В декабре 1997 г. в Киото была проведена международная конференция по глобальному изменению климата на планете. В ее работе приняли участие 2 тыс. представителей из 159 стран. Был принят заключительный протокол, который предусматривал общее сокращение выбросов в атмосферу парниковых газов (на 5, 2%). К 2008-2012 гг. страны Европейского Союза должны сократить выбросы парниковых газов (от уровня 1990 г.) на 8%, США — на 7, Япония, Канада — на 6%. Россия и Украина к 2012 г. могут производить парниковые газы на уровне 1990 г. из-за уменьшения промышленного производства в последние годы. Пункт об обязательствах развивающихся стран в итоговый документ не вошел. Возможна торговля квотами на эмиссию парниковых газов (те государства, где эмиссия мала, могут продать свою квоту государствам, где эта эмиссия велика). Однако в ноябре 1998 г. Киотский протокол был ратифицирован только Фиджи — островным государством в Тихом океане.[2]
Кислотные дожди
Сжигание каменного угля на ТЭС ведет к выбросам в атмосферу не только двуокиси углерода. Примеси серы, содержащиеся в угле, приводят к выбросам сернистого газа SO2. Как уже отмечалось, ТЭС на угле, обладающая электрической мощностью в 1 ГВт, выбрасывает в окружающую среду 11 млн т СО2, 120 тыс. т сернистого газа и 20 тыс. т оксидов азота. Сжигание нефти дает в 2 раза меньше выбросов сернистого газа, сжигание газа — в 100 раз меньше. В целом ежегодно в атмосферу выбрасывается 190 млн т сернистого газа, 250 млн т пыли, более 65 млн т оксидов азота.
Антропогенные выбросы сернистого газа в 2 раза превышают поступление этого газа в результате природных явлений, антропогенные выбросы оксидов азота составляют примерно 40% от естественных выбросов.
Смешиваясь в облаках с парами воды, сернистый газ порождает серную кислоту, а оксиды азота — азотную кислоту, которые затем падают на землю в виде кислотных дождей.
Проблема кислотных дождей возникла в начале 70-х годов. Наиболее остро она проявилась в странах Скандинавского полуострова, где в тысячах озер стала исчезать рыба, микроорганизмы, причем вода вроде бы оставалась такой же чистой. Понадобились годы исследований, чтобы понять, что закисление среды и ее последствия не только скандинавская проблема, все грозные признаки этого налицо в восточных районах США (за 20 лет кислотность увеличилась в 10-30 раз в 30-60% озер), Канады, ФРГ, Англии, Бельгии, Нидерландах, Польше и других странах Западной и Восточной Европы. Западные области СНГ также попадают в ареал распространения кислотных дождей.
От таких дождей страдают не только озера, но и леса, поля, пастбища. Кислота, падающая с неба, разъедает исторические памятники, трубопроводы, столбы, бетонные фундаменты, кабели. В Западной Европе жертвами кислотных дождей стали 38% лесов. Только в ФРГ от кислотных дождей пострадало около 50% лесов, в Австрии — примерно 30%, поражены леса в Чехии, Словакии, Польше (75%>) и других странах Европы.
Швеция имеет более 100 000 озер на своей территории, из них 18 000 мертвые, лишенные жизни.
В Норвегии в 5000 из 17 500 озер исчезла рыба. В Канаде из-за частых кислотных дождей стали мертвыми 14 000 озер.
Из-за кислотных дождей скорость коррозии в промышленных районах в 2-10 раз выше, чем в сельской местности. Когда люди вдыхают туман, содержащий капельки кислоты, это вызывает у них аллергию и бронхиты. При вдыхании кислотных частиц с пылью, содержащей тяжелые металлы (медь, цинк и др.), возможно появление раковых опухолей.
Главным «экспортером» кислотных дождей в Европе в 80-х годах стала Великобритания. В нашу страну поступает в 8 раз больше сернистого газа и в 7, 3 раза больше оксидов азота, чем выносится с ее территории в другие государства.
Для уменьшения выбросов сернистого газа предлагается:
1. Промывка угля после измельчения. Это приводит к удалению 50-90% соединений серы-пирита и к увеличению стоимости электроэнергии примерно на 10%.
2. Химическое удаление серы — десульфурация. В этом случае затраты на производство электроэнергии возрастут на 15-25%. В США в 1991 г. около 50% угля, используемого на ТЭС, подвергалось очистке. Во Франции и Великобритании очищается весь уголь.
3. Замена угля на низкосернистые виды топлива: нефть и газ.
4. Сжигание угля в псевдосжиженном слое в смеси с песком и известью, которая постоянно как бы кипит под действием вдуваемого снизу воздуха. В результате сера соединяется с известью и удаляется с золой.
5. Использование скрубберов—жидких фильтров, содержащих водный раствор извести, для газообразных продуктов сгорания.
Снижение выбросов оксидов азота возможно при использовании специальных горелок для последовательного досжигания первичных продуктов сгорания с помощью селективного каталитического восстановления оксидов азота и др.
К наиболее неблагоприятным районам России по кислотным осадкам относятся: Кольский полуостров, восточный склон Уральского хребта и район Таймыра. Кислотные осадки присутствуют в радиусе – 10 - 20 км вокруг индустриальных гигантов. При наличии кислотных дождей снижается урожайность капусты, свеклы, огурцов, лука, гороха, салата, ячменя, кукурузы. Повышенная кислотность терпима лишь для картофеля. Для уменьшения кислотности необходимо известкование почвы.
