M04025

121

III – окисні властивості: фактор хімічного руйнування домішок, що надходять до атмосфери.

Фотоліз озону світлом з довжиною хвилі 300-310 нм призводить до народження мета повільних збуджених атомів оксигену у стані 1D з енергією 197 ЕB і часом життя 11,9 с.

H2→H2O+H2	2 роки
CH4→CH-3+H2O	5-10 років
RH→H2O+ПРОДУКТИ -
CH3Cl→H2O+CH2Cl	1,5 років
CH3Br→H2O+CH2Br	1,7 років
CO→H+CO2	0,3 роки
H2S→H2O+SH-	0,001 років
SO2→ ПРОДУКТИ	0,001 років
HCHO→CHO+H2O	0,001 років
У 1985 році фахівці	з Британської Антарктичної Служби

дослідження атмосфери повідомили про абсолютно несподіваний факт: весняний вміст озону в атмосфері над станцією Халлі-Бей в Антарктиді зменшився за період з 1977 по 1984 р.на 40%. Незабаром це підтвердили інші дослідники, які показали,що область зниженого вмісту озону іде за межі Антарктиди і за висотою охоплює шар від 12 до 24 км,тобто значну частину нижньої стратосфери. Найбільш докладним дослідженням озонового шару над Антарктидою був міжнародний Літаковий Антарктичний Озоновий Експеримент. Протягом експерименту вчені з 4х країн декілька разів піднімалися в зону зниженого вмісту озону і зібрали детальні дані про її розміри і хімічні процеси, які там відбуваються. Фактично це означало, що в полярній атмосфері є озонова «дірка». На початку 80-х за вимірюваннями зі супутника «Німбус-7» аналогічна дірка була виявлена і в Арктиці, правда, вона охоплювала значно меншу площу і зниження рівня озону в ній було не таке суттєве – біля 9%. У середньому на Землі з 1979 по 1995 р. вміст озону впав на 5 %.

Це відкриття стурбувало як вчених, так і широку громадськість, оскільки це означало, що шар озону, який охоплює нашу планету, знаходиться в більшій небезпеці, ніж вважали раніше. Потоншення цього шару може призвести до серйозних наслідків для людства. Вміст озону в атмосфері менше за 0.0001%, однак саме озон повністю поглинає смертельне ультрафіолетове випромінювання

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

122

сонця з довжиною хвилі 1<280 нм і значно послаблює смугу УФ-Б з 280<1<315 нм, що завдають великої шкоди клітинам живих організмів.

Зниження концентрації озону на 1% призводить в середньому до збільшення інтенсивності жорсткого ультрафіолету у поверхні Землі на 2%. Ця оцінка підтверджується вимірюваннями, проведеними в Антарктиді (правда, через низьке положення Сонця, інтенсивність ультрафіолету в Антарктиді нижче, ніж в середніх широтах). За своїм впливом на живі організми жорсткий ультрафіолет подібний до іонізуючих випромінювань, однак, через більшу, ніж у Y- випромінювання довжину хвилі він не здатний проникати глибоко в тканини, і тому вражає тільки поверхневі органи. Жорсткий ультрафіолет має достатню енергію для руйнування ДНК і інших органічних молекул, що викликає рак шкіри, особливо швидкоплинну злоякісну меланому, катаракту і імунну недостатність. Природно, жорсткий ультрафіолет здатний викликати і звичайні опіки шкіри і рогівки. Вже зараз у всьому світі помітне збільшення захворювання раком шкіри та значна кількість інших чинників наприклад, зросла популярність засмаги, люди більше часу проводять на сонці, таким чином отримуючи велику дозу УФ опромінення. Це не дозволяє однозначно стверджувати, що цьому сприяло зменшення вмісту озону. Жорсткий ультрафіолет погано поглинається водою і тому являє велику небезпеку для морських екосистем. Експерименти показали, що планктон, який існує в приповерхневому шарі води при збільшенні інтенсивності жорсткого УФ може серйозно постраждати і навіть загинути повністю. Планктон знаходиться в основі харчових ланцюжків практично всіх морських екосистем, тому без прикрас можна сказати, що практично все життя приповерхневих шарів морів і океанів може зникнути. Рослини менш чутливі до жорсткого УФ, але при збільшенні дози можуть постраждати і вони. Якщо вміст озону в атмосфері значно зменшиться, людство легко знайде засіб захисту від жорсткого УФ випромінювання, але при цьому ризикує померти від голоду.

