. В частности, такую насущную и актуальную, как нравственную. Не зря же считается, что экологический кризис является проблемой моральной.

Вот краткая схема предлагаемой программы:

Координатор изначально является финансово независимым органом. У него собственные и очень солидные источники финансовых поступлений.

Общаясь с потребителями через свои средства массовой информации, Координатор организует и ориентирует их в сложном многообразии промышленного и товарного производства, классифицируя его, на первых порах, по степени экологической безопасности (в дальнейшем этот процесс значительно упрощается).

Потребителю остается делать осознанный и добровольный выбор:

* либо поощрять своим кошельком тех производителей, которые заботятся о чистоте среды его обитания,

* либо тех, кто, отравляя природу, откровенно покушается на его здоровье и будущее его детей

Акцент на инстинкты самосохранения и сохранения рода.

Существует механизм, значительно облегчающий потребителю выбор в пользу «чистого» производителя - ценовая политика, которая позволяет за счет штрафных поступлений от «грязного» производителя держать цены «чистого» на таком же (или даже - более низком) уровне.

Фактор сиюминутной финансовой выгоды.

Кто платит - тот заказывает музыку. Почувствовав угрозу экономического краха, «грязный» производитель моментально поймет - отныне уровень финансовых доходов всецело зависит от уровня экологической безопасности его производства.

Фактор материальной заинтересованности.

Начнется жесткая и бесконечная конкурентная борьба за симпатии и кошельки потребителя, цель которой - не просто догнать, но непременно превзойти более удачливых коллег по уровню экологической безопасности.

Экономическая целесообразность.

Рынок реагирует быстро и чутко. Подобная конкуренция сразу же породит повышенный спрос на более совершенные и эффективные средства природоохраны, более безопасные двигатели, топливные смеси, энергоносители, технологии, разработки.

Экономическая целесообразность.

Спрос, как известно, рождает предложение. Требуется - будут производить.

Кроме симпатии (и кошельков!) потребителей, Координатор обеспечивает производителю еще один могучий стимул - систему справедливой оценки его деятельности: большое разнообразие заманчивых «пряников» (призов, наград, поощрений…) - для самых бережливых; отсутствие поощрений - для менее бережливых; антирекламу - мелким вредителям природы; штрафные санкции - для самых злостных вредителей.

Материальная выгода плюс экономическая целесообразность.

За каждым производителем остается право абсолютно добровольного и свободного выбора - иметь финансовые доходы или терпеть убытки.

Здравомыслие плюс стремление к финансовой выгоде.

Благодаря своим возможностям, Координатор значительно упрощает и ускоряет переход производителей в такие условия деятельности, когда защита природы становится не только выгодным, но и престижным делом. Для этого имеются десятки рычагов.

Удовлетворение чувства собственной значительности.

Еще одна интересная функция Координатора - сделать охрану природы делом чести, престижа, финансовой выгоды для руководителей разных стран. Это не сложно, зато дает огромный импульс всему движению.

Чувство собственной значительности + материальная выгода.

Ныне разорительный и практически неосуществимый процесс защиты окружающей среды превращается в новых условиях в высокорентабельное, доходное предприятие. Вместе с тем переработка гигантского скопления экологических «отходов и мусора» раскрывает сотни источников самофинансирования и множество скрытых резервов

Экономическая целесообразность.

Производитель, почувствовав экономическую выгоду, поддержит этот процесс тем охотнее, что он отвечает его естественным пожеланиям: каждый хочет выжить сам и обеспечить выживание своих детей.

Здравый смысл плюс инстинкты самосохранения, сохранения рода плюс фактор материальной заинтересованности.

Данный процесс не противоречит ничьим интересам, невзирая на религиозные, социальные, политические, национальные, расовые и любые другие различия между людьми. Ведь среди нас нет ни одного убежденного противника природы!!!

3. Глобальные экологические проблемы атмосферы

Увеличение концентрации некоторых веществ в атмосфере Земли сопряжено с далеко идущими последствиями. Возможно возникновение экологических проблем мирового значения. К таким глобальным экологическим проблемам относятся парниковый эффект, разрушение озонового слоя, кислотные осадки.

3.1. Парниковый эффект (глобальное потепление)

Одной из глобальной экологических проблем является проблема глобального потепления климата.

История глобального потепления. Гипотеза о возможном изменении климата при увеличении концентрации углекислого газа возникла давно -- на рубеже XIX--XX вв. Уже около 100 лет ведутся регулярные наблюдения за климатом на Земле. Шведский физикохимик, лауреат Нобелевской премии Сванте Аррениус исследовал физическую природу парникового эффекта и некоторые свойства газов, сохраняющих тепло в атмосфере. В 1908 г. в своей книге «Образование миров» он писал: «Если бы содержание угольной кислоты (С0₂ -- прим. авт.) в воздухе удвоилось, то температура земной поверхности повысилась бы на 4°С». Но фактических и точных измерений содержания С0₂ в атмосфере было сравнительно немного вплоть до первого Международного геофизического года (1957 г.). С этого времени стали проводиться систематические измерения в различных регионах мира, и эти измерения в течение ряда лет показали, что концентрация углекислого газа в воздухе возрастает.

