Екологія - Васюкова Г.Т. - 5.1. Зміна клімату

• Зміна клімату

• Парниковий ефект

• Озонова діра в атмосфері

• Кислотні дощі

• Склад і утворення кислотних дощів

• Вплив кислотних опадів на навколишнє середовище

• Способи захисту від кислотних дощів

• Майбутнє людства в контексті глобальних екологічних проблем

• Екстраполяційні динамічні і нормативні моделі майбутнього

• Вчення Вернадського про ноосферу

5.1. Зміна клімату

Клімат на нашій планеті в минулому періодично змінювався — чергувалися періоди значного похолодання (льодовиковий період) і потепління. У даний час вчені дуже стурбовані фактом значного потепління.

На сьогодні питання про те, чи мають місце довгострокові зміни клімату на планеті залишається суперечливим, хоча несподівані погодні зміни в ряді зон насторожують. З цими явищами, до кінця ще не вивченими, пов'язана кількість опадів, хмарність, площа снігового і льодового покриву, температурні зміни і т.д., що в першу чергу впливає на продуктивність сільськогосподарського виробництва.

Теорія клімату надзвичайно складна через різноманіття визначаючих його природних факторів. Накладення на них так званих антропогенних факторів робить прогнозування ще більш складним завданням. Відомо, що властивості атмосфери визнають різні земні і неземні фактори. До них відносяться зміни сонячної активності, приливні збурювання, вулканічна діяльність, зміни температури поверхні океану, рослинного покриву, полярних льодів і т.д. Серед інших антропогенних факторів, що можуть вплинути на клімат—ріст пилу у атмосфері, зменшення вмісту озону, теплові забруднення, особливо виділяють збільшення вмісту вуглекислого газу в атмосфері.

5.1.1. Парниковий ефект

Згідно з дослідними даними, концентрація С0₂ в атмосфері за 140 років збільшилася з 0,027% до 0,033% і продовжує рости. За прогнозом концентрація вуглекислого газу в атмосфері до 2005 р. може скласти від 0,04 до 0,05%, що може призвести до підвищення середньої температури земної поверхні і нижніх шарів атмосфери на 10 °С і підйому рівня океану за рахунок танення полярних льодів на 1,5 м. Подібне явище пов'язане з так званим "парниковим ефектом", який полягає у властивості атмосфери пропускати сонячну радіацію, але затримувати земне випромінювання і тим самим сприяти акумуляції тепла Землею. Лише в так званих вікнах прозорості віддача тепла здійснюється майже безперешкодно (при відсутності хмар). Найбільш важливе вікно прозорості розташоване в інтервалі довжин хвиль 7—14 мкм. Головний внесок у формування парникового ефекту вносять водяна пара і вуглекислий газ, що містяться в атмосфері. Відомо, також, що спектр поглинання атмосфери у вікнах прозорості визначається не тільки впливом вуглекислого газу, але і таких газових компонентів, як озон, фреони і багато інших, включаючи й аерозолі. Схематично явище парникового ефекту представлене на рис. 5.1.

Одні вчені, як, наприклад, У.Болдерс — президент Національного центру вивчення атмосфери (США), вважають, що парниковий ефект неминучий, інші вчені-кліматологи налаштовані більш оптимістично. Множина факторів, що роблять вплив на клімат, не дають можливості визначити переваги кожного з них. Крива природних коливань клімату сьогодні йде вниз до похолосом результат взаємовпливу цих факторів повинен зміститися у бік росту температури. на рис. 5.2. наведені графіки зміни температури

Землі за рахунок зміни газових компонентів в атмосфері.

Рис. 5.1. Явище парникового ефекту в атмосфері Зеті дання, що перевищує тенденцію збільшення температури за рахунок парникового ефекту.

