Лучше ли жить с помощью химии? Гипотеза о том, что синтетические галогенные органические соединения, известные как хлорфторуглероды, могут привести к уничтожению слоя стратосферного озона, была впервые выдвинута в I974 году. Обнаружение дыры в озоновом слое над Антарктикой одновременно со свидетельствами наличия в ее стратосфере хлорфторуглеродов явилось убедительным доказательством того, что эти химические вещества оказывают сильное отрицательное воздействие на экологию планеты. Хлорфторуглероды, более широко известные как фреоны, полученные в I930 году, применяются во всевозрастающих количествах в самых различных сферах.
Список коммерческого использования хлорфторуглеродов, приведенный ниже, иллюстрирует ежедневное их использование студентами:
- холодильники, морозильные камеры и кондиционеры воздуха в жилых домах, магазинах и автомобилях;
- аэрозольные упаковки, применение которых было запрещено в США с I978 года, хотя в других странах эти товары производятся во всевозрастающих масштабах;
- растворители, используемые для чистки электронного оборудования;
- медицинские антисептические препараты;
- пенообразующие реагенты для изготовления изоляционных и упаковочных пенопластов;
- огнетушители (бромные углеводороды).
Важнейшим обстоятельством является тот факт, что с момента создания хлорфторуглеродов до осознания вреда, наносимого ими озоновому слою, прошло 40 лет. Принимая это во внимание, а также учитывая, что ежегодно разрабатываются все новые и новые синтети-ческие вещества, можно ли поручиться, что к середине ХХI века не обнаружим, что выброс какого-то нового химического соединения наносит ущерб одному из жизненно важных для нас компонентов атмосферы.
Не очень ли жарко для этого времени года? Явление, также являющееся следствием антропогенной деятельности и имеющее куда более значительные последствия для жизни на нашей планете, чем разрушение озонового слоя, – парниковый эффект.
Представьте такую ситуацию: галлон бензина весит 3,5 кг, 80 % его веса составляет углерод. При полном сгорании бензина в машине, оборудованной каталитическим конвертером, образуются двуокись углерода и вода. Объем двуокиси углерода, получаемой в результате полного окисления 1 кг углерода, составляет 1,87 л при нормальном атмосферном давлении и средней летней температуре. Какой объем двуокиси углерода образуется при сгорании топлива автомобиля за пробег в 1 милю при удельном расходе галлона топлива на 25 миль? Каким будет этот показатель, если при сгорании 1 галлона топлива автомобиль пройдет всего 12 миль?
Задача может быть изменена по Вашему усмотрению, однако вывод останется прежним: использование ископаемых видов топлива приводит к выбросам в атмосферу огромных объемов углекислого газа, вызывающего парниковый эффект. В аудитории можно попытаться определить вероятные последствия повышения средней температуры у поверхности Земли всего на 2-3 оС. Как минимум, должны быть названы следующие последствия:
- изменения в количестве и характере осадков (дождь и снег), имеющих решающее значение для сельского хозяйства (что, возможно, и вызвало сильную засуху на американском Среднем Западе в I988 году);
- таяние льдов в полярных районах, что приведет к повышению уровня моря и последующему затоплению прибрежных районов и проник-новению соленой воды в грунтовые воды;
- изменения морских и пресноводных организмов и пищевых цепей;
- изменения лесного покрова;
- рост энергетических потребностей для кондиционирования воздуха, что требует производства дополнительной электроэнергии, получаемой за счет сжигания ископаемого топлива;
- возросшие темпы испарения воды с поверхности океанов и прес-новодных водоемов, ведущие к еще большим изменениям климата;
- усиление ураганов, особенно в тропиках и субтропиках;
- изменения численности и распределения различных видов жи-вотных и растений по мере изменения среды их обитания.
Как мы узнаем, что произойдет глобальное потепление? Прогнозы, касающиеся повышения средней температуры Земли, осно-вываются отчасти на экстраполяции тенденций, выявленных в ходе измерений температуры на протяжении более чем ста последних лет, но в основном на результатах, полученных с помощью компьютерных моделей атмосферы. Расчеты выполнялись, исходя из известного объема двуокиси углерода и других «парниковых» газов, выбрасываемых в атмосферу, главным образом за счет сжигания ископаемого топлива.
Куда входят экосистемы? Температура и солнечный свет являются жизненно важными природными компонентами всех или практически всех земных экосистем, атмосферные газы в равной степени являются необходимыми химическими компонентами тех же экосистем. Лишь некоторые изменения способны иметь столь же далеко идущие последствия для экосистем, что и изменения средней температуры планеты. Повышение средней температуры влияет на живые организмы в рамках экосистемы, и значительным является вторичное воздействие глобального потепления, выражающееся в повышении уровня моря, в уменьшении запасов пресной воды в приливно-отливных береговых зонах.