По климатическим условиям 80-е гг. XX в. были жаркими, что дало повод ученым заявить, что «парниковый эффект» уже ощутим. В 80-х гг. наблюдались засухи, наводнения, ураганы как следствие потепления климата. Последующие 1990-е гг. тоже были очень жаркими.

В 1988 г. Организацией Объединенных Наций была создана Межправительственная группа экспертов по проблемам изменения климата (IPCC), в которую вошли 300 ведущих ученых-климатологов мира.

На международной встрече в Торонто (Канада) в 1988 г. ученые и политики обсуждали пути возможного уменьшения выбросов углекислого газа.

Сорок девять ученых -- лауреатов Нобелевской премии -- в 1990 г. заявили, что «глобальное потепление является наиболее серьезной экологической угрозой XXI столетия, и только принимая меры уже сейчас, мы можем быть уверены, что грядущие поколения не столкнутся с этой угрозой».

Независимая международная экологическая организация «Гринпис» в 1990 г. издала доклад «Глобальное потепление». Доклад написан ведущими учеными в области энергетики из США, Великобритании, Швеции, Бразилии и Индии.

На Конференции ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро в 1992 г. была принята Конвенция об изменении климата. В ней говорится о необходимости объединения международных усилий с целью предотвращения неблагоприятных последствий потепления климата.

В 1997 г. в Киото (Япония) состоялась Третья конференция ООН по изменению климата, на которой представители правительств 171 страны подписали соглашение (Протокол Киото). По этому документу всем странам необходимо сократить выбросы парниковых газов, обеспечивающих потепление климата.

22--23 ноября 2000 г. в Гааге (Голландия) прошла климатическая конференция, организованная ООН и Всемирной организацией здравоохранения, на которой рассматривалась проблема парникового эффекта. По данным, приведенным в докладе на этой конференции А. Карнауховым (Институт биофизики клетки Российской академии наук, г. Пущино), из-за увеличения концентрации С0₂ в атмосфере через 100--200 лет неминуема парниковая катастрофа. Температура достигнет нескольких сотен градусов, и жизнь на планете исчезнет.

Природа парникового эффекта. Парниковые газы. Прогрессивное человечество и в первую очередь ученые и политики уделяют большое внимание проблеме глобального потепления климата. Рассмотрю теперь, почему это явление называется «парниковым эффектом»,и какова его природа.

Для это достаточно представить себе застекленный парник (цветочную оранжерею или теплицу), который нагревается на солнце. Нагрев вызван тем, что световая энергия, проникающая внутрь парника через стекло, поглощается и превращается при этом в тепловую, т. е. в инфракрасное (ИК) излучение, которое не может пройти через стекло наружу. Таким образом, тепло как бы улавливается, и температура в парнике повышается.

Падаюшее сол-нечное излучение

Аналогично нагревается атмосфера Земли. Солнечное излучение падает на Землю. Большая его часть проникает сквозь атмосферу и, поглощаясь, нагревает поверхностный слой Земли. Землей испускается невидимое инфракрасное излучение, в результате чего Земля охлаждается.

Рис. 1. Парниковый эффект

Однако часть этого излучения поглощается парниковыми газами в атмосфере, которые играют роль «одеяла», удерживающего тепло (рис. 1).

Парниковые газы

Чем выше концентрация этих газов, тем заметнее парниковый эффект.

Парниковые газы -- это газы, создающие в атмосфере экран, задерживающий инфракрасные луни, которые в результате нагревают поверхность Земли и нижний слой атмосферы. Многие из этих газов почти на всем протяжении истории Земли присутствовали в атмосфере в незначительном количестве. К наиболее значимым из-за количества природным парниковым газам относятся пары воды Н20. Следующим в ряду парниковых газов стоит углекислый газ С0₂. В отсутствие С0₂ температура поверхности Земли была бы примерно на 33 °С ниже, чем в настоящее время, т. е. условия для жизни животных и растений были бы крайне неблагоприятными. Углекислый газ попадает в атмосферу как естественным, так и искусственным путем. Следовательно, необходимо делать различие между естественным парниковым эффектом и антропогенным, усиленным парниковым эффектом. Далее будут рассматриваться проблемы парникового эффекта, вызванные деятельностью человека.