Вперше думка про небезпеку руйнування озонового шару була висловлена ще наприкінці 1960-х років. Тоді вважалося, що основну небезпеку для атмосферного озону являють викиди водяної пари і оксидів азоту (NOx) з двигунів надзвукових транспортних літаків і ракет. Однак, надзвукова авіація розвивалася значно менш бурхливими темпами, ніж передбачалося. Зараз у комерційних цілях

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

123

використовується тільки «Конкорд», що здійснює декілька рейсів на тиждень між Америкою і Європою, з військових літаків в стратосфері літають практично тільки надзвукові стратегічні бомбардувальники, такі як В1, або Ту-160 і розвідувальні літаки типу SR-71. Таке навантаження навряд чи являє серйозну загрозу для озонового шару. Викиди оксидів азоту з поверхні Землі внаслідок спалення викопного палива, масового виробництва і застосування азотних добрив також створюють певну небезпеку для озонового шару, але оксиди азоту нестійкі і легко руйнуються в нижніх шарах атмосфери. Запуски ракет також відбуваються не дуже часто, проте, хлоратні тверді палива що використовуються в сучасних космічних системах, наприклад в твердопаливних прискорювачах «Спейс – Шаттл» або «Аріан», можуть наносити серйозної локальної шкоди озоновому шару в районі запуску.

У 1974 році М.Моліна і Ф.Роуленд з Каліфорнійського університету в Ірвіне показали, що хлорфторвуглеці (ХФВ) можуть руйнувати озон. З того часу так звана хлорфторвуглецева проблема стала однією з основних в дослідженнях забруднення атмосфери. Хлорфторвуглеці вже понад 60 років використовуються як «холодагенти» в холодильниках і кондиціонерах, пропелленти для аерозольних сумішей, піноутворюючі агенти у вогнегасниках, очищувачі для електронних приладів, при хімічному чищенні одягу, при виробництві пінопластиків. Колись вони розглядалися як ідеальні для практичного застосування хімічні речовини, оскільки вони дуже стабільні і неактивні, а значить не токсичні. Як це не парадоксально, але саме інертність цих з’єднань робить їх небезпечними для атмосферного озону. ХФВ не розпадаються швидко в тропосфері , як це відбувається з більшістю оксидів азоту, і зрештою проникають в стратосферу. Коли молекули ХФВ підіймаються до вишини приблизно 25 км, де концентрація озону максимальна, вони зазнають інтенсивного впливу ультрафіолетового випромінювання, який не проникає на менші висоти через екрануючу дію озону. Ультрафіолет руйнує стійкі в звичайних умовах молекули ХФВ, які розпадаються на компоненти, що мають високу реакційну здатність, зокрема атомний хлор. Таким чином ХФВ переносить хлор з поверхні Землі через тропосферу і нижні шари атмосфери, де менш інертні з’єднання хлору руйнуються, в стратосферу, до шару з найбільшою концентрацією

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

124

озону. Дуже важливо, що хлор при руйнуванні озону діє подібно каталізатору: в ході хімічного процесу його кількість не зменшується.

Внаслідок цього один атом хлору може зруйнувати до 100 000 молекул озону перш ніж буде дезактивований або повернеться в тропосферу. Зараз викид ХФВ в атмосферу оцінюється мільйонами тонн, але потрібно зазначити, що навіть у гіпотетичному випадку повного припинення виробництва і використання ХФВ негайного результату досягнути не вдасться: дія ХФВ, що вже попали в атмосферу буде продовжуватися декілька десятиріч. Вважається, що час життя в атмосфері для двох ХФВ фреон-11 (CFCL3), що найбільш широко використовується і фреон-12 (CF2CL2) становить 75 і 100 років відповідно.

