Двуокись углерода использовали в качестве охлаждающего вещества уже в прошлом столетии при ловле рыбы. В 30-х годах на смену СО2 пришли синтетические и вредные для окружающей среды вещества. Они сделали возможным использование под высоким давлением более простой техники. Учёные разрабатывают компоненты совершенно новой охладительной системы с использованием СО2. В эту систему входят компрессор, охладитель газа, расширитель, испаритель, коллектор и внутренний теплообменник. Необходимое для СО2 высокое давление с учетом более совершенных, чем раньше, материалов не представляет большой опасности. Несмотря на их повышенную устойчивость к давлению, новые компоненты по своим габаритам и весу сравнимы с обычными установками. Испытания нового автомобильного кондиционера показывают, что использование двуокиси углерода в качестве охлаждающего вещества позволяет на треть снизить выброс парниковых газов.[6]
Некоторые парниковые газы и их влияние
Значительно усугубляют проблему некоторые другие (кроме CO2) газы, выбрасываемые человеком в атмосферу, особенно метан, хлорфторуглероды и оксиды азота, поглощающие инфракрасное излучение в 50-100 раз сильнее, чем углекислый газ. Следовательно, хотя их содержание в воздухе значительно ниже, они влияют на температурный режим планеты почти так же, как он.
Если допустить сохранение существующих тенденций, к 2050 году концентрация углекислого газа в атмосфере удвоится. В свою очередь компьютерные модели различных климатических параметров показывают, что это повлечёт за собой повсеместное потепление на 1,5-4,5°С. Вероятно, оно будет более выражено в полярных районах (до 10°С) и менее – в экваториальных (1-2°С). Значительные разногласия возникают по вопросу о том, как такое потепление будет влиять на облачность и как это отразится на распределении солнечной радиации. Однако саму возможность потепления никто не отрицает.
На первый взгляд оно кажется умеренным. Однако рост окружающей температуры на 4,5-5,5°С выше её пиков, достигающих 38°С, может оказаться катастрофическим. Более того, такое потепление вызовет таяние горных ледников и полярных льдов, достаточное для поднятия уровня мирового океана на 1,5 метра. Это приведёт к затоплению и гораздо большей подверженности обширных прибрежных зон влиянию штормов, то есть заставит людей покинуть обжитые места. И мигрировать в глубь суши.
Влияние глобального потепления на осадки и сельское хозяйство, вероятно, окажется ещё более сильным. Различная температура на полюсах и экваторе – основная движущая сила циркуляции атмосферы. Более сильное потепление на полюсах приведёт к её ослаблению. Это изменит картину циркуляции атмосферы, а значит, и распределение осадков. В некоторых случаях их количество, вероятно, увеличится, а в других уменьшится.
Для Северной Африки, которая в настоящее время представляет собой пустыню, увеличение осадков, по-видимому, будет полезно. Однако США И Канада при этом останутся в проигрыше. Центральная часть Северной Америки – один из важнейших сельскохозяйственных регионов мира, производящий огромное количество избыточной кукурузы и пшеницы. Осадки здесь, уже сейчас минимальные для этих культур, вероятно, сильно сократятся. По словам бывшего директора Национального центра атмосферных исследований доктора Уолтера Робертса, «Пыльный котёл в США в середине 1930-х годов был величайшим климатическим бедствием в истории нашего государства. Однако он может показаться детской забавой по сравнению с Пыльным котлом 2040-х годов. В результате потепления естественные осадки могут сократиться на 40%, летом станет жарче, испарение с поверхности земли увеличится, почвы пересохнут, а ветра поднимут их к небесам.»
Орошением вряд ли удастся исправить ситуацию. Вспомним, что уровень грунтовых вод уже понижается на большей части этого региона из-за их расходования на нужды сельского хозяйства. К 2040 году, а может быть и раньше, их запасы будут истощены. Возможно, сельское хозяйство сможет приспособиться к иному климату, например, за счёт простого смещения посевных площадей на север. Однако основная трудность – в незнании, чего следует ожидать. Фермеры уже теряют в среднем один урожай из пяти из-за неблагоприятной погоды. При климатических сдвигах её капризы станут ещё более ощутимы, и потери в связи с этим урожая возрастут катастрофически. Достаточно вспомнить, что потеря 40% урожая кукурузы в 1988 году в США – результат засухи.
