Парниковый эффект” и глобальные изменения климата

Экотоксикология. Загрязнение окружающей среды токсикантами и количественные критерии оценки его фактического уровня.

Токсикология (от греч. toxikon – яд) – наука, изучающая физические и химические свойства ядов, механизм их действия на живые организмы, признаки отравлений, изыскивающая средства их профилактики и лечения, а также формы полезного использования токсичного действия ядов. В последние годы особую значимость и актуальность приобретают токсикологические аспекты всестороннего анализа окружающей среды. При этом серьезной проблемой является установление пороговости эффекта токсикологического воздействия в системах токсикант – окружающая среда, токсикант – живой организм и определение зависимости доза – ответная реакция. Ее изучение послужило активным импульсом для развития нового направления в экологии, базирующегося на фундаментальных основах токсикологической, бионеорганической и экологической химии, называемого экотоксикологией. Научная значимость экотоксикологии состоит в:

– изучении современных представлений о токсичности и канцерогенности элементов и их соединений;

– исследовании специфических биогеохимических особенностей поведения токсикантов в окружающей среде, механизма их распространения и метаболизма;

– определении локализации канцерогенных веществ;

– оценке порогового эффекта токсикологического воздействия.

Основные природные источники поступления токсикантов в окружающую среду – ветровая пыль, лесные пожары, вулканический материал, растительность, морские соли. Антропогенные источники токсикантов – производство цветных металлов, стали, чугуна, добыча полезных ископаемых, автомобильный транспорт, химическая промышленность, процессы сжигания минерального топлива, древесины и отходов. При этом антропогенный поток поступления токсикантов в окружающую среду превалирует над естественным (50 – 80%).

В качестве количественной оценки уровня загрязнения окружающей среды могут быть использованы индекс загрязнения, предельно допустимая, фоновая и токсическая концентрации.

Индекс загрязнения – показатель, качественно и количественно отражающий присутствие в окружающей среде вещества-загрязнителя и степень его воздействия на живые организмы.

Предельно допустимая концентрация – количество вредного вещества в окружающей среде, которое при постоянном контакте с человеком или при воздействии на него за определенный промежуток времени практически не влияет на его здоровье. Этот параметр вводился как нормирующий показатель во многих странах, в том числе и в России.

Существующая система предельно допустимой концентрации недостаточно информативна, поскольку предусматривает определение индивидуального токсиканта. Между тем совместное действие, например, органокомплексов тяжелых металлов кардинально меняет предельно допустимую концентрацию, экспериментально полученную для какого-то тяжелого металла.

Фоновая концентрация – содержание вещества в объекте окружающей среды, определяемое суммой всеобщих и региональных, естественных и антропогенных вкладов в результате дальнего или трансграничного переноса.

Под токсической концентрацией понимают концентрацию вредного вещества, которое способно вызывать гибель живых организмов либо при различной длительности воздействия, либо в течение 30 суток от начала действия на них вредных веществ.

15. Глобальные проблемы. Сохранение озонового слоя. Парниковый эффект и решение этой проблемы. Кислотные дожди, причины, химический механизм

Парниковый эффект” и глобальные изменения климата.

Парник – это участок земли, изолированный от окружающей среды прозрачной пленкой или стеклом. Как же он функционирует? Солнечные лучи нагревают землю, от нее нагревается воздух. Если бы пленки не было, то теплый воздух, как более легкий, поднялся бы вверх, а на его место поступил холодный. В результате такого перемешивания установилась бы какая-то средняя температура воздуха. Пленка же не дает воздуху перемешиваться, холодный воздух не поступает в парник, и температура внутри него становится выше, чем снаружи.