Атмосфера утримується силами земного тяжіння, її густина швидко падає з вишиною. Гази, що входять до складу атмосфери, поділяють на стійкі – N2, O2, Ar та інші інертні гази – понад кілька тисяч літ; нестійкі – CO2, H2, CH4, NO та інші, 4-25 років, сильно змінювані – H2O – пара, NO2, SO2, H2S та інші – 2-10 діб. Атмосфера завжди містить певні кількості пилу.

Озон атмосфери руйнується в результаті природного розпаду (кисневий цикл, або цикл Чепмена): О3+О→О2+О2

Ця реакція відбувається дуже повільно, але може прискорюватися за наявності з’єднань азоту, водню та хлору, які діють як каталізатори. Реакції азотного, водневого та хлорного циклів:

А). азотний цикл:	Б).	водневий
цикл:
О+NO2→O2+NO;	О+НО2→ОН+О2;
NO+О3→ NO2+О2;	ОН+О3→НО2+О2;
О+О3→О2+О2;	О+О3→О2+О2;

В). хлорний цикл: Cl+O3→ClO+O2; ClO+O→Cl+O2;

O+O3→O2+O2;

Найімовірніші вони на вишині 20-40 км. Концентрації каталізаторів у 1000 разів менші концентрацій озону, кількість циклів руйнування на одну молекулу каталізатора становить 102-107. Дія різних каталітичних циклів залежить від вишини (вище 35 км – хлорний цикл, нижче-азотний). Ще ефективнішим каталізатором

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

125

руйнування озону є бром, за участю якого можуть відбуватися такі цикли реакцій:

Br+O3→Br0+O2;

BrО+О→ Br+О2;

Br +О3→ BrО +О2; BrО + BrО→2 Br+О2;

Один атом брому може зруйнувати десятки тисяч молекул озону. Якщо присутні бром і хлор, цикли мають такий характер:

Br+О3→ BrО +О2;

Cl+O3→ClO+O2; BrO+ClО→ Br+Cl+O2;

Дослідження озонного шару почалися у 1930 році. Згодом вони були розширені,а для ведення спостережень було створено спеціальну мережу станцій («мережа Добсона»). Вимірювання кількості стратосферного озону протягом 1980-1990 років з канадського супутника «Німбус-7» засвідчили, що швидкість зникання озону становить 0,224% на рік. За оцінками НАСА з 1978 по 1990 роки його кількість в озоновому екрані скоротилася на 45%. Через зменшення товщі озонового екрану та розриви в ньому зростає кількість УФвипромінювання, що досягає поверхні Землі (за останні десять років – на 10 %, а в Антарктиді, де стійко зберігається озонова діра – на 40%). Невелику озонову діру виявлено у Північній півкулі над Шпіцбергеном.

За даними «Грінпіс», зменшення товщі озонового шару на кожні 10 % спричиняє збільшення кількості випадків захворювання на рак шкіри на 300 тисяч випадків, є однією з причин захворювання катарактою очей. Підвищене ультрафіолетове опромінення знижує імунітет, через що стають частішими і важчими інфекційні захворювання людей та сільськогосподарських тварин.

В Україні стан озонового екрану над її територією контролюють 6 спеціальних станцій ( у Києві, Одесі, Борисполі, Богуславі, Львові та Феодосії).

За їх даними, з 1980 року озоновий екран над Україною стає менш потужним, саме тому Україна приєдналася до Конвенції 1985 року з охорони озонового екрану, зменшення кількості викидів і виробництва фреонів, інших речовин, що руйнують озон.

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

126

4.2 Роль атмосфери у формуванні клімату на Землі.

Під кліматом розуміють суму погодних явищ в атмосфері, за якими спостерігають тривалий час. Клімат має екологічне значення, як єдиний абіотичний чинник, обумовлює розподілення рослинності,а разом з цим – ґрунтів і частково видів тварин у глобальних масштабах.