III. Нарушение озонового экрана
Природа и значение озонового экрана
Ещё одним вредным последствием выброса парниковых газов в атмосферу является разрушение ими озонового слоя – своеобразного щита от «жёстких» солнечных лучей. Дело в том, что наряду с видимым светом Солнце излучает ультрафиолетовые волны. Ультрафиолетовое излучение похоже на световое, но длина его волн несколько короче, чем у фиолетовых волн, самых коротковолновых из воспринимаемых глазом человека. Хотя ультрафиолетовые лучи невидимы, они обладают большей энергией, чем видимые. Проникая сквозь атмосферу и поглощаясь тканями живых организмов, они разрушают молекулы белков и ДНК. Именно это происходит, когда вы загораете. Если бы всё ультрафиолетовое излучение, попадающее на верхние слои атмосферы, достигало поверхности Земли, то вряд ли на ней сохранилась бы жизнь; все растения и животные просто «зажарились» бы. Даже небольшая, доступная нам часть этого количества (менее 1%) вызывает загар и ежегодно 200 000-600 000 случаев рака кожи в США.
Мы защищены от агрессивного воздействия ультрафиолетового излучения, так как большая его часть (свыше 99%) поглощается слоем озона в стратосфере на высоте около 25 километров от поверхности земли. Этот слой обычно называют озоновым экраном. Необходимость его сохранения не требует доказательств. Однако некоторые антропогенные вещества, в частности парниковые газы, его разрушают.
Формирование и разрушение озонового слоя
Интересно, что озон в стратосфере – это продукт воздействия самого ультрафиолета (УФ) на молекулы кислорода (О2). В результате некоторые из них распадаются на свободные атомы, а те в свою очередь могут присоединяться к другим молекулам кислорода с образованием озона (О3). Однако весь кислород не превращается в озон, так как свободные атомы О, реагируя с молекулами озона, дают две молекулы О2. Таким образом, количество озона в стратосфере не статично; оно представляет собой результат равновесия между этими двумя реакциями. Однако в 1970-е годы учёные предположили, что свободные атомы хлора катализируют процесс разделения озона. А люди ежегодно пополняют состав атмосферы свободным хлором и прочими вредными веществами. Причём относительно небольшое их количество может наносить значительный ущерб озоновому экрану, причём это влияние буде продолжаться неопределённо долго, так как атомы хлора, например, покидают стратосферу очень медленно.
Источники атомов хлора, поступающих в атмосферу
Большая часть хлора, используемая на земле, например, для очистки воды, представлена его растворимыми в воде соединениями ионами. Следовательно, ни вымываются из атмосферы осадками задолго до того, как попасть в стратосферу. Хлорфторуглероды (ХФУ), то åсть îáûêíîâåííûå óãëåâîäîðîäíûå ìîëåêóëû, â êîòîðûõ íåêîòîðûå атомыводорода çàìåùåíû õëîðîì è фтором, â данном ñëó÷àå ÿâëÿþòñÿ èñêëþ÷åíèåì. Îíè очень летучи и нерасворимы в воде. Следовательно, они не вымываются из атмосферы и, продолжая распространяться в ней, достигают стратосферы. Там они могут разлагаться, высвобождая атомарный хлор, который собственно и разрушает озон. Таким образом, ХФУ наносят ущерб, выступая в роли переносчиков атомов хлора в стратосферу.[7]
Хлорфторуглероды относительно инертны химически, негорючи и ядовиты. Более того, будучи газами при комнатной температуре, они ожигаются при небольшом давлении в выделением тепла, а испаряясь, вновь его поглощают и охлаждаются. Эти свойства позволили применять их в следующих целях.