В настоящее время основными парниковыми газами являются углекислый газ С0₂, метан СН₄, хлорфторуглероды (фреоны) и оксид азота(I) N₂0. По докладу специалистов «Гринпис» доля влияния основных парниковых газов на глобальное потепление длительное время составляла: С0₂ -- 55% (0,5%), фреонов и родственных им газов - 24% (4%), СН₄ - 15% (0,9%), N₂0 - 6% (0,8%) (в скобках указан уровень среднегодового прироста этих газов). Тропосферный озон 0₃ тоже относится к парниковым газам, но его трудно оценить количественно. Возникает он в тропосфере в результате химических реакций под действием солнечного света между углеводородами и оксидами азота, образовавшимися при сжигании ископаемого топлива.

К 2000 г. доля влияния этих основных парниковых газов на глобальное потепление изменилась. Табл. 1 составлена на основе данных, опубликованных в журнале «Химия в России» (2000, № 8) по материалам статьи американского ученого Кевина Гурни. По сравнению с 1990 г. возросла доля углекислого газа с 55 до 64% и метана -- с 15 до 20%, уменьшилась доля фреонов (в связи с их запретом) с 24 до 10%, на прежнем уровне осталась доля N₂0 (6%) (табл. 1).

Табл.1. Основные парниковые газы, их источники и доля влияния на глобальное потепление (данные 2000 г.)

Газ	Основные источники	Доля влияния на глобальное потепление, %
Углекислый	Производство, транспортировка и сжигание	64
газ С02	ископаемого топлива (86%) Сведение тропических лесов и сжигание биомассы (12%) Остальные источники (2%)
Метан СН4	Утечка природного газа Производство топлива Жизнедеятельность животных (пищеварительная ферментация) Рисовые плантации Сведение лесов	20
Хлорфторуглероды (фреоны) и родст- венные газы	Холодильная промышленность (хладагенты)	10
	Производство аэрозольных упаковок
	Системы кондиционирования воздуха
	Производство пенопласта
Оксид	Применение азотных удобрений	6
азота(1) NX)	Сжигание биомассы Сжигание ископаемого топлива

Антропогенный парниковый эффект на 57% обусловлен добычей и потреблением энергии, на 9% -- исчезновением лесов, на 14% -- сельскохозяйственной деятельностью и на 20% -- остальным промышленным производством, не связанным с энергетическим циклом (в том числе и производством фреонов) (рис. 2.).

Рис. 2.. Вклад в развитие парникового эффекта по видам хозяйственной деятельности (данные по докладу «Гринпис», 1993 г.): 1-- производство и использование энергии; 2-- сельское хозяйство; 3-- промышленность, в том числе производство и использование фреонов; 4 -- вырубка лесов.

Исходная причина накопления теплоулавливающих газов в атмосфере связана с промышленностью, которая использует в качестве источника энергии ископаемое топливо. Начиная с 1860-х гг. отмечается рост потребления ископаемого топлива, соответственно увеличивается концентрация С0₂ в атмосфере. Сжигание ископаемого топлива -- основной источник углекислого газа (86%). Уголь является наиболее утлеродоемким топливом, за ним следуют нефть и природный газ. Это означает, что при сгорании угля эмиссия (выпуск) углерода на единицу топлива будет больше, чем при сгорании нефти и природного газа, а соответственно больше и выброс С0₂ (при условии полного сгорания угля). Ежегодный выброс углерода в виде СО, в 1990 г. составил 5,6--5,7 млрд т. Одна треть углекислого газа в атмосфере Европы связана с работой автомобилей.

Вырубка лесов также способствует переходу С0₂ в атмосферу. Это происходит в процессе как сжигания деревьев, так и постепенного разрушения и гниения древесины, остающейся на местах лесозаготовок (при этом происходит выделение С0₂ и СН₄, причем последний является продуктом анаэробного разложения). Количество углерода, поступившего в атмосферу в виде С0₂ за счет сведения лесов, по данным за 1990 г., оценивается в 1,5--3,0 млрд т ежегодно. Эти источники дают 12% поступлений углекислого газа в атмосферу.

Источником С0₂ в атмосфере является также процесс гниения органических веществ в почве, особенно в лесных экосистемах.

На долю остальных источников, включая производство цемента или окисление монооксида углерода СО, приходится 2% С0₂.

Углекислый газ считается основным парниковым газом. Его влияние на глобальное потепление в последнее десятилетие XX в. разными учеными оценивается в 55--64% (оценка 64% максимальная).

Вторым парниковым газом по значимости, т. е. по влиянию на глобальное потепление, является метан СН₄, происхождение которого в атмосфере имеет как природную, так и антропогенную историю. Природный газ (метан) имеет не только самостоятельные месторождения; он часто сопутствует нефтяным месторождениям, поэтому имеет название «попутный природный газ». При добыче и транспортировке СН₄ попадает в атмосферу (утечка природного газа). Источником метана в атмосфере служат также болота. Болота всей планеты ежегодно выделяют около 115 млнтСН₄.