Макроклімат охоплює межі та характеристики кліматичних зон, які в екології використовуються як підґрунтя розподілу біомів.

Мезоклімат з однаковими кліматичними умовами і їх змінами існує всередині мікрокліматичних зон (зміни клімату внаслідок с/г виробництва на великих площах).

Мікроклімат визначається місцевими умовами. Це може бути клімат під кроною дерева або в тіні будівлі, може утворювати мезоклімат міста.

Атмосфера виконує найскладнішу захисну екологічну функцію, охороняючи Землю від абсолютного холоду Космосу та потоку сонячних випромінювань. В атмосфері проходять глобальні метеорологічні процеси, формуються клімат та погода,затримується маса метеоритів. Зіткнення контрастних за властивостями – холодних і теплих повітряних мас викликає могутні грози та смерчі. 2 квітня 1974 року метеослужба США забила на сполох: з Скалистих гір рухався потік холодного повітря, розповсюджуючись на схід. Назустріч йому сунули на північ потоки теплого й вологого повітря з Мексиканської затоки. Потужніший торнадо (смерч) обрушився на Моррис в Іллінойсі, за ним швидко насунуло багато інших – в Тенесі, Джорджії, Індіані, Огайо, Кентуккі та Алабамі. За 18 годин метеослужба зафіксувала 148 торнадо у 13-ти штатах. Загинуло понад 300 людей. Найгірше випало містечку Зінія у Огайо: смерч діаметром 1 км промчав по будинках, офісах, школах, університетських гуртожитках. З потягу, що в цей час проходив повз місто, зірвало та порозкидувало цілу партію автівок. Все навколо зносив вітер. Метеорологи спостерігали зародження бурі, але ні комп’ютерне моделювання, ні досвід не могли дати змоги визначити місце, точний час, де очікуються бурі, це – неможливо.

Статистика 1974 року показала, що в розгар «епідемії» смерчів по землі неслися одночасно 15 смерчів, загинуло 330 людей, а поранено 5 434 особи.

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

127

Чим більше швидкість вітру, тим жахливіші наслідки його дії. Самий смертоносний торнадо у 1999 році забрав життя 1300 осіб у Бангладеші. Повесні хмари піску переносяться вітром на сотні кілометрів по всьому Північному Китаю. Зона пустель на північному заході країни неухильно розширюється. Бархани все ближче насуваються на Пекін.

Пилові бурі в Китаї стали такими потужними, що вийшли за його межі. Буря у квітні 2001 року підняла тони пилу з пустель Гобі та Така-Макан. Густа жовта хмара закривала Сонце і створювала задушливий смог. Супутникові зйомки показали, що пилова хмара довжиною майже 2000 км тяглася з Китаю через Північну Корею та Японію на протилежне узбережжя Тихого океану. Через 6 днів після появи, вона досягла заходу США. Хмара пройшла через усю Північну Америку, залишивши жовтий пил на території від Аляски до Флориди. Мільйони частинок ґрунту у повітрі створили безпрецедентний випадок. На момент свого зникнення ця хмара перетнула 2/3 Атлантики. Однак, потрапляючи у води океану, ґрунтові частинки, що містили багато заліза, підживлювали водорості, які дрейфують біля поверхні води. Датчики океанографічних буїв відзначали подвоєння біомаси фітопланктону, що отримав підживлення. А це – ознака посилення фотосинтезу, пов’язаного з поглинанням СО2, головного парникового газу. Навіть деякі вчені пропонують підживлювати океан залізовмісними добривами і таким чином стимулювати розмноження фітопланктону і зменшувати парниковий ефект за рахунок очищення атмосфери від СО2.

25 серпня 2005 року, ураган Катріна обрушився на узбережжя Луізіани та Місісіпі. Це було найтяжче стихійне лихо у Північній Америці за останні сто років. За 5 годин свого буйства Катріна пошматала кілька міст на узбережжі Мексиканської затоки, в тому числі Новий Орлеан – одне з найбільших міст США.

