|
|
|||
|
БІОСИСТЕМИ. БІОСФЕРА
ЕКОСИСТЕМИ. ПОПУЛЯЦІЇ
ОРГАНІЗМИ У ДОВКІЛЛІ
ЛЮДСТВО ТА ЙОГО ДОЛЯ
|
|||
|
VI-13. Атмосферні аномалії антропічного походження: «озонові дірки», кислотні дощі, смог |
|||
VI-13. Атмосферні аномалії антропічного походження: «озонові дірки», кислотні дощі, смог
Технічна експансія людства є сублімованим, тобто таким, що прийняв культурно прийнятні форми, садизмом.
Зигмунд Фрейд
Під впливом іонізуючого випромінювання молекула кисню (O2) може розпадатись на атомарний кисень, який, приєднуючись до інших молекул кисню, утворює озон (O3). Озон затримує іонізуючі випромінювання (від далекого ультрафіолету з довжиною хвилі від 315 нм до γ-променів) набагато краще, ніж кисень. Внаслідок цього у верхніх шарах атмосфери (від 12–25 до 45 кілометрів над поверхнею Землі) утворюється шар із підвищеним вмістом озону (з концентрацією близько 0,001%). Саме завдяки цьому шару різко зменшується доза іонізуючого випромінювання, що надходить на поверхню Землі.
Озон — газ, який іноді трапляється і на поверхні планети. Це він відповідальний за запах свіжості після грози. Його можна відчути біля працюючих ультрафіолетових ламп, а також біля несправних лазерних принтерів та копіювальних апаратів. На поверхні землі озон — небезпечний забруднювач. Його небезпека проявляється як у тому, що він є набагато сильнішим окислювачем, ніж кисень (і може тому ушкоджувати живі клітини, викликаючи, наприклад, рак легень), так і в тому, що він може брати участь у перетворенні інших атмосферних забруднювачів.
У 1985 р. над Південним полюсом було виявлено «озонову діру» (зону із вмістом озону в межах 40–50% від норми), рівну за площею території США. Згідно з найімовірнішими припущеннями, її утворення пов'язане з фреонами (хлорфторвуглецями). Це речовини, які використовуються в холодильних агрегатах, аерозольних балонах, при спінюванні пластмас та очищенні комп'ютерних мікросхем. Випущені в атмосферу, фреони за 10–20 років досягають верхньої межі озонового шару, де під дією іонізуючого випромінювання розпадаються, утворюючи атомарний хлор та фтор. Реагуючи з молекулами озону, фтор та хлор викликають ланцюгову реакцію їх руйнування. Цей ефект проявляється особливо сильно за знижених температур (саме тому «озонова діра» утворилася над Антарктикою).
Нині «озоновими дірками» прийнято вважати області, де вміст озону зменшено на 30% порівняно з нормою. У жовтні 2000 року площа «озонової дірки» над Антарктикою досягла 29,53 млн км2. У зону її дії вже потрапило чилійське місто Пунта-Аренас, під загрозою опинилися Нова Зеландія, Аргентина, Австралія та ПАР.
Під «озоновою дірою» реєструвалося суттєве збільшення надходження до поверхні Землі ультрафіолету, причому не лише ближнього (УФ-А з довжиною хвилі 400–315 нм), але й далекого (УФ-В з довжиною хвилі 315–280 нм та УФ-С з довжиною хвилі менше ніж 280 нм). Це призводить до порушення фотосинтезу у рослин, неконтрольованої зміни в екосистемах, зростання кількості захворювань на рак шкіри та катаракту.
Існує небезпека катастрофічного скорочення кількості озону і над Арктикою, оскільки порівняно недавно «озонова діра» була виявлена і над Шпіцбергеном.
У 1985 році була укладена міжнародна Віденська конвенція про охорону озонового шару, а в 1987 році був підписаний Монреальський протокол, що її розвиває. Згідно з цими угодами, розвинені країни припинили виробництво і продаж хлорфторвуглецевих речовин, що виснажують озоновий шар, а країни, що розвиваються, повинні зробити це до 2010 року. Проведені 1998 року міжнародні дослідження показали ефективність Монреальського протоколу. Сумарний вміст компонентів, що виснажують озоновий шар у тропосфері (нижній шар атмосфери), досяг найвищого рівня у 1994 р. і почав знижуватися. Якби не було вжито заходів згідно з Протоколом, то озонове виснаження було б набагато сильнішим. Хоча викиди речовин, які руйнують озоновий шар, знизилися, вплив хімічних речовин, вже випущених в атмосферу, триває, а це означає, що виснаження озонового шару буде реєструватися ще протягом тривалого часу.