Рисоводство -- еще один источник поступлений СН₄ в атмосферу. Современные плантации риса ежегодно производят около 110 млн т СН₄, что составляет примерно 20% всех его антропогенных выбросов.

Метан является продуктом жизнедеятельности, он выделяется при пищеварительной ферментации (например, у скота). Выделяется СН₄ и при силосовании (например, в процессе заготовки и хранения измельченной кукурузной массы в прессованном виде).

При сведении лесов древесина, остающаяся в местах лесозаготовок, разлагается в анаэробных условиях с выделением метана. Метан образуется и при так называемом метановом брожении растительных остатков («болотный газ»).

Примерно 20% глобального потепления обусловлено присутствием метана в атмосфере.

В образовании парникового эффекта молекула СН₄ в 21 раз более эффективна, чем СО₂, (Химия в России, 2000, № 8). Изданных «Гринпис» за 1993 г. по сравнительной оценке влияния СН₄ и С0₂ следует, что по степени влияния на глобальное потепление за период в 20 лет метан в 63 раза превосходит углекислый газ, по выполненному расчету эффект глобального потепления от каждого 1 кг СН₄ за этот период в 63 раза больше, чем от каждого 1 кг С0₂.

В основном СН₄ удаляется из атмосферы путем реакции с гидроксил-радикалом (-ОН). Имеются некоторые доказательства, что СН₄ и другие загрязнители атмосферы привели к сокращению концентрации -ОН. Примерно 30% роста концентрации СН₄ в атмосфере объясняется способностью атмосферы к его поглощению.

Большой вклад в развитие парникового эффекта вносят галогенуглеводороды. Они содержат углерод и один или более атомов галогенов (фтора и хлора). К ним относятся такие вещества, как С1СН₃, С1₂СН₂, CHC1F₂, CFC1₃, CF₂C1₂ и др. С точки зрения глобального потепления наибольшее значение имеют хлорфторуглероды (ХФУ). Международное обозначение этих соединений -- CFC, они известны также под названием «фреоны». Наибольшее значение из них имеют CFC-11 и CFC-12. Хотя ХФУ присутствуют в атмосфере в крайне незначительных количествах, однако являются весьма активными парниковыми газами, работающими на парниковый эффект в тысячи раз активнее, чем С0₂. Фреоны не только сильные поглотители тепла, они также вызывают разрушение озонового слоя Земли.

Производство фреонов началось сравнительно недавно -- всего за несколько лет до Второй мировой войны. Синтезированы фреоны в 1930-х гг., а с конца 1950-х гг. их широко применяют в промышленном производстве. За короткое время концентрация их в атмосфере достигла 0,3 млрд^-1. В начале 1990-х гг. содержание фреонов в атмосфере ежегодно увеличивалось на 5--10%.

Фреоны используются в холодильной промышленности (в качестве хладагентов), в производстве аэрозольных упаковок. Они применяются в системах кондиционирования воздуха. Например, в США фреон-12 применяется в автомобильных кондиционерах. Хладагенты, содержащиеся в рефрижераторах и кондиционерах, обычно выпускаются в воздух во время ремонта этих агрегатов или по окончании срока их службы. Хлорфторуглеводородные растворители используются для очистки электронных плат. Фреоны применяют также в производстве пенопласта, одноразовых пластиковых стаканчиков.

На фреоны приходится около 10% глобального потепления, но концентрация этих соединений в атмосфере в настоящее время сокращается в результате международного запрета на их производство и потребление. Ученые стали искать вещества-заменители фреонов. Началось производство альтернативных аэрозольных распылителей. Разрабатываются способы рекуперации, очистки и повторного использования хладагентов в холодильных камерах и кондиционерах, создаются альтернативные растворители для очистки электронных плат.

В качестве заменителей фреонов стали использовать гидрохлорфторуглероды (HCFC) и гидрофторуглероды (HFC). Хотя они уменьшают толщину озонового слоя не столь значительно, как фреоны, однако являются сильнодействующими парниковыми газами, т. е. проблему парникового эффекта они не решают. Даже если повсюду применение ХФУ будет запрещено, истощение озонового слоя будет продолжаться из-за долгого времени жизни фреонов в атмосфере. Измерения концентрации HCFC и HFC показывают ее рост в атмосфере. Если их концентрация будет продолжать увеличиваться, эти вещества могут также оказать значительное влияние на глобальное потепление в будущем.

Менее значимым парниковым газом по его влиянию на глобальное потепление является N₂0. Как и С0₂, оксид азота(I) -- естественный компонент атмосферы, но присутствует он в ней в значительно меньшем количестве. К антропогенным источникам этого парникового газа относятся хозяйства, использующие азотные удобрения, сжигающие биомассы, а также механизмы, в которых ископаемое топливо используется в двигателях внутреннего сгорания. На долю N₂0 приходится около 6% глобального потепления.

Признаки парникового эффекта в XX в. Климатическая система планеты находилась в равновесии, когда поглощенное солнечное излучение уравновешивалось тепловым излучением Земли. Это было до технической революции, которая вызвала значительное увеличение выбросов антропогенных парниковых газов. Систематические наблюдения за климатом и содержанием в атмосфере парниковых газов дают основание для прогноза к увеличению их концентрации и повышению средней температуры на планете.

По оценке ученых, за 100 с лишним лет с начала индустриальной эпохи произошло 25%-ое повышение концентрации углекислого газа, доля которого в парниковом эффекте наибольшая. При этом отмечается, что содержание С0₂ в атмосфере непрерывно возрастает -- на 0,5% в год.

Данные о температуре воздуха, собранные за последнее столетие, показывают, что увеличение глобальных температур колеблется в пределах от 0,3 до 0,6 "С, и можно принять, что увеличение средней глобальной температуры в XX в. составило примерно 0,5 ⁰С. Наблюдаемое потепление климата можно связать с парниковым эффектом. Физическое проявление парникового эффекта уже не вызывает сомнений. В XX в. отмечены следующие его признаки:

жара и засуха, которые затронули Северную Америку и другие регионы планеты в 1980-е гг.;

увеличение расстояния до зоны вечной мерзлоты на Аляске и в канадской Арктике;

повышение средней температуры озер в Канаде;

уменьшение годовой максимальной протяженности ледникового покрова в Антарктике и Арктике;

убывание количества айсбергов на севере Европы и в других районах мира;

необычные климатические явления в последние годы XX в. -- ураган Хьюго, наводнения в Африке и Индии, бури в Европе;

уменьшение толщины льда в Арктике и Антарктике: например, толщина льда в районе севернее Гренландии уменьшилась с 6,7 м в 1976 г. до 4,5 м в 1987 г.

Все это привело Межправительственную комиссию по изменению климата (IPCC) к выводу о явном антропогенном воздействии на глобальный климат на планете.

Возможно, что потепление вызвано не только парниковым эффектом, но и естественной изменчивостью климата. Тем не менее, для специалистов ясно, что, создавая своей деятельностью антропогенные выбросы в атмосферу газов, поглощающих ИК-излучение, человечество способствует потеплению климата.

Прогноз глобального потепления на XXI в. и возможные экологические последствия. Изучением дальнейшего повышения среднепланетной температуры Земли, прогнозом ее на XXI в. занимаются многие ученые, специалисты научных институтов, международных организаций, группы экспертов на уровне правительств. Для оценки возможного изменения климата разрабатываются компьютерные модели будущего климата, или модели глобальной циркуляции (МГЦ).

Рассмотрю некоторые из этих прогнозов, сопоставлю разные точки зрения.

В последнем десятилетии XX в. среди ученых бытовали две крайние точки зрения на ожидаемое потепление в XXI в. Точку зрения одних можно сформулировать как «нет никаких оснований для беспокойства», тогда как другие предрекают «конец света» и в связи с этим предполагают изменение температуры к 2100 г.: от сравнительно умеренного повышения на 0,5 °С в наши дни до катастрофического потепления на 5 °С и выше еще до конца XXI в. Повышение на 5 °С может быть названо катастрофическим, так как оно соответствует уровню потепления, имевшему место в период жизни на Земле между 15 тыс. и 5 тыс. лет назад и ознаменовавшему собой переход от последнего ледникового периода к современной межледниковой эпохе. Модели МГЦ дают эту верхнюю оценку, т. е. прогнозируют максимальное потепление даже более чем на 5 "С. Прогнозы аналитиков из международной организации «Гринпис» (1990 г.), не совпадая с этими двумя точками зрения, соответствуют промежуточным данным. Ученые IPCC дают более оптимистическую оценку. По их расчетам, к 2100 г. произойдет повышение температуры на 3 "С при том условии, что рост выбросов парниковых газов будет таким же, как в наше время. Но даже при такой, более благоприятной оценке IPCC скорость изменения температуры составит 0,3 ^вС за десятилетие. Большинство ученых считает, что в течение XXI в. вполне вероятно повышение глобальной температуры на 1 °С или около того. Но даже это, казалось бы, незначительное повышение температуры может оказаться опасным для некоторых видов растений и животных, обитающих вблизи горных вершин.

В начале 1990-х гг. появились также прогнозы потепления при удвоении содержания С0₂. Многие ученые и компьютерные модели предсказывают повышение средней глобальной температуры на 1,5--4,5 °С при «эффективном удвоении» количества С0₂ по сравнению с его уровнями в доиндустриальную эпоху. «Эффективное удвоение» означает усиление в два раза парникового эффекта. Это может произойти к 2030--2050-м гг., если выбросы парниковых газов будут продолжаться на современном уровне. Количество парниковых газов в атмосфере станет таким, что по тепло поглощающей способности они в два раза превзойдут С0₂, содержавшийся в атмосфере в середине XIX в. Вспомним прогноз гениального С. Аррениуса, который в начале XX в. высказал предположение о повышении температуры на 4 °С при удвоении содержания угольной кислоты.