Штормовий нагон вишиною до 9 м майже повністю зруйнував прибережне місто Білоксі. Хоча Національна метеослужба та Національний центр ураганів попереджали про появу Катріни, але такого розвитку подій, хаосу, уникнути не вдалося.

Сьогодні метеослужбам задають питання, чи посилюються урагани. Хоч число ураганів нібито не збільшується, шкода, якої вони завдають, стає все більшою. Це пов’язано з різними чинниками: зростання населення у теплих зонах, але й самі шторми стають дедалі

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

128

потужнішими. На думку деяких фахівців, глобальне потепління підвищує температуру океанів і забезпечує атмосферу над тропічними широтами додатковим енергетичним підживленням. Штормовий сезон 2005 року у Атлантиці був безпрецедентним: 28 тропічних штормів і ураганів, з котрих чотири – Емілі, Катріна, Ріта та Уілма – досягли п’ятої категорії за шкалою Саффіра – Сімпсона.

Буря 1987 року стала самим руйнівним стихійним лихом в Англії за останні 250 років. Вночі, на 16 вересня, вітер із шаленою швидкістю понад 160 км/год. вбив 19 людей, залишив без електрики 3 млн. будинків і повалив 15 млн. дерев.

Хоча метеослужба Англії за кілька днів попереджала про шторми, але у Франції, а про Англію не йшлося. Цей шторм попереджав про свою появу різкими стрибками температури повітря за дуже короткий час (за 20 хвилин). Англійський шторм 1987 року приніс збитки на 1,5 млрд. фунтів стерлінгів, і на той момент це було найдорожче стихійне лихо у світовій історії.

Парниковий ефект - є екологічними наслідками глобального забруднення атмосфери. Починаючи з другої половини XIX ст. більшість вчених пов’язують з накопиченням в атмосфері так званих «парникових газів» - CO2, CH4, фреонів, озону О3, NOx та інших.

Парникові гази,в першу чергу СО2, перешкоджають довгохвильовому тепловому випромінюванню від поверхні Землі. За Г. Хоффінгом, атмосфера насичена парниковими газами, діє як теплиця. Вона, з одного боку, пропускає в середину більшу частину сонячного випромінювання, з іншого – майже не пропускає назовні тепло, пере випромінюване Землею.

У зв’язку із спалюванням людиною все більшої кількості викопного палива, концентрація СО2 в атмосфері постійно зростає. За рахунок викидів в атмосфері під час промислового виробництва та в побуті зростає вміст фреонів. На 1,5% на рік зростає вміст метану за рахунок викидів з підземних видобутків, спилювання біомаси, виділення крупною рогатою худобою. Меншою мірою, але теж зростає вміст оксидів азоту (на 0,3% щороку). Наслідком збільшення концентрації цих газів, що створюють «парниковий ефект», є зростання середньої глобальної температури повітря біля земної поверхні. За останні роки найбільш теплими були 1980, 1981, 1983, 1987, 1988, 2003. Взагалі, прогноз передбачає до 2100 року підвищення температури на 2-4 0С. Масштаби потепління за цей

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

129

відносно короткий термін можна співставити з потеплінням, що відбулося на Землі після льодовикового періоду, отже екологічні наслідки можуть бути трагічними. Моделюючи екологічні наслідки підвищення рівня океану всього лише на 0,5-2,0 м на кінець XXI ст. вчені встановили, що це неминуче призведе до порушення кліматичної рівноваги, затопленню приморських рівнин у більше, ніж 30-ти країнах, деградація вічномерзлих порід, заболоченню обширних територій та іншим несприятливим обставинам.

Однак дехто з вчених (Вронський, Кондратьєв) вважають, що глобальне потепління має позитивні екологічні наслідки. Підвищення концентрації СО2 в атмосфері і пов’язане з ним збільшення фотосинтезу, а також зростання зволоження клімату можуть, на їх думку, призвести до збільшення продуктивності як природних фітоценозів (лісів, лук, саванн та ін.), так і агроценозів ( культурних рослин, садів, виноградників). У поглядах на ступінь впливу парникових газів на глобальне потепління клімату теж немає єдності у думках. Міжнародні експерти по проблемі клімату відзначають, що потепління клімату на 0,3 – 0,6 0С за останні сто років може бути обумовлене переважною природною змінюваністю.