Атмосферный эффект, о котором идет речь, вызван аналогичными причинами, отсюда и его название – парниковый. Еще в 1827 году французский физик Ж. Фурье предположил, что атмосфера Земли выполняет функцию пленки (стекла) в парнике: воздух пропускает солнечную энергию, не давая ей при этом рассеяться обратно в космос. Солнце нагревает поверхность Земли. Как и всякое нагретое тело, Земля испускает невидимые глазом инфракрасные лучи, а так как главные газы атмосферы – кислород и азот – не поглощают их, они рассеиваются в космическом пространстве. Но в атмосфере в малых концентрациях содержатся водяные пары, углекислый газ (диоксид углерода), метан, оксиды азота и т.д. – парниковые газы, способные поглощать инфракрасное излучение. В результате такого поглощения часть энергии Солнца аккумулируется в атмосфере, что способствуют повышению ее средней температуры. Если бы этого не происходило, Земля была бы примерно на 30 градусов холоднее, чем сейчас, и жизнь бы на ней в современных формах не существовала. Парниковый эффект – повышение средней температуры за счет поглощения атмосферой инфракрасного излучения нагретой Солнцем Земли.

Исходя из того, что “естественный” парниковый эффект – это устоявшийся, сбалансированный процесс, логично предположить, что повышение концентрации парниковых газов в атмосфере должно привести к усилению парникового эффекта, который в свою очередь приведет к повсеместному потеплению климата. Количество СО2 в атмосфере неуклонно растет, так как человек для своих нужд сжигает все большее количество ископаемого топлива (газ, уголь и нефть), накопление ускоряется еще и в результате сплошной вырубки лесов и загрязнения Мирового океана: именно они, поглощая углекислый газ и выделяя кислород, являются буферной системой Земли.

Кроме того, как результат человеческой деятельности в атмосферу попадают и другие парниковые газы, например, метан, оксиды азота и целый ряд хлорсодержащих веществ. Несмотря на то, что они производятся в меньших объемах, некоторые из них куда более эффективны с точки зрения глобального потепления, чем углекислый газ1.

Сегодня уже мало кто из ученых, занимающихся этой проблемой, оспаривает тот факт, что деятельность человека приводит к повышению концентрации парниковых газов в атмосфере. По мнению Межправительственной комиссии по изменению климата, “увеличение концентрации парниковых газов приведет к разогреву нижних слоев атмосферы и поверхности Земли... Любое изменение в способности Земли отражать и поглощать тепло, в том числе вызванное увеличением содержания в атмосфере тепличных газов и аэрозолей, приведет к изменению температуры атмосферы и Мирового океана и нарушит устойчивые типы циркуляции и погоды”.

Тем не менее ведутся споры вокруг того, какое конкретно количество этих газов вызовет потепление климата и в какой степени, а также как скоро это произойдет. Дело в том, что мировые средние температуры могут сильно колебаться в пределах нескольких лет и десятилетий, и причем по естественным причинам. Проблема в том, что считать средней температурой и на основании каких критериев судить, действительно ли она изменилась в ту или другую сторону.

В конце 80 – начале 90-х годов несколько лет подряд среднегодовая температура была выше обычной. Это вызвало опасения, что обусловленное человеческой деятельностью глобальное потепление уже началось. Среди ученых существует консенсус, что за последние сто лет среднегодовая температура поднялась на 0,3 – 0,6 градусов. Однако среди них нет согласия в том, что именно явилось причиной этого явления. Трудно с уверенностью сказать, происходит глобальное потепление или нет, так как наблюдаемый рост температуры все еще находится в пределах естественных температурных колебаний. Неопределенность в вопросе всеобщего потепления порождает скепсис по поводу грозящей опасности. Проблема заключается в том, что когда гипотеза об антропогенных факторах потепления подтвердится, уже поздно будет что-либо предпринимать.

По мнению многих исследователей, если сохранится тенденция к потеплению, это приведет к изменению погоды и увеличению количества осадков, и как следствие, к подъему уровня Мирового океана. Ученые уже отметили перемены в картине выпадения осадков. Они подсчитали, что в США и России последние 30 – 40 лет осадков выпадет на 10 % больше, чем в прошлом. В то же время количество осадков над экватором уменьшилось на те же десять процентов. Дальнейшее изменение в системе выпадения осадков окажет огромное воздействие на сельское хозяйство, смещая зоны возделывания культур в северные районы Северной Америки и Евразии.