Моделювання на ЕОМ говорить про те, що подвоєння вмісту в атмосфері окису азоту (N20) підвищило б температуру на 0,7 °С, метану (СН4) - на 0,4 °С, водяної пари - на 0,3 °С, фторхлор метанів чи фреонів-на 0,8 °С. Розрахунки можливого потепління на Землі за рахунок збільшення концентраті CO з урахуванням зворотного зв'язку з вмістом вологи в атмосфері, що підвищується при потеплінні клімату, показали, що цей ефект найбільш сильно виражений холодних районах. Так, збільшення концентрації вуглекислого газу в атмосфері в 2 рази, наприклад, до 2050 року, може призвести до потепління поверхні на 50°С. Найважливіші передбачувані наслідки підвищення температури - танення полярних льодів і встановлення тропічного клімату на всій Землі. В остаточному підсумку, якщо розтане весь арктичний лід, то рівень моря усього за 400 років підніметься більш, ніж на 120 м, що буде мати катастрофічні наслідки для людини — у першу чергу затоплення більшої частини найбільш придатних для життя й оброблення земель

Рис. 5.2. Збільшення температури атмосфери Землі за рахунок СН/а), N₂0((6), фреону (в) і в цілому (г)

Слід зазначити, щодо парникового ефекту, хоча й у меншому ступені, може призвести ріст концентрацій в атмосфері багатьох газових компонентів, які присутні у промислових викидах: оксидів азоту, сірки, метану, чотири хлористого і чотири фтористого вуглецю, фреонів і ін.

Парниковий ефект змінить кількість опадів, вітру, хмар, океанські плини: внутрішні райони континентів стануть більш сухими, а узбережжя — вологими, зими — коротшими і теплішими, а літо — довшим і жаркішим. Основні кліматичні зони змістяться на північ приблизно на 400 км, що може викликати потепління в зоні тундри, танення льоду вічної мерзлоти у високих широтах. З одного боку - покращаться умови мореплавання в полярних морях, що звільняться від крижаного панциру, а з іншого боку — значно зросте кількість айсбергів (особливо в Атлантичному й Індійському океанах).

Аналогом клімату "парникового ефекту" є клімат Венери, атмосфера якої на 98% складається з вуглекислого газу, і тому температура її поверхні складає 500 °С.

Основною причиною росту концентрації вуглекислого газу в атмосфері є спалювання викопного палива для виробництва енергії. В даний час у такий спосіб виробляється більше 90% енергії, споживаної людиною. Виробництво енергії збільшується по експонентному закону і подвоюється у світі приблизно кожні 10 років. Відповідно росте видобуток викопного палива і надходження вуглекислого газу й інших забруднювачів в атмосферу. Щорічно людство спалює таку кількість викопного палива, яка створювалася природою більш ніж за мільйон років.

Незважаючи на те, що в даний час практично не передбачаються заходи для вловлювання вуглекислого газу в промисловості, концентрація його в атмосфері збільшується приблизно в З рази повільніше, ніж прогнозувалося у відповідності з обсягами палива, що спалюється. Це явище пояснюється існуванням могутніх природних механізмів зв'язування С0₂ атмосфери — фотосинтезу і розчинення у воді океанів з утворенням карбонатів. У такий спосіб у геологічному масштабі часу утворилися на Землі запаси копалин пального і товщі осадових карбонатних порід. За рахунок дії цих механізмів концентрація вуглекислого газу в атмосфері тримається на нижньому рівні, не приводячи до перегріву Землі, яке спостерігається на планетах типу Венери.

Іншою найважливішою причиною можливої зміни клімату на Землі є зменшення площі лісів. Ліси зараз на планеті зникають швидше, ніж насаджуються. Особливу заклопотаність викликає зменшення площі лісів в Африці, Азії й особливо в Південній Америці, де зосереджено більше 55% їхньої кількості.

Щорічно площа тропічних лісів у світі зменшується приблизно на 1%. В даний час африканські тропічні ліси займають небільше 40% їхньої первісної площі. Усього лише сто років тому острів Мадагаскар, площа якого більша від території Франції, був на три чверті покритий непрохідними лісами. Зараз дві треті його території займають напівпустелі. З початку колонізації Бразилія втратила 40% своїх лісів. Останньому величезному незайманому лісовому масиву нашої планети, розташованому в басейні ріки Амазонка, сьогодні загрожує руйнація.

