158 Глава 8 АНТРОПОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА АТМОСФЕРУ

Глава 8
АНТРОПОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА АТМОСФЕРУ
Атмосфера – это воздух, которым мы дышим. Загрязнение воздуха
особенно резко проявляется в местах, где размещаются металлургические, химические и другие заводы, а также в городах, где источниками загрязнения являются автотранспорт, ТЭЦ, промышленные предприятия. Особенно страдают те города, над которыми циркуляция воздуха слабая, нет ветра. Здесь образуется тяжелая ядовитая смесь с туманом, сернистым и угарным газом, мельчайшими
твердыми частицами, выброшенными из труб в результате неполного сгорания топлива. Англичане называют это явление смогом. Как
правило, местные загрязнения атмосферы особенно остро переживаются населением. Во время смога резко возрастает число смертей среди людей, страдающих болезнями сердца и органов дыхания.
Наряду с местным загрязнением антропогенное воздействие
на атмосферу может иметь крупные региональные и даже глобальные последствия. Рассмотрим некоторые из них: кислотные осадки,
парниковый эффект, нарушение озонового экрана.
8.1. КИСЛОТНЫЕ ОСАДКИ
Кислотными называют любые атмосферные осадки – дожди,
туманы, снег, – кислотность которых выше нормальной. Кислотные
свойства среды определяются ионами водорода (H+ ). Чем больше
концентрация водородных ионов в растворе, тем выше его кислотность. Для выражения концентрации ионов водорода используют
единицы водородного показателя, или рН. Шкала рН: от 0 (крайне
высокая кислотность) через 7 (нейтральная среда) до 14 (крайне
сильная щелочность) (рис. 8.1).
Рис. 8.1 Шкала рН
158
Следует иметь ввиду, что шкала рН – логарифмическая, т. е.
разница в три деления шкалы соответствует изменению кислотности в 1000 раз.
Химический анализ кислотных осадков показывает присутствие
серной (Н2SO4) и азотной (HNO3) кислот. Наличие серы и азота означает, что проблема связана с выбросами в воздух именно этих
элементов. Сжигание топлива при работе угольных ТЭЦ, промышленных предприятий, автомобильного транспорта сопровождается
образованием диоксида серы и оксидов азота; реагируя с парами
воды, они образуют серную и азотную кислоты. В результате в отдельных регионах выпадают осадки, кислотность которых в 10-1000
раз превышает нормальную.
Значение рН среды чрезвычайно важно с экологической точки
зрения, так как от него зависит деятельность практически всех ферментов, гормонов в организме, регулирующих обмен веществ, рост
и развитие. Особенно чувствительны к повышению кислотности обитатели водоемов. В пресноводных озерах, ручьях и прудах рН воды
обычно составляет 6-7, и организмы адаптированы именно к этому
уровню. Когда среда подкислена, яйцеклетки, сперма и молодь водных обитателей погибают. Ущерб не ограничивается гибелью водных организмов. Многие
пищевые цепи, охватывающие почти всех диких животных, начинаются в водоемах. Прежде всего сокращается популяция птиц,
питающихся рыбой или насекомыми, личинки которых развиваются в воде.
В лесах, попадая на
листья и хвою деревьев,
кислоты нарушают защитРис. 8.2. Хвойный лес, погибший в
ный восковой покров, делая
растения уязвимыми для результате воздействия кислотных дождей
насекомых, грибов и других патогенных организмов. Во время засух
через поврежденные листья испаряется больше влаги. Особенно
страдают от кислотных осадков хвойные леса (рис. 8.2).
159
Воздействуя на почву, кислотные осадки значительно увеличивают выщелачивание биогенов. При низких рН уменьшается активность редуцентов и азотфиксаторов, что еще сильнее обостряет дефицит питательных веществ: почвы теряют плодородие. Дополнительный ущерб возникает в связи с тем, что кислотные осадки, просачиваясь сквозь почву, способны выщелачивать алюминий и тяжелые металлы. Обычно присутствие этих элементов в почве не создает проблем, так как они связаны в нерастворимые соединения и,
следовательно, не поглощаются организмами. Однако в кислой среде их соединения растворяются, становятся доступными и оказывают сильное токсическое воздействие как на растения, так и на животных.
В разных районах последствия выпадения одинакового количества кислотных осадков могут быть различными. Одни ландшафты
остаются практически без изменений, тогда как другие подкисляются настолько, что становятся необитаемыми. Ключ к ответу связан с понятием буферной емкости почвы. Защитить экосистему от
изменений рН может буфер. Когда в систему, содержащую буфер,
добавляют кислоту, дополнительные ионы водорода им поглощаются и рН остается практически неизменным. В качестве буфера многие природные системы содержат карбонат кальция (СаСО3). Реакция ионов водорода с карбонат-ионами дает воду и углекислый газ.
При одинаковом количестве кислотных осадков в первую очередь
подкисляются и гибнут экосистемы с низкой буферной емкостью.
Почвы, сформированные на известняках, обладают большой буферной емкостью и меньше страдают от кислотных осадков. В сельском хозяйстве издавна используется известкование почв как агротехнический прием, направленный на нейтрализацию кислых почв.
8.2. ПАРНИКОВЫЙ ЭФФЕКТ
Под образным выражением “парниковый эффект” подразумевается следующее геофизическое явление. Солнечная радиация, падающая на Землю, трансформируется: 30 % ее отражается в космическое пространство, остальные 70 % поглощаются поверхностью
суши и океана. Поглощенная энергия солнечной радиации преобразуется в теплоту и излучается обратно в космос в виде инфракрасных лучей. При этом чистая атмосфера прозрачна для инфракрас160
Рис. 8.3. Парниковый эффект, по Б. Небел:
парник (а) нагревается на солнце, так как световая энергия, проникающая внутрь через стекло, поглощается и превращается в тепловую, т. е. в
инфракрасное излучение, не проходящее через стекло. Когда теплота таким образом улавливается, температура поднимается. Аналогично нагревается атмосфера Земли: свет сквозь нее проникает, а инфракрасное
излучение поглощается парниковыми газами. Чем выше концентрация
этих газов, тем сильнее нагревается атмосфера
ных лучей, а атмосфера, содержащая пары воды, углекислый газ и
некоторые другие газы, поглощает инфракрасные лучи, благодаря
чему воздух нагревается. Парниковые газы выполняют функцию
стеклянного покрытия поверхности земли в парнике. (рис. 8.3).
161
Естественный парниковый эффект создает прирост средней
температуры Земли на 30 °C. Это значит, что если бы парникового
эффекта не было, то средняя температура Земли, составляющая
сейчас 15 °C, понизилась бы до -15 °C. Всю Землю сковало бы льдом.
И, наоборот, если содержание газов, вызывающих парниковый эффект, увеличится – на Земле станет еще теплее.
В природной биосфере содержание углекислого газа в воздухе
регулируется так, что его поступление равняется удалению. В настоящее время люди нарушают это равновесие. За миллионы лет в
недрах Земли накопилось огромное количество ископаемого органического вещества – угля, нефти, газа и т.п., – которое служит основным энергетическим сырьем. В результате сжигания топлива в
атмосферу поступают дополнительные порции углекислого газа.
Именно этот процесс рассматривается как тенденция, которая может привести к глобальному потеплению климата. Сильное потепление вызовет таяние полярных льдов. Процесс этот инерционный и
протекает медленно, так как существуют механизмы биологического поглощения СО2. Когда же полярные льды растают, в океан дополнительно поступит такое количество воды, что его уровень поднимется почти на 100 м; будут затоплены обширные приморские
низменности и расположенные на берегах морей города, в которых
проживает подавляющее большинство населения планеты и сосредоточен основной промышленный потенциал.
Различия температуры на полюсах и экваторе – основная движущая сила циркуляции атмосферы. Более сильное потепление на
полюсах приведет к ее ослаблению. Это изменит всю картину циркуляции и связанный с ней перенос теплоты и влаги, что повлечет за
собой глобальное изменение климата. В большинстве районов, характеризующихся сейчас жарким и сухим климатом, количество
атмосферных осадков увеличится; в умеренном поясе станет суше.
8.3. РАЗРУШЕНИЕ ОЗОНОВОГО ЭКРАНА
Наряду с видимым светом Солнце излучает также ультрафиолетовые волны. Особую опасность представляет коротковолновая
часть – жесткое ультрафиолетовое излучение. Все живое на Земле
защищено от агрессивного воздействия ультрафиолетового излуче162
Рис. 8.4. Озоновый экран, по Б. Небел:
а – озон (О3) в стратосфере поглощает ультрафиолетовые (УФ) лучи Солнца; без такой защиты они уничтожили бы практически всю жизнь на
планете; б – озон формируется в стратосфере, когда под воздействием
УФ-лучей молекулы кислорода распадаются на свободные атомы, которые могут присоединяться к другим его молекулам
ния, так как свыше 99 % его поглощается слоем озона в стратосфере на высоте около 25 км (рис. 8.4).
Основными загрязнителями, разрушающими озоновый экран,
являются синтезируемые людьми соединения – фторхлор-углеводороды (фреоны), используемые в холодильниках, а также в аэрозольных товарах. Фреоны летучи и поднимаются в стратосферу. Там они
могут разлагаться, высвобождая атомарный хлор, который разру163
шает озон. В 1985 г. спутниковые наблюдения обнаружили “дыру” в
озоновом экране над Южным полюсом (рис. 8.5).
Рис. 8.5. Картографическая модель, представляющая
дефицит озона над Антарктидой в виде глубокой ямы,
по Nat. Geographic
Исследования стратосферы над Арктикой показали, что и тут
содержание озона может резко сократиться. Таким образом, если
выбросы фреонов будут продолжаться, можно ожидать расширения
озоновых дыр над полюсами. Международное сообщество, озабоченное этой тенденцией, уже ввело ограничения на выбросы фреонов Венской конвенцией об охране озонового слоя (1985 г.).
Вопросы для самостоятельных занятий
1. Локальные, региональные и глобальные масштабы антропогенного воздействия на атмосферу.
2. Как образуются кислотные осадки? Реакция среды (рН)
как экологический фактор.
3. Причины возникновения парникового эффекта; глобальные
изменения климата и его последствия.
4. Образование озонового экрана; причины его разрушения;
экологические последствия.
164