Как мы можем предотвратить разрушение озонового слоя и глобальное потепление? Еще можно предпринять меры, чтобы предотвратить деградацию озонового слоя и замедлить (если не полностью предот-вратить) ожидаемое потепление на планете. Катастрофическое разру-шение озонового слоя может быть предотвращено, если полностью прекратится (или, по крайней мере, значительно сократится) выброс в атмосферу хлорфторуглеродов. В данной ситуации будет уместно напомнить, что в этом случае, как и при решении всех экологических проблем, недостаточно решать их в рамках национальных программ; необходимо проявить политическую волю на самом высоком международном уровне и принять смелые политические решения. Что касается проблемы глобального потепления, то эксперты пришли к общему мнению: из-за того, что мы выбрасывали и продолжаем выбрасывать в атмосферу «парниковые» газы в количествах, которые природа не в состоянии переработать, в настоящее время уже не стоит вопрос о том, произойдет глобальное потепление или нет. Pечь идет о том, когда оно наступит и каковы будут его параметры. Меры, которые необходимо предпринять для того, чтобы снизить темпы глобального потепления: необходимо бережно относиться к энергии, особенно получаемой при сгорании ископаемых видов топлива; беречь и вос-станавливать леса, расположенные в регионах с умеренным климатом; а также прекратить уничтожение влажных тропических лесов [9].
3.3 Оборудование, технические средства
Телевизор, видеомагнитофон, видеокассета с фильмом «Только одна атмосфера».
3.4 Последовательность выполнения работы
На выполнение лабораторной работы отводится 3 академических часа, в том числе: подготовка – 1 час; просмотр – 1 час; опрос – 1 час.
3.4.1 Подготовка к работе и входной контроль
Студенты выполняют конспект теоретической части, формули-руют ответы на общие вопросы по теме.
Вопросы для входного контроля:
1. Объясните взаимосвязь между использованием человечеством хлорфторуглеродов и разрушением озонового слоя стратосферы, а также обсудите опасность, которую представляет для людей разрушение озонового слоя.
2. Разъясните механизм парникового эффекта и перечислите основ-ные причины его возникновения.
3. Опишите наиболее вероятные последствия глобального изме-нения климата и меры, которые могут быть предприняты для замедления темпов этого изменения.
4. Почему для эффективного снижения опасности изменения климата потребуется международное сотрудничество?
5. Каковы основные преимущества и недостатки устойчивой мировой экономики? Выступаете ли Вы за постепенный переход к такой системе?
3.4.2 Просмотр видеофильма «Только одна атмосфера»
3.4.3 Итоговый тестовый опрос и обсуждение результатов
3.4.3.1 Заполните пропуски:
1. Химические соединения, вызывающие разрушение озонового слоя, следующие: ________________.
2. Озоновый слой имеет большое значение для жизни на Земле, так как он поглощает большую часть ____________ до того, как она достигнет поверхности Земли.
3. Злокачественная меланома и саркома – формы __________, которые проявляются все чаще в результате разрушения озонового слоя.
4. Двуокись углерода, метан, хлорфторуглероды и озон известны как __________________.
5. Первым проявлением парникового эффекта будет __________.
6. Основное коммерческое название одного из хлорфторуглеродов, запрещенного в США, ____________________.
7. Дыры в озоновом слое впервые были обнаружены над _________________.
8. Экстремально низкие температуры в полярных регионах ____
________________ темпы разрушения озона хлорфторуглеродами.
9. ______________ полярных льдов является одним из вероятных последствий глобального потепления. Это приведет к ______________.
3.4.3.2 Выберите правильный ответ
1. В настоящее время ученые считают, что разрушение озонового слоя вызвано:
а) возросшим ультрафиолетовым излучением Солнца;
б) хлорфторуглеродами и галогенами;
в) двуокисью углерода и метаном;
г) «зимними вихрями» над Южным полюсом;
д) правильными являются несколько вариантов.
2. Ученые озабочены истончением озонового слоя в арктическом регионе, так как:
а) в Арктике используется наибольшее количество хлорфторугле-родов, а также других газов;
б) в Северном полушарии живет больше людей;
в) предусматривается промышленное развитие арктического региона;
г) разрушение озонового слоя в этом регионе вызвано теми же причинами, что и над Южным полюсом,
д) правильными являются несколько вариантов.
3. Некоторые развивающиеся страны не собираются немедленно отказываться от использования хлорфторуглеродов, так как: