Мероприятия по предупреждению возможного ущерба от парникового эффекта

Перед лицом глобальной опасности изменения климата в 1992 г. на конференции ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро странами-членами ООН была подписана рамочная Конвенция об изменении климата (Россия ратифицировала ее 4 ноября 1994 г.). Главным обязательством стран по Конвенции является разработка и осуществление национальной системы реальных экономических мероприятий в двух направлениях:

- ограничение и уменьшение антропогенной эмиссии парниковых газов, прежде всего диоксида углерода;

- выявление отраслей и сфер национальной экономики, деятельность которых особенно неблагоприятна для климата, разработка и реализация национальной системы мероприятий по предотвращению отрицательных последствий, связанных с климатическими изменениями, адаптация отраслей хозяйства к климатическим изменениям.

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 которым относится Россия, приняли обязательство по сокращению выбросов в атмосферу газов, создающих парниковый эффект, — углекислый газ, метан, азотные соединения.

В качестве отправной точки взят 1990 г. К 2000 г. присоединившиеся к Конвенции ООН страны должны сократить выброс пар­никовых газов в атмосферу до уровня 1990 г., а к 2008 г. произвести еще большее сокращение. Так, страны Европы обязаны снизить загрязнения атмосферы на 8%, Япония — на 6% в год. Россия же может спокойно выбрасывать норматив 1990 г.

В настоящее время Россия выбрасывает всего 70% уровня 1990 г. вследствие экономического спада. Кроме того, энергетика переходит с угля на газ.

По инициативе Всемирного банка в России были проведены интересные исследования. По прогнозу иностранных специалистов, Россия в обозримом будущем не будет выбирать своей квоты. В 2010 г. выбросы РФ составят 96% от уровня 1990 г. Неиспользованные квоты Россия может продать другим государствам. Они у России будут громадными — 250 млн. т ежегодно. Одна тонна выбросов оценивается на рынке в 10 долларов.

По данным Госкомэкологии, доходы от торговли квотами пла­нируется направлять на меры экологического характера — лесо-восстановление, строительство экологически чистых производств, внедрение безопасных технологий. Согласно этой логике, страна будет заинтересована в уменьшении вредных выбросов на своей территории, так как это принесет существенный доход.

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. Стартовые условия дают России все шансы стать одним из главных участников мирового рынка квот на эмиссии. Это подтверждается нарастающим интересом к ней наиболее крупных потенциальных партнеров.

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 придется идти на более тесную международную кооперацию, создавать соответствующие мировым стандартам системы мониторинга и отчетности, 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.

В 1997 г. 40 индустриально ведущих стран подписали в Японии так называемый Киотский протокол, согласно которому промышленно развитые страны к 2008-2012 гг. должны сократить выбросы в атмосферу парниковых газов по меньшей мере на 5% по сравнению с уровнем 1990 г. Протокол также определяет механизмы, позволяющие осуществить это решение. Конкретные детали этих механизмов были оговорены в ноябре 2000 года на конференции в Гааге, где было решено, что в каждой индустриальной стране должна проводиться национальная политика по сокращению выбросов парниковых газов.

Этот протокол поддержали также и США. На эту страну, где живет всего 4% населе­ния Земли, приходится более 25% глобальных выбросов парниковых газов. Вначале США добивались серьезных уступок. Например, вместо предлагавшегося 15%-ного снижения были приняты гораздо более скромные обязательства: 7% к 2012 г. Однако даже при этих условиях, американский сенат Киотский протокол не ратифицировал, назвав провозглашенные цели нереальными. Россия протокол ратифицировала в 2005 году.

В 1996 г. правительство России приняло федеральную програм­му «Предотвращения опасных изменений климата и их отрицательных последствий», которая должна способствовать реанимации Конвенции ООН и позволит осуществить комплекс мероприятий по предотвращению отрицательных последствий изменения климата в России. Потребности в финансировании для осуществления программы в 1997—2000 гг. составляют 239,4 млрд. руб в ценах 1996 г.

Согласно закону «Об охране атмосферного воздуха» (1999 г.), запрещается проектирование, размещение и строительство объектов хозяйственной и иной деятельности, функционирование которых может привести к неблагоприятным изменениям климата и 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 веществ в выхлопных газах в результате применения дожигателей топлива, каталитических катализаторов;
• использование альтернативных видов топлива, например, сжатого природного газа.

Международный банк реконструкции и развития (МБРР) предлагает ввести международную программу выплаты владельцам транспортных средств, обеспечивающим снижение содержания углекислоты в выхлопах, по 10 долларов за каждую «сэкономленную» тонну двуокиси углерода. По расчетам экспертов, в России дотация на каждое транспортное средство может составить до 3000 долларов в год. Таким образом, Москва и другие российские города получат возможность снизить выбросы углекислого газа и других токсичных веществ без собственных финансовых вливаний.