Ліси на нашій планеті є самою продуктивною органічною системою. їхня продуктивність, річне виробництво біомаси, у 2—3 рази вища продуктивності інших типів рослинності суші і майже в 10 разів більша від продуктивності океану. Таким чином, ліси багато в чому визначають на Землі кругообіг води, вуглецю і кисню, а значить водяний і енергетичний баланс планети, динаміку атмосфери, її газовий склад. Варто підкреслити, що тропічні ліси роблять основну масу кисню на нашій планеті. З лісом безпосередньо пов'язана і відбивна здатність земної кулі, так зване альбедо. Пустелі мають дуже високе альбедо — близько 35%. З цієї причини вони, як і полярні райони, є зонами втрати енергії. Зі знищенням рослинності в прилягаючих до пустель районах їхній альбедо збільшується і вони наближаються до пустельного. Такий же якісний ефект дає і знищення тропічних лісів. У зв'язку з цим зараз піддаються переоцінці причини загибелі цивілізації в деяких районах Африки і Центральної Америки. Передбачається, що цей процес був пов'язаний з людською діяльністю.

У листопаді 1976 року заливні дощі і викликані ними серйозні повені послужили причиною жахливих нещасть на більшій частині території Італії. Розташовані найнижче квартали Флоренції були затоплені семиметровим шаром брудної води. Були ушкоджені численні фрески, картини, книги й інші твори мистецтва. Як вважають учені, головною причиною цієї катастрофи була безрозсудна вирубка лісів протягом останніх століть.

Істотний вплив на зміну клімату на Землі може зробити і збільшення кількості пилу в атмосфері, особливо дрібнодисперсних аерозолів у стратосфері, що можуть зберігатися там від декількох місяців до 1 —2 років. Нормальний шар стратосферного аерозолю складає масу порядку 0,2 млн. тон. При великих вулканічних виверженнях у стратосферу можуть виноситися десятки мільйонів тонн пилу. Дрібнодисперсні стратосферні аерозолі, збільшуючи альбедо атмосфери, приводять до ефекту її охолодження. Багато дослідників пояснюють цим минулі похолодання клімату. Кількість пилу й аерозолів, що потрапляють і утворюються в результаті господарської діяльності людини, порівняна із самим могутнім вулканічним виверженням. Наприклад, аерозолі в стратосфері утворюються при окислюванні S0₂ у S0₃ з наступною появою дрібних крапельок сірчаної кислоти. Іншим істотним антропогенним джерелом утворення аерозолів стратосфери є курні бурі, як наслідок — ерозія, засолення й опустелювання сільськогосподарських угідь. Сьогодні є очевидним, що кількість пилу й аерозолів повільно зростає, але вплив цього процесу на зміну клімату в майбутньому поки не з'ясовано остаточно.

Кліматичні зміни можуть відбуватися не тільки через антропогенний вплив людини, але і за рахунок зміни поверхні Землі. Мова йде, у першу чергу, про заміну лісів культурними посадками, що веде до збільшення тепловіддачі і зменшенню випаровування, а в остаточному підсумку — зменшується циркуляція шарів атмосфери.

Викиди парникових газів в атмосферу України складають 250 млн. тонн у рік, і по цьому показнику наша країна входить у першу десятку держав — найбільших емітентів "парникових газів". Викид шкідливих речовин (вуглекислого газу, метану, окису азоту) в атмосферу залежить від росту чи спаду промислового виробництва. Ріст обсягів промислового виробництва через відсталість українських технологій вважається небезпечним. Поновлення ж цих технологій в Україні найближчим часом не передбачається, оскільки передчасно очікувати іноземних інвестицій у ті галузі, що саме і є зараз головними джерелами викидів шкідливих речовин — машинобудування, агропромисловий комплекс, нафтопереробна промисловість, транспорт.

Зараз в Україні формується організаційна структура і відповідні органи для проведення інвентаризації і сертифікації викидів "парникових газів", а також для участі в міжнародних програмах Конвенції ООН щодо зміни клімату, тобто думати і планувати зміни клімату необхідно заздалегідь, а не тоді, коли криза наступить.