Руйнуванню озонового шару сприяють також запуски балістичних і космічних ракет і навіть використання авіації. Так, під час Югославської війни авіація НАТО робила по 400–500 вильотів літака щодня. Сумарна потужність використаних боєприпасів у кілька разів перевищила потужність атомної бомби, яка вибухнула над Хіросимою. Дії авіації викликали численні пожежі, зокрема на нафтопереробних та хімічних заводах. Викиди авіації, продукти руйнування вибухових речовин та пожежі створюють сполуки, здатні руйнувати озоновий шар. У 1999 р. порівняно з 1998 р. над районом Косово вміст озону зменшився на 8–10%.
Восени 2005 року Національна адміністрація США з океанографічних та атмосферних явищ повідомила, що стан озонового шару перестав погіршуватися. Хоча ситуація залишається непростою, є надія на її покращення з часом.
Вважається, що відновлення озонового шару має відбутися до 2050 року за умови неухильного виконання всіх захисних заходів. Успіх Монреальського протоколу є важливим прецедентом успіху міжнародних природоохоронних заходів. Втім, заспокоюватися зарано: багато чинників можуть спричинити загострення ситуації.
Ще одна проблема, яку слід розглянути — проблема кислотних дощів. Водневий показник (рН) дощової води зазвичай становить близько 5,6 одиниці через розчинення у дощовій воді вуглекислоти (нейтральний розчин має рН 7). Однак якщо до складу дощової води потраплятимуть якісь кислоти, її рН знижуватиметься. А звідки в повітрі можуть з'являтися кислоти?
Викопне паливо, «хліб» сучасної економіки, утворювалося з біомаси минулих геологічних епох. Крім вуглецю та його сполук, до складу палива входять Сульфур та Нітроген. Особливо багато Сульфуру у бурому вугіллі, а Нітрогену — у торфі. При спалюванні такого палива Сульфур та Нітроген у вигляді своїх оксидів викидаються у повітря. Розчиняючись у воді, вони перетворюються на сірчану, сірчисту, азотну та азотисту кислоти. Внаслідок цих процесів над Західною Європою рН дощу зазвичай 4,5, часто 4,0. У районі Лос-Анджелеса рН туману 2,5–3,0. Відмічені дощі з рН = 1,5! Особливо небезпечний кислотний сніг.
Більш сильна кислота, що ллється з небес, викликає різноманітні зміни на землі. Серед них:
— пошкодження листя рослин, що призводить до знищення лісів (особливо чутливі кедр, бук і тис) та зниження врожайності сільськогосподарських культур;
— вимивання Ca2+, K+ та Mg2+, що посилює деградацію ґрунтів;
— у підкисленій воді легше розчиняються Алюміній, Кадмій, Ртуть та Плюмбум з донних відкладень та ґрунтів, що призводить до посилення їх впливу на екосистеми;
— отруєння озер, зникнення риби, членистоногих, водоплавних птахів;
— знищення гірських лісів призводить до зсувів та селів;
— прискорено руйнуються пам'ятники архітектури, особливо з вапняку та мармуру, скорочується термін служби техніки;
— збільшується кількість захворювань людей, насамперед за рахунок ураження дихальних шляхів та очей.
Як боротися із цим явищем? Використовувати фільтри для викидів, що затримують оксиди Сульфур та Нітроген у продуктах горіння. Найкраще очищати паливо під час його підготовки до спалювання. І, нарешті, найголовніше — скорочувати використання викопного палива.
Смогом називається форма забруднення повітря, характерна для великих міст і промислових центрів. У містах може викидатися в повітря кілька різних категорій забруднювачів, серед яких:
— суспензії та пил (дим);
— вуглеводні та інші леткі органічні сполуки;
— чадний газ;
— оксиди Нітрогену;
— оксиди Сульфуру;
— Плюмбум та важкі метали;
— озон та інші фотохімічні забруднювачі;
— кислоти.
Коли кілька різних забруднювачів змішуються та освітлюються сонячним світлом, вони можуть вступати один з одним у хімічні (фотохімічні) реакції. Результатом є синергізм (взаємопосилення) їхньої дії та виникнення особливо небезпечних сумішей. Саме їх і називають смогом.
«Класичним» став випадок смогу у грудні 1952 р. у Лондоні. Холод привів до інтенсивної роботи міських котелень, а безвітря — до накопичення їхнього диму, а також діоксиду сірки та діоксиду азоту, що викидалися в повітря. Внаслідок цього випадку загинуло щонайменше 4 тисячі людей, десятки тисяч тяжко захворіли. Такий смог, що містить у собі вугільний дим, називається «чорним». Від роботи автотранспорту утворюється не менш небезпечний білий смог.
На жаль, поки наші міста пересичені автотранспортом і прямо в них відбуваються викиди котелень та різноманітних підприємств, позбутися небезпеки смогу неможливо. Контроль кількості викидів та організація вільного руху повітря над містом полегшують ситуацію, але не позбавляють проблеми.