Рядом экологов была выдвинута разумная идея «налога на выделяемую углекислоту»: страна, независимо от уровня индустриального развития, получит определенную квоту на безналоговое производство углекислого газа. Богатые государства смогут покупать квоты на выбросы углекислоты у более бедных стран. Такие рыночные взаимоотношения помогут, например, Бразилии, получить средства на борьбу с уничтожением тропического леса. «Налог на углекислоту» может повысить инвестиции в разработку альтернативных источников энергии. Впрочем, слишком мало шансов, что эта идея, юридически и экономически вполне справедливая, будет принята именно богатыми странами.

Налог на выделенную углекислоту может вводиться также и внутри стран для отдельных предприятий и отраслей индустрии. Целесообразно ввести и налог на предприятия, производящие серный и азотный ангидриды, разрушающие природные ресурсы и собственность в других регионах этой страны и в других странах.

Первый налог на производство углекислоты ввела Швеция в 1990 г. Введен также налог на сжигание угля, нефти и природного газа

В России открыт способ утилизации углекислого газа с использованием новейших технологий. Диоксид 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 процессе 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 сырьем для производства углеводородных соединений, 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.

Эта технология для получения углеводородов из двуокиси углерода (т. е. практически из отходов промышленности) не имеет мировых аналогов.

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.

В перспективе возможно, хотя пока это относительно дорого, извлекать диоксид углерода непосредственно из атмосферы крупных промышленных городов. Интересно, что его запасы в атмосфере и гидросфере, накопленные за 100 лет промышленной цивилизацией, существенно превышают (в пересчете на углеводороды, полученные по предлагаемой технологии) оставшиеся на планете залежи нефти, а это около 400 млрд. т.

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

 

6.2 Проблема «озонового слоя»

Слой атмосферы, непосредственно прилегающий к поверхности Земли, называется тропосферой. Высота тропосферы над экватором 16-18 км, в умеренных широтах 10-12 км и над полюсами 7-8 км. Тропосфера характеризуется градиентным изменением температуры с высотой, которая понижается примерно на 6,5^оС на каждый километр (рис. 6.1). По величине вертикального градиента можно рассчитать температуру воздуха T_h на любой высоте тропосферы по формуле:

T_h = Т_о – 0,01× g × h,

где: Т_о - температура у земли,

g = 0,65- вертикальный температурный градиент,

h – высота, для которой рассчитывается температура, м.

В тропосфере сосредоточено ~ 80% массы всей атмосферы и 90% водяных паров. Для солнечной радиации тропосфера практически прозрачна, поэтому прогревание воздушных масс в ней происходит от поверхности Земли, поглощающей тепловую энергию Солнца, что и является основной причиной уменьшения температуры воздуха с увеличением высоты. Таким образом, температура тропосферы определяется в основном конвекцией.

Рисунок 6.1 - Зависимость давления и температуры от расстояния до поверхности земли. Стратосферный озоновый слой

 

 

Выше тропосферы до высот порядка 50 км располагается стратосфера, где сконцентрировано ~ 19 % массы всей атмосферы. Состав воздуха в стратосфере отличается от тропосферного главным образом ничтожно малым количеством водяного пара и наличием большого количества озона (О₃): на высоте 20…30 км сконцентрировано до 80% всего планетарного озона. Максимальная концентрация озона наблюдается на высоте ~ 25 км. В определенных местах атмосферы содержание озона уменьшается на 40…50 %. Эти места озоносферы называют с легкой руки журналистов «озоновыми дырами».

Образование молекул озона и их взаимодействие с атомами и молекулами кислорода и «посредника» описывается циклом Чепмена:

О₂ + hn (квант света с l £0,24 мкм) = О + О

О₂ + О + М = О₃ + М

О₃ + hn (квант света с l £0,38 мкм) = О₂ + О

О₃ + О = 2 О₂

О + О + М = О₂ + М

где: М – атом или молекула «посредника» (например, кислорода, азота), участвующего в энергетическом балансе реакции.

До 85-90 % атмосферного О₃ – антропогенного происхождения. На концентрацию О₃ в атмосфере оказывают влияние температура, сила и направленность ветра, топографические особенности и др.

Озон зачислен в «парниковые» газы, поскольку его молекула имеет полосы поглощения в длинноволновом участке спектра, следовательно, возвращает к земной поверхности часть теплового излучения. Его вклад в общий парниковый эффект атмосферы, по оценкам, составляет до 3 % коротковолнового излучения Солнца и его влияние на термический режим является определяющим.