Мировое сообщество принимает определенные шаги по борьбе с кислотными дождями. В 1983 г. вступила в силу Конвенция о трансграничном загрязнении воздуха на больших расстояниях.
В 1985 г. в Хельсинки 20 государств Европы и Канада подписали протокол снижении выбросов серы на 30%.
Проблема уменьшения концентрации озона в атмосфере
Современные проблемы озонового слоя в атмосфере
Роль озонового слоя. В атмосфере Земли слой озона, называемый озоносферой, расположен в стратосфере на высотах 21-26 км. Озоносфера – защитная оболочка, предохраняющая биосферу от биологически активной ультрафиолетовой радиации Солнца с длиной волны менее 310 нм. Полагают, что озоносфера возникла около полумиллиарда лет назад, когда в атмосферу начал поступать биогенный (фотосинтетического происхождения) кислород. С появление озоносферы появилась возможность развития сложных форм жизни на суше. В нынешней атмосфере концентрация озона в данной точке в данный момент времени определяется балансом большого числа противоборствующих процессов. В тропической зоне (± 30° относительно экватора) озоносфера относительно тонкая (приведённая к нормальным условиям толщина 0, 26 см) и весьма устойчивая – мало меняется с сезоном и ото дня ко дню. На более высоких широтах она становится в 1, 5 – 2, 0 раза мощнее, сильно варьирует с сезоном (максимум толщи для северного полушария - весна) и может изменяться за несколько суток на 20 – 30%. Распределение озона также влияет на термический режим атмосферы. Динамика озоносферы в данном случае интересна сама по себе из-за непосредственных гелиобиологических последствий. В центре основной полосы ультрафиолетового поглощения озона близ 260 нм ослабление настолько велико, что изменение толщи озоносферы в её пределах никак не сказывается на интенсивности приземного излучения. Однако на краю полосы, как раз близ максимума эффективности канцерогенного действия на кожу человека (290 – 300 нм), сравнительно небольшие изменения толщи озоносферы приводят к заметным изменениям потока излучения близ земной поверхности. В специально литературе можно часто встретить такую оценку (весьма приближенную): уменьшение толщи озоносферы на 1% приводит на средних широтах к увеличению интенсивности радиации в полосе В (т. е. в диапазоне длин волн 290 - 320 нм) на 2%. Современные изменения показывают, что эта оценка несколько завышена. Более точная величина составляет 1, 2±0, 1% на 1% уменьшения толщи озона. В среднем в атмосфере Земли ежесекундно образуется и исчезает около 100 т озона.
Концентрация озона О3 в слое по широтам и по сезонам года изменяются. Наиболее устойчивый озоновый слой в зоне тропиков, где Солнце обеспечивает постоянное и интенсивное ультрафиолетовое (УФ) излучение, а наименее устойчив у полюсов. Молекулы О3 интенсивно поглощают УФ-излучение Солнца в диапазоне волн около l=0, 25 мкм, слабо при l=0, 4 мкм и вновь интенсивно при l=0, 6 мкм. Поэтому озоновый слой можно рассматривать как защитный экран для живых организмов на Земле от потоков УФ-излучения Солнца. Наибольший защитный эффект достигается в диапазоне длин волн менее l=0, 32 мкм.
УФ-излучение Солнца по-разному влияет на живые организмы. В диапазоне длин волн менее от 0, 4 до 0, 32 мкм его негативное влияние на живые организмы незначительно. Уф излучение с длиной волны в диапазоне 0, 32-0, 28 мкм вызывает загар и оказывает тонизирующее действие на организм человека при малых дозах облучения; ожоги и разрушения нуклеиновых кислот – при больших дозах. По своему воздействию на живые организмы жесткий ультрафиолет близок к ионизирующим излучениям, однако из-за большей, чем у g-излучения длины волны он не способен проникать глубоко в ткани и поэтому поражает только поверхностные органы. Уф излучения с длиной l<0, 28 мкм обладают сильным бактерицидным воздействием и могут привести к злокачественным новообразованиям на открытых участках кожи человека, заболеваниям глаз и ослаблению иммунной системы. Жёсткий ультрафиолет обладает достаточной энергией для разрушения ДНК и других органических молекул, что может вызвать рак кожи, особенно быстротекущую злокачественную меланому, катаракту и иммунную недостаточность. Уже сейчас во всём мире заметно увеличение числа заболевания раком кожи, однако значительное количество других факторов (например, возросшая популярность загара, приводящая к тому, что люди больше времени проводят на солнце, таким образом получая большую долю УФ-облучения) не позволяет однозначно утверждать, что в этом повинно уменьшение содержания озона. Также такое УФ-излучение нарушает фотосинтез растений, поражает планктон, губительно влияет на животных. Жёсткий ультрафиолет плохо поглощается водой и поэтому представляет большую опасность для морских экосистем. Эксперименты показали, что планктон, обитающий в поверхностном слое, при увеличении интенсивности жёсткого УФ-излучения может серьёзно пострадать и даже погибнуть полностью. Планктон находится в основании пищевых цепочек практически всех морских экосистем, поэтому без преувеличения можно сказать, что практически вся жизнь в приповерхностных слоях морей и океанов может исчезнуть. Растения менее чувствительны к УФ-излучению, но при увеличении дозы могут пострадать и они.