Потепление климата приведет к таянию ледников на Северном и Южном полюсах, в Гренландии и т.д. По расчетам ученых, увеличение температуры на 10 градусов по Цельсию вызовет повышение уровня Мирового океана на 5 – 6 метров, что обусловит затопление многих прибрежных территорий. Например, Бангладеш полностью погрузится в океан.

Но это еще не все. По мнению ряда исследователей, парниковый эффект приведет к совершенно катастрофическим последствиям. Так, в результате глобального потепления начал таять Гренландский ледник, стекающие с него воды стали опреснять холодное Лабрадорское течение, берущее начало в одноименном заливе между Гренландией и Канадой. Раньше оно из-за большей плотности (соленая вода плотнее пресной) “подныривало” под теплый, а следовательно, и более легкий Гольфстрим (Северо-Атлантическое течение) и пропускало его на север, обеспечивая комфортный климат всей Европе и восточной части Америки. Но, будучи опресненным, Лабрадор уже не сможет опускаться ниже Гольфстрима и проходить к югу. Оттолкнув Гольфстрим, он снова устремится на север, охлаждая океаны и материки. А это грозит Северному полушарию новым ледниковым периодом, который может наступить уже через 5 – 10 лет. Как один из вариантов развития бедствия возможен следующий: полностью промерзнут низовья сибирских и европейских рек, они разольются и затопят громадные территории. В России, например, это будет полным крахом в экономике.

Так как предполагаемое потепление, вызванное человеческой деятельностью, в основном происходит в результате сжигания топлива, следовательно, для предотвращения кризиса необходимо изменить практику энергопотребления. По мнению Агентства по охране окружающей среды США, мировое сообщество должно предпринять серьезные меры. Если опасения, связанные с потеплением климата, оправдаются, то плата за бездействие будет намного выше, чем затраты на предотвращение кризиса.

По мнению экологов, наиболее действенным будет повышение эффективности энергопользования и переход к альтернативным видам топлива: отказ от ископаемых видов топлива, таких, как нефть и уголь. В этом направлении еще предстоит огромная работа.

В 1980 году более 100 миллионов тонн СО2 было выброшено в атмосферу в восточной части Северной Америки, Европе, западной части СССР и крупных городах Японии. Выбросы СО2 в развитых странах в 1985 году составили 74% от общего объема, а доля развивающихся стран составила 24%. Ученые полагают, что к 2025 году доля развивающихся стран в производстве углекислого газа возрастет до 44%. В последнее время Россия и страны СНГ значительно сократили выбросы в атмосферу СО2 и других тепличных газов, что прежде всего объясняется падением уровня производства. Тем не менее ученые ожидают, что в начале XXI века Россия достигнет прежних объемов выброса в атмосферу тепличных газов.

В декабре 1997 года на встрече в Киото (Япония), посвященной глобальному изменению климата, делегатами из более чем ста шестидесяти стран была принята конвенция, обязывающая развитые страны сократить выбросы СО2. Киотский протокол предписывает тридцати восьми индустриально развитым странам сократить к 2008 – 2012 годам выбросы СО2 на 5% по сравнению с уровнем 1990 года: Европейский союз должен сократить выбросы СО2 и других тепличных газов на 8%, США – на 7%, Япония – на 6%.

Протокол предусматривает систему квот на выбросы тепличных газов. Суть его в том, что каждая из стран (пока это относится только к тридцати восьми странам, которые взяли на себя обязательства сократить выбросы) получает разрешение на выброс определенного количества тепличных газов. При этом предполагается, что какие-то страны или компании превысят квоту выбросов. В таких случаях они смогут купить право на дополнительные выбросы у тех, у кого выбросы меньше выделенной квоты. Таким образом, планируется сокращение выбросов тепличных газов в последующие 15 лет на 5%.