Глава 10
ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ

Быстрое развитие промышленности, энергетики, транспорта, животноводства, выращивание риса, добыча газа приводят к выбросу в атмосферу газов, аэрозолей и пыли, вызывающих парниковый эффект, кислотные дожди, озоновые дыры, различные болезни дыхательных путей. В 1998 г. 50 млн россиян дышали воздухом с различными примесями, концентрации которых превышали предельно допустимые параметры.

Рассмотрим различные виды загрязнения атмосферы и методы борьбы с ними.

§ 1. ПАРНИКОВЫЙ ЭФФЕКТ

Сущность парникового эффекта состоит в том, что атмосфера почти целиком пропускает излучение Солнца к Земле, но из-за наличия в атмосфере парниковых газов (газов, вызывающих парниковый эффект) заметно задерживает обратное тепловое (инфракрасное) излучение земной поверхности. Парниковые газы образуют как бы "стеклянную крышу парника" над планетой и большая часть излучаемого Землей тепла возвращается назад. Тепловая энергия накапливается в приповерхностных слоях атмосферы тем интенсивнее, чем больше в них концентрация парниковых газов. Усиление парникового эффекта приводит к повышению температуры на поверхности Земли и потеплению климата. Благодаря существованию парникового эффекта только 20% теплового излучения земной поверхности безвозвратно уходит в космос. Если бы Земля не имела атмосферы с парниковыми газами, то средняя температура ее поверхности была бы на 33°С ниже. Сейчас средняя температура планеты 15°С. Главным парниковым газом на Земле является водяной пар. Огромный вклад в парниковый эффект вносят двуокись углерода СО₂ (60% вклада) и метан СН₄ (20% вклада). К парниковым газам относятся также закись азота N₂O (5% вклада), фреон (15% вклада) и озон.

Двуокись углерода поступает в атмосферу в результате сжигания углеродсодержащих видов топлива (каменный уголь, нефть, газ) в промышленности, автомобильных двигателях (на Земле используется около 1 млрд автомобилей, см. главу 9), теплоэлектростанциях.

156

Рис. 10.1. Выбросы двуокиси углерода в 1950-1985 гг.

В настоящее время в атмосфере содержится 2,6 · 10³ млрд т СО₂ и ежегодно выбрасывается в атмосферу более 20 млрд т (более 6 млрд т углерода)¹ (рис. 10.1). 2 млрд т углерода в СО₂ перерабатывается зелеными растениями на суше в процессе фотосинтеза, 2 млрд т перерабатывается в океане, оставшиеся более 2 млрд т не перерабатываются и концентрация СО₂ в атмосфере возрастает. Если до начала интенсивной человеческой деятельности воздух был возобновляемым ресурсом, то теперь он перестал быть таковым.

Последние несколько сотен тысяч лет естественное содержание CO₂ в атмосфере колебалось от 180 - 200 частиц на 1 млн частиц воздуха в периоды оледенений до 280 - 300 частиц на 1 млн частиц в теплые климатические эпохи (рис. 10.2). За последние 200 лет концентрация СО₂ в воздухе изменилась с 275 до 350 частиц на 1 млн частиц воздуха, т.е. на 25%, а с 1958 по 2001 г. концентрация СО₂ возросла с 315 до 368 частиц (рис. 10.3).

Никогда за геологическую историю Земли содержание углекислого газа не менялось в атмосфере на такую большую величину. По расчетам Национальной академии наук США, к 2100 г. ожидается удвоение концентрации СО₂; по другим моделям к этому моменту количество СО₂ возрастет в 3 раза. Возможно, что удвоение произойдет уже к середине XXI в.

157

Рис. 10.2. Изменение концентрации парниковых газов и глобальной
температуры за последние 160 тыс. лет.

Измерения в толще вечных льдов показывают, что на Земле наблюдались значительные изменения температуры (ледниковые и промежуточные периоды). При этом концентрации диоксида углерода и метана в атмосфере колебались в соответствии с изменением температуры. Концентрации этих парниковых газов в настоящее время значительно превышают те, которые существовали задолго до появления человека

158

Рис. 10.3. Глобальная концентрация парниковых газов.

Диоксид углерода, метан, оксиды азота и хлорфторуглеводороды (CFC) препятствуют отдаче земного тепла в космическое пространство, что приводит к повышению температуры на планете. Концентрация этих газов в атмосфере, кроме хлорфторуглеводородов, которые были синтезированы лишь недавно, растет с конца XVIII в.

Метан поступает в атмосферу при добыче газа, нефти и угля, производстве биогаза (см. главу 8), из-за гниения органических остатков на залитых водой рисовых полях, роста численности крупного рогатого скота (сейчас на Земле 1 млрд голов крупного рогатого скота). Из-за большого количества скота огромное количество метана выбрасывает в атмосферу Новая Зеландия. Концентрация в воздухе метана растет ежегодно на 1,2 - 1,5%. Сейчас его на 60% больше, чем было в доиндустриальную эру. К середине XXI в. ожидается удвоение концентрации метана в атмосфере.

С ростом применения в сельском хозяйстве азотных удобрений и в результате сгорания углеродсодержащих видов топлива при высоких температурах в ТЭС в атмосферу выбрасывается закись азота N₂O. Концентрация N₂O растет на 0,3 % в год. Концентрация фреонов растет со скоростью 4% в год. В целом к середине XXI в. парниковое влияние СН4, N₂O и фреонов может быть равным эффекту удвоения концентрации СО₂ в атмосфере.

По оценкам Международной конференции ЮНЕП, за последнюю сотню лет температура планеты возросла на 0,6°С из-за роста СО₂ (рис. 10.4), а к 2100 г. должно произойти повышение температуры на 1,5 - 5,8°С. Для приполярных широт повышение температуры может достигнуть 10°С. Уровень Мирового океана может повыситься на 84-117 см к 2050 г. и на 156 - 345 см к 2100 г. из-за таяния

159

Рис. 10.4. Динамика глобального потепления.

Причины и долговременные последствия повышения глобальной температуры все еще являются предметом научных и политических дебатов. Однако почти не вызывает сомнений то, что средняя глобальная температура увеличивается. В 80-е годы наблюдалось шесть наиболее жарких лет нынешнего столетия

полярных льдов и теплового расширения воды. При повышении уровня океана на несколько метров будут затоплены такие города, как Нью-Йорк, Лондон, Санкт-Петербург, Амстердам, Шанхай, Токио и густонаселенные прибрежные территории, на которых проживает от 30 до 50 % населения земного шара, т. е. миллиарды человек.

С ростом температуры возрастет и количество осадков. Ливни затопят тропики. Засушливые зоны сдвинутся на север. Площадь пустынь увеличится. Урожаи сократятся. Серьезные изменения климата произойдут в Скандинавии, Сибири и на севере Канады.

При глобальном потеплении на 2°С зона сплошной многолетней мерзлоты в нашей стране перестанет существовать, а зона лесотундры достигнет побережья Северного Ледовитого океана (рис. 10.5). Повышение средней температуры на 1-2°С в целом может быть благоприятным для сельского хозяйства европейской части нашей страны, так как позволит использовать для теплолюбивых сельскохозяйственных культур обширные территории. Ожидается, что с началом следующего столетия начнется увеличение количества осадков на всей территории нашей страны, включая самые засушливые области.

160