Так или иначе увеличение концентрации углекислого газа приведет к изменению температуры. Изменится режим осадков и испарения. Произойдет потепление климата. В результате снеговая линия будет отступать, ледники будут таять. Возникнет нестабильность ледяного покрова. Далее кардинально нарушится нормальная циркуляция атмосферы и океана. В одних районах будут часто проноситься смерчи, а другие будут охвачены засухами. Существенно то, что при потеплении климата потеплеет и океан. Значит, увеличится поток углекислого газа из океана вы атмосферу. А это усилит парниковый эффект. Если растают континентальные льды, неизбежно повысится уровень Мирового океана. Последствия этого очевидны – будут затоплены сотни портов, низменных плодородных земель и т.п.
Проблема углекислого газа не единственная. Фреоны также способны создавать парниковый эффект. Они поступают в атмосферу в процессе их применения в различных промышленных и бытовых установках, таких как рефрижераторы, холодильники, кондиционеры и т.п. они выбрасываются в атмосферу и при использовании различных товаров широкого потребления. Это различные аэрозольные парфюмерные и косметические товары, инсектицидные препараты, лаки, краски и т.п. примерно 85-87% всех произведенных фреонов попадает в атмосферу. Поскольку фреоны в атмосфере живут десятки лет, они там накапливаются. Это и создает опасность.
Фреоны опасны прежде всего тем, что в химических реакциях разрушают молекулы
5
озона, а значит и озонный слой. Последствия этого очевидны, поскольку озонный слой защищает биосферу и всех нас в том числе от губительного действия ультрафиолетового излучения Солнца.
Способность поглощать инфракрасное излучение у фреонов в несколько раз больше, чем у углекислого газа, если бы их концентрация была такой же, как концентрация углекислого газа, то последствия от создаваемого ими парникового эффекта были бы катастрофическими. В настоящее время концентрация фреонов недостаточна для создания такой катастрофы, но она ощутима в смысле разрушения озонного слоя.
В принципе надо рассматривать действие малых составляющих атмосферы не по отдельности, а совокупно, всех вместе и одновременно. Ведь некоторые из них не повышают температуру атмосферы, а, наоборот компенсируют влияние других малых составляющих. Прежде всего надо рассматривать азотный цикл в атмосфере, который функционирует в результате сжигания топлива, ядерных взрывов, а также внесения азотных удобрений и др. В этих процессах образуются азотные соединения, которые играют очень важную роль в фотохимии озона, а также в поглощении коротковолнового солнечного излучения. Необходимо анализировать и сернистый цикл. Речь идет главным образом о двуокиси серы, которую человек выбрасывает в атмосферу в результате различных технологических процессов. При этом сера окисляется и в конце концов переходит в аэрозоль. Серная кислота, которая образуется при соединении двуокиси серы с водой, попадает в облака. С осадками она переносится в почву и окисляет ее. Попадает она и водоемы со всеми отсюда вытекающими последствиями.
В настоящее время над городами и городскими районами содержится в среднем не менее 100 мг аэрозоля в каждом кубическом метре воздуха. За пределами городских зон аэрозоля примерно в 5 раз меньше. Аэрозоль оказывает влияние на биосферу и здоровье людей.
Большое количество серы попадает в атмосферу в результате сжигания топлива. И в скором будущем количество серы за счет сжигания топлива в 10 и более раз превысит то, которое обязано своим образованием извержениям самых мощных вулканов.
Поскольку мелкодисперсный аэрозоль рассеивает коротковолновое солнечное излучение, а значит, уменьшает солнечную энергию, приходящую к Земле и к тропосфере, то тем самым он работает на похолодание климата, поскольку атмосфера при этом должна охлаждаться. Но частицы аэрозоля не только рассеивают коротковолновое солнечное излучение, но и поглощают его. А при поглощении энергия солнечного излучения идет на нагрев атмосферы. Поэтому очень важно оценить, что больше, что меньше, то есть какова роль поглощения.
6
Говоря о влиянии деятельности человека на климат, мы должны учитывать и то, что человек меняет поверхность Земли. При этом меняется отражательная особенность отражательной поверхности. Уменьшение площадей леса меняет в корне биохимический, водяной и энергетический циклы. Результат оголения поверхности от леса в конце концов приводит к осушению атмосферы. Важно не только то, что в результате вырубки и выжигания лесов увеличивается отражательная способность поверхности. Важно и другое – при этом параметр шероховатой поверхности уменьшается с 14,9 до 3 см. В результате поверхностное торможение изменится, угол отклонения ветра от изобар уменьшится. Значит, изменится атмосферное давление, изменятся вертикальные потоки и, в конце концов, изменится циркуляция атмосферы в целом.
Шероховатость поверхности и ее отражательная способность меняются не только в результате уничтожения лесов, но и при строительстве водохранилищ, городов, дорог и т.п. очень наглядна и поучительна ситуация с пустынями. Они расположены в основном в субтропической зоне. Отражательная способность пустынь очень высокая – около 35%. Это значит, что более трети приходящей от Солнца энергии отражается обратно. Окружающие пустыню районы отражают значительно меньше коротковолнового излучения Солнца. Но, кроме того, пустыни теряют энергию и в длинноволновом диапазоне, поскольку в воздухе почти нет водяного пара и это излучение не задерживается атмосферой. Таким образом, пустыни – это зоны потерь энергии. Такими же зонами являются и полярные районы. Эта способность пустынь является причиной того, что восходящие движения воздуха подавляются и формируются направленные вниз вертикальные движения воздуха. По этой причине воздух еще больше удаляется от состояния насыщения. Если в прилегающих к пустыне районах уничтожается растительность, то там увеличивается отражательная способность земной поверхности и эти районы постепенно будут превращаться в пустыни. То же следует ожидать и от уничтожения тропических лесов. Нисходящие вертикальные движения воздуха, характерные для пустынь, иссушают земную поверхность и превращают ее в пустыню. Причин превращения плодородных земель и лесов в пустыни много. Это и перенаселение этих территорий, и чрезмерное использование пастбищ, и чрезмерно интенсивная обработка земли, и т.п.
Отражательная способность Мирового океана меняется в случае разливов нефти и образования на воде пленки. Во всем мире в год производится примерно 4-5 кубических километров нефти. Объем океана составляет 1,4 миллиарда кубических километров. Можно думать, что воды Мирового океана могут бесследно растворить всю производимую нефть. Когда происходит выброс нефти в океан, 10-20% от выброшенного
7
количества перемешивается с более глубокими слоями воды за одни сутки. Образовавшаяся пленка из нефти через несколько суток также рассасывается, растворяется в воде. Биологические и экологические последствия от разлива нефти в Мировом океане крайне неблагоприятны.
Если же нефть разольется на поверхности льда, то это изменит его отражательную способность. Лед станет поглощать значительно больше солнечной энергии. В результате толщина льда уменьшается более чем вдвое. Разлитая нефть долго сохраняется во льдах.
8
Рациональное природопользование.
Оценка ситуации, к которой мы пришли на сегодняшний день, свидетельствует о чрезвычайно важной роли науки в решении проблем ресурсопотребления и ресурсосбережения.
Существует два подхода к экономии ресурсов. Первый – повсеместное наведение порядка, технологической и трудовой дисциплины. Образно говоря, мы должны подобрать то, что лежит у нас под ногами. Но при всей важности такой работы возможности здесь ограничены. И чем мы будем действовать организованнее, настойчивее и результативнее, тем быстрее данные возможности исчерпаем. Так что основывать на подобном подходе долговременную научно-техническую политику нельзя.
Второй же подход базируется на всемирном ускорении научно-технического прогресса во всех сферах народного хозяйства за счет применения прогрессивных технологий и материалов.
Столь сложная и многоплановая задача предусматривает создание, широкое промышленное освоение ресурсосберегающих и безотходных технологий получения и обработки различных материалов, в том числе и принципиально новых, совершенствование правил и норм как проектирования, так и конструирования, научно обоснованные нормы расходы материалов и, бесспорно, повышение надежности и долговечности машин, механизмов, самых разнообразных сооружений.
Новые материалы. Именно их применение дает возможность значительно уменьшить массу машин, отказаться от ныне остродефицитных дорогостоящих материалов, улучшить эксплуатационные характеристики технических устройств.
Важная задача в решении проблемы ресурсосбережения – борьба с коррозией металлов. Потери от нее во всех промышленно развитых странах огромны.
Среди разработок ученых немало таких, которые позволяют усиленно бороться с коррозией. К примеру, большой экономический эффект в защите деталей турбин энергетических транспортных газотурбинных установок дает технология нанесения двухслойных металлокерамических покрытий.
Чрезвычайно перспективное направление экономии металла и повышения срока эксплуатации быстроизнашивающихся деталей – использование наплавки при их производстве и ремонте. В результате наплавка превратилась в обязательный технологический процесс, когда изготавливают различные детали и узлы. Корпуса атомных реакторов, конусы и чаши засыпных аппаратов доменных печей, трубопроводная арматура высоких параметров для энергетических и химических установок, буровой инструмент, клапаны двигателей внутреннего сгорания, рабочие