Экологические проблемы человечества

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Экологические проблемы человечества

Экологические проблемы человечества

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ

УКРАИНЫ

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ

ЧЕЛОВЕЧЕСТВА

Ученицы 6-Б класса

гимназии №1 г.Сум

Липовой Надежды.

2000 г.

Экологическое состояние планеты стало глобальной проблемой мирового

масштаба в 21-ом веке, которую пытаются решить ученые многих стран мира.

Состояние природы вокруг должно заставить нас задать себе вопрос:”А

будут ли наши дети жить на голубой планете Земле?”

Накопление углекислого газа в атмосфере-одна из основных причин

парникового эффекта, возрастающего от разогревания Земли лучами Солнца.Этот

газ не пропускает солнечное тепло обратно в космос.Содержание парниковых

газов-СО2, метана и др.-неуклонно увеличивается. Правда, действует и

процесс , направленный в обратную сторону,-это процесс фотосинтеза, в

котором растения усваивают двуокись углерода из воздуха и строят из нее

свою биомассу. По оценкам ученых, за год вся растительность суши улавливает

из атмосферы 20-30 млрд. т. углерода в форме его двуокиси. Один квадратный

метр быстрорастущего тропического леса за год извлекает из воздуха 1-2 кг

углерода, 1 м2 арктической тундры-раз в сто меньше, но нельзя забывать, что

растительность суши-лишь сравнительно небольшая часть всей земной флоры.

Основную площадь нашей планеты занимают океаны, а в их водах плавают массы

микроскопических водорослей. В усвоении атмосферной двуокиси углерода они

играют не меньшую роль, чем гигантские по сравнению с ними наземные

растения, за год эти микроскопические водоросли потребляют около 40 млрд.

т. углерода.

Российский климатолог Н. И. Будыко еще в 1962 г. выдвинул гипотезу,

что сжигание человечеством огромного количества разнообразных топлив,

особенно возросшее во второй половине 20 в., неизбежно приведет к

увеличению содержания углекислого газа в атмосфере. А он задерживает отдачу

солнечного и глубинного тепла с поверхности Земли в космос, что приведет к

эффекту , который мы наблюдаем в застекленных парниках. Вследствие такого

парникового эффекта средняя температура приземного слоя атмосферы должна

постепенно повышаться.

Выводы Н.И.Будыко заинтересовали американских метеорологов. Они

проверили его расчеты, сами провели многочисленные наблюдения и к концу 60-

х гг. пришли к твердому убеждению, что парниковый эффект в атмосфере Земли

существует и нарастает.

Концентрация, например, двуокиси углерода в атмосфере увеличилась

по сравнению с доиндустриальной эпохой на 28 %. Если человечество не примет

меры, чтобы сократить выбросы этих газов к середине будущего века, средняя

глобальная температура приземной атмосферы повысится на 1.5-4.5°С.

Последняя цифра относится к высоким российским широтам. Произойдет

перераспределение осадков на территории страны, увеличится число засух,

изменится режим речного стока и режим работы гидроэлектростанций. Растает

верхний слой вечной мерзлоты, занимающий в России около 10 млн. м2 (60%

территории страны), что повлияет на устойчивость фундаментов инженерных

сооружений. Уровень мирового океана поднимется к 2030 г. на 20 см, что

приведет к затоплению низколежащих побережий.

Доли некоторых государств в глобальном выбросе двуокиси углерода таковы:

США-22%, Россия и Китай-по11%, Германия и Япония-по 5%.

В балансе потребления органического топлива в нашей стране природный

газ занимает 45%, в то время как в мировом топливном балансе на природный

газ приходится 25%. Таким образом, структура украинской энергетики по

воздействию на климат более нейтральна по сравнению с энергетикой других

стран, так как природный газ имеет более низкий коэффициент выброса

двуокиси углерода, чем уголь и нефть.

К газам, создающим парниковый эффект, относится и метан, поэтому очень

важно определить его потери при добыче, транспортировке по трубопроводам,

распределении в городах и населенных пунктах, при использовании на станциях

теплоснабжения и электростанциях. По некоторым украинским и зарубежным

источникам, потери газа по всей этой цепочке составляют от 10 до 30 %, по

данным Минтопэнерго Украины-1.5%, что соизмеримо с мировой нормой.

Суммарные промышленные выбросы углерода, например в России, в 1990 г.

оценивались в пределах 650-700 млн. т. К наиболее загрязняющим атмосферу

отраслям отнесены топливно-энергетическая, нефтехимическая,

металлургическая и транспортная.

Мощным источником СО2 служит дыхание почвы. На 1124.9 млн. га северо-

западной части Европы дыхание почвы составляет 1800 МтС, т.е. 3% от

глобальной эмиссии, что в три раза превосходит индустриальную эмиссию. В

условиях холодного и умеренного климата за счет замедленной скорости

разложения биомассы происходит (вместе с органическим веществом) накопление

углерода.

Другим местом скопления СО2 служат болота-резервуар с временем

пребывания органического углерода в торфах до 10 тыс.лет и его

аккумуляцией 45-50 МтС/г. Из-за малой скорости разложения мха углерод

активно накапливается в сфанговых болотах. Увеличение годового стока может

быть достигнуто в первую очередь облесением, а также путем сохранения и

увеличения содержания гумуса в почвах.

Анализ динамики климатических данных показал, что в 80-х и начале 90-х

г.г. среднегодовые температуры на северной половине Восточно-Европейской

равнины возросли из-за частой повторяемости теплых зим, причем отмечена

сопряженность ареалов максимальной изменчивости климатических характеристик

с географическим распределением загрязнений атмосферы.

Изменение климата в результате антропогенных выбросов парниковых газов

ведет к крупномасштабным негативным последствиям практически во всех

областях деятельности человека. Наиболее значительному потеплению

подвержены высокие широты Земли, в которых расположены значительная часть

территории Европы и Азии.

В Западной Европе изменение климата чревато для сельского, лесного и

водного хозяйства. Это связано главным образом с перераспределением осадков

и увеличением числа и интенсивности засух. В зоне вечной мерзлоты, которая

занимает около 10 млн. км2, в результате таяния льдов при потеплении

климата станет разрушаться хозяйственная инфраструктура, будет нанесен

ущерб добывающей промышленности, энергетическим и транспортным системам,

коммунальному хозяйству. Подъем уровня Мирового океана приведет к

затоплению и разрушению береговой зоны и низменной территории дельт рек с

расположенными здесь населенными пунктами. Изменение климата может оказать

негативное влияние на здоровье людей-как из-за усиления теплового стресса в

южных районах, так и из-за распространения многих видов заболеваний.

В 1992 г. страны-члены ООН подписали рамочную Конвенцию ООН об

изменении климата. Конечная цель Конвенции заключается в том, чтобы

добиться стабилизации парниковых газов в атмосфере на уровне, не

допускающем опасного антропогенного воздействия на климатическую систему.

Один из главных источников загрязнения атмосферы углекислым газом-

автомобильный транспорт. Есть несколько видов 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.

Кроме того, открыт способ утилизации углекислого газа с помощью

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 (1100-1500°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.

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 уменьшении 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.

Стратосферный озоновый слой защищает людей и природу от жесткого

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

катаракты, на 2,6% увеличивает число раковых заболеваний кожи. Установлено,

что жесткий ультрафиолет подавляет имунную систему организма.

Озон-трехатомные молекулы кислорода-рассеян над Землей на высоте от 15

до 50 км; озоновая защитная оболочка очень невелика: всего 3 млрд. т. газа

, наибольшая концентрация-на высоте от 20 до 25 км. Если гипотетически

сжать эту оболочку при нормальном атмосферном давлении, получится слой

всего в 2 мм, однако без него жизнь на планете невозможна.

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, над Украиной. 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. В1996 г. горели леса в

Австралии, Северной и Южной Америке, Африке, Европе, Юго-Восточной Азии.

Индонезийский лесной пожар 1997 г., бушевавший почти 5 месяцев, покрыл

дымом не только Индонезию, но и Малую Азию, Сингапур, достиг Южно-

Китайского моря. Люди задыхались от дыма, потерпел катастрофу авиалайнер.

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).

Инертные, негорючие, неядовитые, несложные в производстве, они

получили широкое распространение-в баллончиках с аэрозолями различного

назначения, а также 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.