В конце 2000 г. американский ученый Кевин Гурни привел несколько иные цифры (его статья опубликована в журнале «Химия в России», № 8 за 2000 г.). По его мнению, рост средней температуры может составить от 1,0 до 3,5 °С при удвоении первоначальной (до промышленной революции) концентрации С0₂. Если сохранятся нынешние тенденции, это может произойти примерно к 2100 г., причем температура может повыситься неравномерно -- до 10 °С в полярных регионах и, возможно, не изменится вообще в экваториальном поясе.

По прогнозам ученых, удвоение содержания С0₂ в атмосфере приведет не только к повышению глобальной температуры на 1,5--4,5 °С (по другим оценкам на 1,0--3,5 °С), но и к другим климатическим изменениям, а также к нарушениям во всех земных экосистемах, к истощению биоты, гибели или сокращению лесов, обеднению фауны, снижению урожайности сельскохозяйственных культур, дефициту продуктов питания, миграции и болезням людей. Рассмотрим наиболее важные из возможных климатических изменений.

Увеличение осадков, особенно в средних и высоких широтах в зимний период.

Уменьшение поверхности морского льда и снежного покрова.

Потепление полярных зим.

Подъем среднего уровня Мирового океана (на 10--30 см -- произойдет к 2030 г. и на 30--100 см -- к концу XXI в. вследствие нагрева и таяния ледников). В случае таяния Антарктического ледникового щита глобальный уровень моря поднимется более чем на 5 м. В течение XXI в. это, вероятнее всего, не произойдет.

Повышение уровня моря вызовет крупномасштабные наводнения (например, во многих северных регионах России), затопление прибрежных зон, ведущее к загрязнению систем водоснабжения, засолению пресноводных прибрежных акваторий, перемещению человеческих поселений. Повышение уровня моря на 1 м затопит 15% площади Египта и 14% урожайной земли Бангладеш.

Понижение влагосодержания почвы в летний период во внутриконтинентальных областях средних широт (летнее иссушение континентов), вызванное более ранним окончанием таяния снегов и периодов дождей.

Понижение влажности почвы в некоторых регионах приведет к их опустыниванию (например, в Африке).

Распространение засухи от 5% в 1990-е гг. до 50% к 2050-м гг. вызовет ухудшение обеспечения населения продовольствием, особенно в густонаселенных регионах мира (Северная Африка, Южная Америка, западные арабские страны, Юго-Восточная Азия, Индийский полуостров, Мексика, Центральная Америка, юго-западные территории США, часть Восточной Бразилии и другие зоны).

Потери урожая зерновых культур в некоторых областях Земли (в Южной Европе, на юге США, в Западной Австралии).

Потепление на 0,1 -- 1,0 °С за 10-летний период и засуха ограничат распространение лесов и приведут к замене 100-- 200 млн га леса степными зонами. Произойдет сокращение территорий, занятых лесами.

Такое смещение географических зон растительности приведет к сокращению территорий, пригодных для жизни животных, т. е. произойдет обеднение земной фауны. Могут погибнуть не только отдельные виды животных, но исчезнуть целые генотипы.

Произойдет значительное сокращение видового многообразия растений и животных.

Появятся новые виды, для которых эти условия более благоприятны. Среди растений это сорняки, среди животных -- вредители и паразиты садов и жилищ. Расширятся возможности распространения вредных насекомых и микробов -- возбудителей болезней -- за пределы тропической зоны на субтропическую и даже среднюю полосу с разрушительными последствиями для местных сельскохозяйственных культур.

Миграция людей из районов наводнения, засухи, обеднения флоры и фауны приведет к распространению эпидемий в лагерях и поселениях для беженцев.

Распространение болезней, характерных для жаркой зоны (малярия, шистосомоз, лихорадка денге, японский энцефалит), в сторону северных широт; это может привести к заболеваемости большего числа людей.

Наиболее сильному негативному воздействию подвергнутся жители крупных урбанизированных районов.

Обратная связь «среднепланетная температура -- концентрация парниковых газов». В результате повышения среднепланетной температуры может произойти дальнейшее увеличение концентрации С0₂ и других парниковых газов уже за счет природных источников. Это так называемые положительные обратные связи. Рассмотрим наиболее существенные из них.

Повышение температуры вод Мирового океана будет приводить к понижению растворимости СО,. Излишек СО, будет поступать в атмосферу. Океаны являются гигантским резервуаром для С0₂, поскольку они содержат СО, в 50--60 раз больше, чем атмосфера, и в 20 раз больше, чем биосфера. Этот источник СО, представляет большую опасность.