Стратосферный озоновый слой защищает людей и живую природу от жесткого (с длиной волны менее 0,3 мкм) ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучения в ультрафиолетовой части солнечного спектра. Каждый потерянный процент озона в масштабах планеты вызывает до 150 тыс. дополнительных случаев слепоты из-за катаракт, на 2,6% увеличивает число раковых заболеваний кожи. Установлено, что жесткий ультрафиолет подавляет иммунную систему организма.

Взаимодействие озона с атомами и молекулами атмосферы и ее техногенными загрязнениями в присутствии солнечной радиации приводит к разрушению озонового слоя.

Запуск мощных ракет, ежедневные полеты реактивных самолетов в высоких слоях атмосферы, испытания ядерного и термоядерного оружия, ежегодное уничтожение природного озонатора — миллионов гектаров леса — пожарами и хищнической рубкой, массовое применение фреонов в технике, парфюмерной и химической продукции в быту — главные факторы, разрушающие озоновый экран Земли.

В последние годы над Северным и Южным полюсами возникли «озоновые дыры» площадью свыше 10 млн. км² каждая, появились громадные «озоновые дыры» над многими странами Европы и Россией. Разрушение озонового экрана Земли сопровождается рядом опасных явных и скрытых негативных воздействий на человека и живую природу.

Прорыв через «озоновые дыры» солнечных рентгено- и ультрафиолетовых лучей, энергия фотонов которых превышает энергию лучей видимого спектра в 50…100 раз, увеличивает число мощных лесных пожаров.

В 1996 г. Нобелевской премией по химической экологии удостоены ученые-химики Шервуд Роуланд, Марио Малина из Калифорнийского университета в Беркли (США) и Поль Крутцен из Германии за научную гипотезу, выдвинутую ими еще в 1974 г. Их догадка состоит в том, что разрушителями озона являлись синтезированные человеком химические вещества, получившие название хлорфторуглероды (ХФУ).

Озоноразрушающие вещества (ОРВ) - инертные, негорючие, неядовитые, несложные в производстве, получили широкое распространение — в баллончиках с аэрозолями различного назначения, а так же как охлаждающие жидкости в холодильниках и кондиционерах, как растворители (тетрахлорметан, метилхлороформ, бромистый метил), в производстве пестицидов. Бромистый метил используется в качестве дезинфицирующего вещества для почв и товаров (включая карантинную обработку некоторых продуктов, предназначенных для международной торговли), применяется в качестве добавки к автомобильному топливу. Из бромистого метила высвобождается бром, который в 30...60 раз разрушительнее для озона, чем хлор. Другие химические соединения, разрушающие озоновый слой, используются в баллонах для тушения пожара, при изготовлении полистироловых стаканчиков и современных упаковок для фасовки продуктов и полуфабрикатов.

Механизм действия фреонов таков: попадая в верхние слои атмосферы, эти вещества, инертные у земной поверхности, преображаются. Под воздействием ультрафиолетового излучения, присутствующего за озоновым слоем, химические связи в молекулах ХФУ нарушаются. В результате выделяется хлор, который при столкновении с молекулой озона выбивает из нее один атом. Озон превращается в обычный кислород О₂ и атомарный кислород О. Хлор же, соединившись временно с атомарным кислородом, вскоре опять оказывается свободным и «пускается в погоню» за следующей «жертвой». Его активности хватает, чтобы разрушить десятки тысяч молекул озона. Каталитическая цепная реакция имеет вид:

 

Сl + О₃ = СlO + O₂

СlO + O = Сl + O₂

 

По данным российских ученых, «озоновые дыры» над арктическими и антарктическими полюсами нашей планеты создают газы, законсервированные в вечной мерзлоте. Об этом свидетельствуют результаты научной экспедиции Владивостокских и московских ученых на гидрографическом судне «Николай Коломейцев» в 2000 г. Одна из основных задач состоявшейся экспедиции — оценка влияния деградации вечной мерзлоты на биохимические циклы прибрежной зоны арктического шельфа. Здесь происходят очень сложные процессы. Когда наступает лето, принося с собой плюсовую температуру, нагревшиеся морские волны растопляют у берега вечную мерзлоту и «съедают» сушу со скоростью 5…7 м за сезон. За несколько лет эти расстояния значительно увеличиваются.

Так, подсчитано, что 10 тыс. лет назад арктическое побережье нынешней России было на 200 км ближе к Северному полюсу. При этом происходят нежелательные процессы: разрушаясь, вечная мерзлота отдает «законсервированные» в ней органические вещества, причем с большой скоростью — в 10…20 раз быстрее, чем они выделяются в зимнее время. Происходит буквально фонтанный выброс в атмосферу, в частности, двуокиси углерода СО₂. Скапливаясь над побережьем шельфа, двуокись углерода еще и ускоряет таяние вечной мерзлоты, способствует выбросу других веществ, в том числе метана.