Пик мирового производства озоноразрушающих веществ пришелся на 1987-

1988 гг. и составил около 1,2-1,4 млн. т в год. Около 35% производимого

объема приходилось на США, 40%-на страны ЕЭС, 10-12% производила Япония.

Механизм действия фреонов таков: попадая в верхние слои атмосферы,

эти вещества, инертные у земной поверхности, преображаются. Под

воздействием ультрафиолетового излучения химические связи в молекулах ХФУ

нарушаются. В результате выделяется хлор, который при столкновении с

молекулой озона вышибает из нее один атом. Озон перестает быть озоном ,

превращается в обычный кислород. Хлор же, соединившись временно с

кислородом, вскоре опять оказывается свободным и «пускается в погоню» за

следующей «жертвой». Его активности хватает, чтобы разрушить десятки тысяч

молекул озона.

В Токио в 1995 г.был опубликован доклад международной экологической

организации, в котором сделана попытка установить «авторство» «озоновых

дыр» над Антарктидой. В списке основных озоновых «вредителей» 25 стран, но

бесспорный приоритет принадлежит США, Японии и Великобритании. Признано,

что из всех промышленных корпораций самый большой вред озоновому слою

(13,7% мировых озоновых повреждений) нанесла американская компания «Дюпон».

Термин «кислотные дожди» ввел в 1872 г.английский инженер Роберт

Смит в книге «Воздух и дождь: начало химической климатологии». Кислотные

дожди, содержащие растворы серной и азотной кислот, наносят значительный

ущерб природе. Земля, водоемы, растительность, животные и постройки

становятся их жертвами. В крупных промышленных городах Украины с кислотными

дождями на землю в год выпадает до 1500 кг серы на 1км2.

При сжигании любого ископаемого топлива (угля, горючего сланца,

мазута) в составе окисляющегося газа содержатся диокиси серы и азота. В

зависимости от состава топлива их может быть меньше или больше. Особенно

насыщенные сернистым газом выбросы дают высокосернистые угли и мазут.

Миллионы тонн диоксидов серы, выбрасываемые в атмосферу, превращают

выпадающие дожди в слабый раствор кислот.

Окислы азота образуются при соединении азота с кислородом воздуха

при высоких температурах, главным образом в двигателях внутреннего сгорания

и котельных установках. Получение энергии, увы, сопровождается загрязнением

окружающей среды. Дело осложняется еще и тем, что трубы теплоэлектростанций

стали расти в высоту и достигают 250-300, даже 400 м, следовательно,

выбросы в атмосферу теперь рассеиваются на огромные территории.

Дождевая вода , образующаяся при конденсации водяного пара, должна

иметь нейтральную реакцию, т.е. рН (рН-показатель, характеризующий

кислотные или щелочные свойства раствора). Но даже в самом чистом воздухе

всегда есть диоксид углерода, и дождевая вода, растворяя его, чуть

подкисляется (рН 5,6-5,7). А вобрав кислоты, образующиеся из диоксидов серы

и азота, дождь становится заметно кислым. Уменьшение рН на одну единицу

означает увеличение кислотности в 10 раз, на две-в 100 раз и т.д. Мировой

рекорд принадлежит шотландскому городку Питлокри, где 20 апреля 1974 г.

выпал дождь с рН 2,4-это уже не вода, а что-то вроде столового уксуса.

В 70-х гг. в реках и озерах скандинавских стран стала исчезать рыба,

снег в горах окрасился в серый цвет, листва с деревьев раньше времени

устлала землю. Очень скоро те же явления заметили в США, Канаде, Западной

Европе. В Германии пострадало 30%, а местами 50% лесов. И все это

происходит вдали от городов и промышленных центров. Выяснилось, что причина

всех этих бед-кислотные дожди.

Показатель рН меняется в разных водоемах, но в ненарушенной природной

среде диапазон этих изменений строго ограничен. Природные воды и почвы

обладают буферными возможностями, они способны нейтрализовать определенную

часть кислоты и сохранить среду. Однако очевидно, что буферные способности

природы небеспредельны.