Академік Кондратьєв К.Я. вважає, що немає підстав захоплюватися однобічним стереотипом «парникового» потепління у проблемі запобігання небажаних змін клімату. Він вважає, що найважливішим чинником антропогенного впливу на глобальний клімат є деградація біосфери. Отже, в першу чергу необхідно піклуватися про збереження біосфери, як головного чинника екологічної безпеки.

На міжнародній конференції у Торонто (Канада,1985 рік) перед енергетикою світу була поставлена задача скоротити на 20 % промислові викиди карбону в атмосферу (термін 10 років). На думку багатьох фахівців, найбільша небезпека іде навіть не від самого температурного зсуву, а від його надзвичайної швидкості. Земна атмосфера і взаємодіючі з нею поверхні суші і верхні шари океану створюють найскладнішу комбінацію з множини різнорідних та різномасштабних, але тісно зв’язаних одним з одним процесів та механізмів і різкий зсув якогось параметру перш за все збільшить нестабільність у його роботі. Атмосферний СО2 активно поглинається рослинами (фотосинтез). СО2 розчиняється у воді, звідки частина його надовго вибуває з колооберту, перетворюючись за участю різних

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

130

живих істот на хімічно мало активні карбонати-мушлі молюсків та деяких одноклітинних, кістки хребетних. Олег Сорохтин (геофізик) вважає, що будь-яке потепління може змусити світовий океан (в якому СО2 у 57-60 разів більше ніж в атмосфері) випускати у повітря стільки СО2, що всі антропогенні викиди опиняться в межах помилки.

Кислотні дощі - атмосферні опади з кислотними речовинами. Ми знайомились з цим явищем у розділі «гідросфера». Однак, через те, що кислотні речовини розсіюються не тільки з дощами та снігами, а й іншими шляхами, торкнемось цього явища і в розділі «Атмосфера». У деяких регіонах планети сухі вітри – більш небезпечне джерело кислотних опадів, ніж дощі.

Аналіз криги Гренландії за період з 1869-1984 рр. показав, що антропогенне забруднення сірчистими солями на початку ХХ ст. та нітратні солі перевищили кислотні опади у 1960 році.

У 1980 році Конгрес США фінансував десятилітнє дослідження, яке найменували «Національна програма по боротьбі з кислотними дощами». Воно мусило виявити причину та дію кислотних дощів і дати рекомендації стосовно їх контролю.

За результатами роботи комісії було зроблено звіт про збитки від кислотних дощів сьогоднішніх і минулих.

Збитки від кислотних дощів найсильніше відчуваються під час закислення озер. У США близько 180 озер у горах Адірондак штату Нью-Йорк, рівень яких переважно вище за рівень моря, підтримували і зберігали популяції форелі у ручаях.

На 70-ті роки вони втратили таку здатність. У деяких випадках зникали види риб. Розташування цих озер таке, що більша частина кислотних опадів від зовнішніх регіонів потрапляє саме до них. Ці озера мають обмежені можливості урівноважувати кислоти, що осідають, знаходячись у районах з не вапняковими або іншими формами основної гірської породи. Окислення озер постійно знижувало рекреаційне значення району. Використовуючи версію витрат на мандрівку, Мадлен і Менз (1985 р.) прийшли до висновку, що щороку втрати рибалок з вудкою для мешканців Нью-Йорка оцінювалися у 1 млн. доларів.

Ці втрати значно відчутніші у Європі. Дослідження підтверджують, що у Швеції близько 400 озер з підвищеним вмістом кислот, на півдні Норвегії вмирають озера загальною площею 13000 км2. Аналогічні доповіді було надано з Німеччини, Шотландії та

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com