При таянии вечной мерзлоты выделяется большое количество активных веществ, так называемых радикалов, которые, поднимаясь на большую высоту, и разрушают озоновый слой. Именно поэтому озоновые дыры появляются над полюсами — только здесь мерзлота выделяет радикалы. И разрушение озонового слоя шло бы гораздо интенсивнее, если бы на пути гидроксильных радикалов не встал бы метан. При недостатке кислорода вследствие парникового эффекта метан окисляется, забирая на себя радикалы, и замедляет разрушение озонового слоя.

С одной стороны, метан усиливает вредный парниковый эффект, с другой — спасает от разрушения озоновый слой. Теперь понятно, почему озоновые дыры то появляются, то исчезают и постоянно меняют размеры. Все зависит от климата.

По данным Центральной аэрологической обсерватории Росгидромета, в середине августа 2000 г. озоновая дыра над Антарктидой начала расти. В результате ее размер достиг рекордных размеров 28,3 млн. км², что в 3 раза больше территории США. Для сравнения — еще 10—15 лет назад она составляла 22 млн. км². В октябре 2000 г. она приблизилась к значениям 1999 г. и составила 23—24 млн км², а минимальное значение содержания озона составило 100 единиц Добсона, что в 3 раза меньше нормы.

Если так будет продолжаться и дальше, то уже к середине XXI столетия человечество может оказаться на пороге глобальной экологической катастрофы с непредсказуемыми тяжелыми последствиями. Расчеты ученых показывают, что при продолжении массовых выбросов ХФУ озоновый слой еще при жизни нынешнего поколения истончится на 20%. Одно из последствий этого иллюстрирует такой пример: всего 1%-ное сокращение озона вызывает 4%-ный скачок в распространении рака кожи. Только в США этим недугом ежегодно заболевают около 200 тыс. человек. Вызывая рак кожи, ультрафиолетовые лучи одновременно подавляют иммун­ную систему, снижают сопротивляемость организма.

По данным Мексиканского университета (штат Сонора), самыми распространенными недугами, появляющимися у людей в результате воздействия ультрафиолетовых лучей в связи с разрушением озонового слоя, являются катаракты, ухудшение состояния сетчатки и глазного дна, различные наросты и новообразования. И если в случае катаракт и новообразований может помочь постоянно развивающаяся хирургия глаза, то процесс ухудшения состояния (износа) сетчатки и глазного дна практически необратим.

Раньше подобные заболевания проявлялись к старости, однако сегодня первые признаки этих тяжелых недугов демонстрируют все больше юношей и девушек в возрасте от 20 до 25 лет. К первым признакам медики относят, прежде всего, утомляемость глаз при отсутствии видимой нагрузки, раздражения конъюнктивы, появление красного пятна на глазном дне после нагрузки на глаза, к примеру чтения или просмотра телепередач.

Но этим губительное воздействие ультрафиолетового излучения не ограничивается. Повышение его уровня способно вызвать деградацию экосистем и генофонда флоры и фауны, снижение урожайности сельскохозяйственных культур и продуктивности Мирового океана. К ультрафиолетовым лучам очень чувствительны хвойные деревья и злаки, овощи и бахчевые культуры, сахарный тростник и бобовые. Данные экспериментов свидетельствуют, что рост некоторых растений сдерживается уже нынешним уровнем радиации.

Накопленные новые экспериментальные материалы позволяют судить об ингибирующем воздействии УФ-радиации на фитобактерии и зоопланктон, а также организмы нейстона. Отмечена неодинаковая устойчивость морских организмов к повреждающему действию УФ-радиации. Показано, что при снижении содержания озона в озоновом слое на 16,5% (в результате усиления антропогенного воздействия) первичная продуктивность в Мировом океане может уменьшиться на 5% по сравнению с современным уровнем. Необходимо отметить, что любые глобальные изменения в биомассе или в продукции планктонных организмов могут привести к изменению биохимического цикла углерода в океане и нарушению баланса окиси углерода между океаном и атмосферой.

Воздействие УФ-излучения приводит к мутациям на генном уровне. Главной мишенью излучения становятся молекулы ДНК — носители генетической информации организма. До 90% всех повреждений возникает при облучении светом длиной волны около 300нм. Этот показатель быстро снижается при увеличении или уменьшении длины волны. Именно в этой области длин волн лежат и границы проникаемости озонового слоя атмосферы Земли. По оценкам американских исследователей, уменьшение озонового слоя на 50% приведет к возрастанию повреждений ДНК в 2,5 раза, что в свою очередь может повлечь за собой увеличение частоты заболеваний раком кожи в 8 раз.