В водоемы, пострадавшие от кислотных дождей, новую жизнь могут

вдохнуть небольшие количества фосфатных удобрений; они помогают планктону

усваивать нитраты, что ведет к снижению кислотности воды. Использование

фосфата дешевле, чем извести, кроме того, фосфат оказывает меньшее

воздействие на химию воды.

Земля и растения, конечно, тоже страдают от кислотных дождей:

снижается продуктивность почв, сокращается поступление питательных веществ,

меняется состав почвенных микроорганизмов.

Огромный вред наносят кислотные дожди лесам. Леса высыхают,

развивается суховершинность на больших площадях. Кислота увеличивает

подвижность в почвах алюминия, который токсичен для мелких корней, и это

приводит к угнетению листвы и хвои, хрупкости ветвей. Особенно страдают

хвойные деревья, потому что хвоя сменяется реже, чем листья, и поэтому

накапливает больше вредных веществ за один и тот же период. Хвойные деревья

желтеют, у них изреживаются кроны, повреждаются мелкие корни. Но и у

лиственных деревьев изменяется окраска листьев, преждевременно опадает

листва, гибнет часть кроны, повреждается кора. Естественного возобновления

хвойных и лиственных лесов на происходит.

Все больший ущерб кислотные дожди наносят сельскохозяйственным

культурам: повреждаются покровные ткани растений, изменяется обмен веществ

в клетках, растения замедляют рост и развитие, уменьшается их

сопротивляемость к болезням и паразитам, падает урожайность.

Специалисты американского университета штата Северная Каролина

изучили воздействие, оказываемое кислотными дождями на растения в период их

максимальной восприимчивости к факторам внешней среды. Под влиянием

кислотных дождей непосредственно после опыления в початках кукурузы

формировалось меньше зерен, чем при орошении чистой водой. Причем, чем

больше в дождевой воде содержалось кислоты, тем меньше зерен образовывалось

в початках. Вместе с тем выяснилось, что кислотные дожди, прошедшие до

опыления, не оказывали заметного влияния на формирование зерен.

Проведены исследования степени восприимчивости к кислотным дождям

18 видов сельскохозяйственных культур и 11 видов декоративных растений на

ранних стадиях роста. Наиболее подверженными вредоносному воздействию

оказались листья томатов, сои, фасоли, табака, баклажанов, подсолнечника и

хлопчатника. Наименее восприимчивыми-озимая пшеница, кукурузу, салат,

люцерна и клевер.

Кислотные дожди не только убивают живую природу, но и разрушают

памятники архитектуры. Прочный, твердый мрамор, смесь окислов кальция (СаО

и СО2), реагирует с раствором серной кислоты и превращается в гипс (СаSО4).

Смена температур, потоки дождя и ветер разрушают этот мягкий материал.

Исторические памятники Греции и Рима, простояв тысячелетия, в последние

годы разрушаются прямо на глазах. Такая же судьба грозит и Тадж-Махалу-

шедевру индийской архитектуры периода Великих Моголов, в Лондоне-Тауэру и

Вестминстерскому аббатству. На соборе Св. Павла в Риме слой портлендского

известняка разъеден на 2,5 см. В Голландии статуи на соборе Св.Иоанна тают,

как леденцы. Черными отложениями изъеден королевский дворец на площади Дам

в Амстердаме.

Страдают от кислотных дождей и люди, вынужденные потреблять

питьевую воду, загрязненную токсическими металлами -ртутью, свинцом,

кадмием и т.п.

Спасать природу от закисления необходимо. Для этого придется

резко снизить выбросы в атмосферу окислов серы и азота, но в первую очередь

сернистого газа, так как именно серная кислота и ее соли на 70-80%

обусловливают кислотность дождей , выпадающих на больших расстояниях от

места промышленного выброса.

Наблюдения за химическим составом и кислотностью осадков ведут

станции, отбирающие на химический анализ суммарные пробы, на которых в

оперативном порядке измеряют только величину рН. Пробы осадков на

содержание от 11 до 20 компонентов анализируются в пяти кустовых

лабораториях.

В заключение нужно отметить, что каждый должен задуматься над

тем, что он сделал сегодня для того, чтобы жизнь на планете завтра не

умерла.