Еще большее количество связанного СО, содержится в земной коре в виде карбонатсодержащих пород (почти в 50 000 раз больше, чем в атмосфере). Разложение карбонатов в результате повышения температуры Земли из-за подземных ядерных взрывов и других факторов может привести к выделению огромных количеств СО, в атмосферу.

Можно ожидать увеличения выделения метана на высоких широтах в результате прогревания и увлажнения почвы, оттаивания грунтов в тундре, так как залитые водой почвы могут производить в 100 раз больше СН₄, чем сухие.

В зоне вечной мерзлоты имеется избыток замороженного органического вещества, способного разлагаться при повышении температуры с выделением СН₄.

Повышение температуры придонных вод Мирового океана может привести к разложению метан-гидратных комплексов (кристаллических комплексов молекул метана и воды). Они чаще встречаются ближе к поверхности осадочных пород, на дне или вблизи него. Прогревание воды может привести к разложению этих комплексов и поступлению в атмосферу значительных количеств СН₄ и СО, (в результате окисления метана бактериями и непосредственного окисления в верхних слоях атмосферы).

Метан-гидратные комплексы встречаются и в зоне вечной мерзлоты. Они залегают ниже слоя вечной мерзлоты и в далеких от берегов зонах Арктики. Температурная волна от нагретой поверхности будет проникать в землю очень медленно, поэтому это влияние будет незначительным в течение нескольких десятилетий. Однако наличие трещин вызывает эпизодические выбросы СН₄ уже в настоящее время.

При повышении температуры атмосферы возрастает скорость испарения морской воды, следовательно, увеличивается количество водяных паров, которые являются парниковым газом.

Повышение температуры, вызванное парниковым эффектом, с одной стороны, может увеличить темпы фотосинтеза (т. е. усилить поглощение углекислого газа), но, с другой стороны, способствует интенсификации противоположных процессов -- дыхания, окисления, гниения растений, что приводит к увеличению концентрации С0₂. По мнению большинства ученых, увеличение выделения С0₂ происходит быстрее, чем фотосинтез. При глобальном потеплении пострадают леса, приток С0₂ в атмосферу увеличится.

Таким образом, глобальное потепление в большинстве случаев будет вызывать увеличение концентрации парниковых газов (С0₂, СН₄, водяных паров), что, в свою очередь, ускорит рост средне планетной температуры на Земле.

Оптимистический и реалистический прогнозы последствий глобального потепления для человеческой цивилизации. Специалисты лаборатории биофизики биоценозов Института биофизики клетки (ИБК) Российской академии наук рассмотрели несколько сценариев развития парникового эффекта при условии продолжающегося сжигания углеводородного топлива (угля, нефти, газа и др.) (доклад А. Карнаухова, 2000 г.). При этом учитывались процессы, происходящие в живой и неживой природе в условиях Земли. По этим данным биологических механизмов удаления С0₂ из атмосферы явно недостаточно по сравнению с его техногенным выбросом, который в 50 раз превосходит биологически связанный С0₂ (с учетом поглощения С0₂ при фотосинтезе и обратного выделения его в процессах дыхания, окисления, гниения и т. д.).

Была проанализирована роль различных биоценозов в долговременном извлечении С0₂ из атмосферы. Оказалось, что роль биоценозов лесов в этом процессе крайне мала. Это объясняется тем, что практически весь связанный благодаря фотосинтезу углерод возвращается в атмосферу в виде СО, вследствие процессов дыхания, гниения отмирающих листьев и древесины, а также лесных пожаров. Этот вывод поколебал распространенное мнение, что «лес -- это легкие планеты».

Для долговременного извлечения СО, из атмосферы необходимо, чтобы значительная часть связанного в результате процессов фотосинтеза углерода оказывалась недоступной для процессов окисления. Такие условия существуют только в биоценозах болот и тропических морей.

В биоценозе болота отмирающая растительность попадает в стоячую воду с низким содержанием кислорода и накапливается там, практически не разлагаясь (частичное анаэробное разложение с образованием СН₄ не меняет общей картины). Частично разложившиеся остатки растений превращаются в торф, а затем в бурый и каменный уголь. В настоящее время общая площадь болот на Земле сократилась почти в два раза и продолжает сокращаться в результате их осушения. Соответственно уменьшается количество извлекаемого из атмосферы СО_:.

В биоценозах тропических морей растворенный СО, используется в качестве «строительного материала» при образовании известковых раковин и чехлов. Практически все карбонаты (известняки, доломиты, мел, мрамор и т. д.) имеют биогенное происхождение. Важную роль в этом отношении играют коралловые полипы и планктон (всего около 80 видов). Имеются сведения о гибели коралловых рифов. А в результате сброса гербицидов и пестицидов в Мировой океан может пострадать фораминиферовый планктон. В результате уменьшится связывание СО,, изъятие его из океанической воды.

По мнению А. Карнаухова, «парниковый эффект» способен изменять температуру планеты на несколько сотен градусов. Например, среднепланетная температура Венеры при параметрах атмосферы, аналогичных земным, должна была бы быть всего на 50 °С выше, чем на Земле. Однако среднепланетная температура Венеры составляет почти 500 °С за счет сильного парникового эффекта.

Повышение средне планетной температуры Земли даже на 50 °С имело бы катастрофические последствия для человеческой цивилизации, явилось бы «парниковой катастрофой». Повышение температуры на 150 °С, по-видимому, сделало бы невозможным существование жизни на Земле.

Расчетные значения парникового эффекта (8 °С) не всегда совпадают с реально наблюдаемым повышением среднепланетной температуры на Земле (1--2 °С). Существуют два объяснения причины этого. Во-первых, Мировой океан играет роль гигантского теплового буфера, стабилизирующего температуру Земли. Во-вторых, наряду с парниковым эффектом, повышающим температуру, происходит накопление аэрозольных частиц в верхних слоях атмосферы, которые понижают температуру. Особенно ощутимо это может быть во время наземных ядерных испытаний, которые приводят к поступлению сажи в верхние слои атмосферы. Во время ядерной войны может наступить значительное падение среднепланетной температуры Земли, так называемая «ядерная зима». Об этом предупреждал академик Н. Н. Моисеев.

Эти две причины (тепловая инерция Мирового океана и аэрозольное загрязнение верхних слоев атмосферы), по мнению ученых из ИБК, не могут существенно изменить прогноз парниковой катастрофы, но способны только несколько отдалить время ее наступления.

На основе имеющихся данных о техногенном поступлении С0₂ в атмосферу ученые Института биофизики клетки (А. Карнаухов и др.) дают два прогноза глобального потепления (табл. 2).

Табл.2. Оптимистический и реалистический сценарий парниковой катастрофы (по А. Карнаухову, 2000)

Вариант	Сценарии развития мировой энергетики	Критическая стадия парниковой катастрофы Дг=50'С
1. 2.	Оптимистический сценарий: техногенный выброс СО, останется постоянным (первое удвоение концентрации СО, произойдет через 100 лет) Реалистический сценарий: техногенный выброс С02 будет расти теми же темпами, что и сегодня (удвоение концентрации СО, будет происходить каждые 50 лет)	300 лет 100 лет

Первый сценарий -- оптимистический -- предполагает, что техногенный выброс С0₂ в атмосферу со временем не увеличится, т. е. будет оставаться на современном уровне. По этому варианту человеческая цивилизация просуществует 300 лет.

Второй сценарий -- реалистический -- предполагает, что поступление С0₂ в атмосферу будет расти с той же скоростью, что и в настоящее время (при такой скорости роста техногенный выброс СО, удваивается каждые 50 лет). В таком случае время существования человеческой цивилизации составит всего 100 лет.

Самым худшим был бы третий -- «пессимистический» -- сценарий, предполагающий ускорение техногенного выброса С0₂. Увеличения скорости техногенного выброса С0₂ допускать нельзя, так как это граничит с самоуничтожением. Человечество должно срочно выработать меры снижения выбросов утле кислого газа и других парниковых газов.

Ученые прогнозируют возможность наступления «ледникового периода» на севере Евразии и Америки. Как ни парадоксально, но это также является следствием глобального повышения температуры на Земле. Это произойдет, если плотность вод пресного, но холодного (в результате таяния Гренландского ледника) Лабрадорского течения станет меньше плотности соленых вод теплого течения Гольфстрим. Лабрадорское течение поднимется на поверхность, перекрывая путь Гольфстриму на север. В результате нарушится меридиональный перенос тепла между тропическими и полярными областями. На севере Евразии и Америки температура понизится, а в экваториальной части возрастет. Наиболее вероятным наступление «ледникового периода» представляется через 25--100 лет -- в момент массового таяния Гренландского ледника.

Одним из следствий наступления нового «ледникового периода» будет резкий рост сжигания угля, нефти и газа для отопления жилищ, что может только ускорить начало терминальной стадии парниковой катастрофы.

Пути решения проблемы глобального потепления климата. Ученые и политики всего мира, озабоченные проблемой парникового эффекта и его возможными последствиями, предлагают ряд мер по борьбе с глобальным потеплением климата. Приведем наиболее часто выдвигаемые предложения.

Для стабилизации парниковых газов на уровнях, установившихся к концу XX в., необходимо снижать объемы выбросов: С0₂ - на 50-80%, СН₄- на 10-20%, фреонов - на 75-100%, N,0-на 80-85%.