Технологическая деятельность человека и ее влияние на климат Земли

Размах  величин зависит от качества топлива  и типа топочных агрегатов. Электростанция мощностью 1000 МВт, работающая на угле, при условии нейтрализации 80% диоксида серы ежегодно выбрасывает в атмосферу 36 млрд м³ отходящих газов, 5000 т SO₂, 10000 т NO_x 3000 т пыледымовых частиц, 100 млн м³ пара, 360 тыс. т золы и 5 млн м³ сточных вод с содержанием примесей от 0,2 до 2 г/л. В среднем в топливной теплоэлектроэнергетике на 1 т условного топлива выбрасывается около 150 кг загрязнителей. Всего стационарными теплоэнергетическими источниками мира выбрасывается за год около 700 млн т загрязнителей различных классов опасности, в том числе около 400 млн т аэрополлютантов.    

Число двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в мире превысило 1 миллиард. Около 670 млн из них - двигатели автомобилей. Остальное количество относится к другим видам транспорта, сельхозмашинам, военной технике, малой моторной технике и стационарным ДВС. Более 80% автопарка приходится на легковые автомобили. Из 3,3 млрд т нефти, добываемой сейчас в мире, почти 1,5 млрд т (45%) используются всеми видами транспорта, в том числе 1,2 млрд т - легковыми автомобилями.     

Рассмотрим  обмен веществ «среднего» легкового автомобиля с карбюраторным двигателем при расходе горючего в смешанном режиме движения 8 л (6 кг) на 100 км. При оптимальной работе двигателя сжигание 1 кг бензина сопровождается потреблением 13,5 кг воздуха и выбросом 14,5 кг отработанных веществ. Их состав отражен в табл. 2. Соответствующий выброс дизельного двигателя несколько меньше. Вообще в выхлопе современного автомобиля регистрируется до 200 индивидуальных веществ. Общая масса загрязнителей - в среднем около 270 г на 1 кг сжигаемого бензина – дает в пересчете на весь объем горючего, потребляемого легковыми автомобилями мира, около 340 млн т. Аналогичный расчет для всего автомобильного транспорта (плюс грузовые автомобили, автобусы) увеличит эту цифру по меньшей мере до 400 млн т. Следует также иметь в виду, что в реальной практике эксплуатации автотранспорта весьма значительны разливы и утечки горючего и масел, образование металлической, резиновой и асфальтовой пыли, вредных аэрозолей.       

Таблица 2      

Состав  отработавших газов автомобиля, % по объему

    2.3. Нарушение озонового  слоя    

В 70-х годах появились сообщения  о региональных снижениях содержания озона в стратосфере. Особенно заметной стала сезонно пульсирующая озоновая дыра над Антарктидой площадью более 10 млн км², где содержание О₂ за 80-е годы уменьшилось почти на 50%. Позднее «блуждающие озоновые дыры», правда, меньшие по размеру и не с таким значительным снижением, стали наблюдаться в зимнее время и в Северном полушарии, в зонах стойких антициклонов - над Гренландией, Северной Канадой и Якутией. Средняя скорость глобального уменьшения за период с 1980 по 1995 г. оценена в 0,5-0,7% в год.    

Поскольку ослабление озонового экрана чрезвычайно  опасно для всей наземной биоты и  для здоровья людей, эти данные привлекли пристальное внимание ученых, а затем и всего общества. Был высказан ряд гипотез о причинах нарушения озонового слоя. Большинство специалистов склоняется к мнению о техногенном происхождении озоновых дыр. Наиболее обосновано представление, согласно которому главной причиной является попадание в верхние слои атмосферы техногенного хлора и фтора, а также других атомов и радикалов, способных чрезвычайно активно присоединять атомарный кислород, тем самым конкурируя с реакцией    

О + О₂ ?® О₃.       

Рис. 4. Мировое производство хлорфторуглеродов  
     

Занос активных галогенов в верхние  слои атмосферы опосредован летучимихлорфторуглеродами (ХФУ) типа фреонов (смешанные фторохлориды метана и этана, например, фреон-12 - дихлордифторметан, CF₂CI₂), которые, будучи в обычных условиях инертными и нетоксичными, под действием коротковолновых ультрафиолетовых лучей в стратосфере распадаются. Вырвавшись «на свободу», каждый атом хлора способен разрушить или помешать образованию множества молекул озона. Хлорфторуглероды обладают рядом полезных свойств, обусловивших широкое их применение в холодильных установках, кондиционерах, аэрозольных баллончиках, огнетушителях и т.д. С 1950 г. объем мирового производства       

Рис. 5. Данные по глобальному  потеплению:      

А - отклонения от среднего значения температуры приземного воздуха  в XX веке и прогноз,      

Б - глобальная тенденция средней температуры во второй половине столетия      

ХФУ ежегодно возрастал на 7 - 10 % (рис. 4) и в 80-х годах составил около 1 млн т. В последующем были приняты международные соглашения, обязывающие стран-участниц сократить использование ХФУ. США еще в 1978 г. ввели запрет на использование ХФУ-аэрозолей. Но расширение других областей применения ХФУ снова привело к росту их мирового производства. Переход промышленности к новым озоносберегающим технологиям связан с большими финансовыми затратами. В последние десятилетия появились и другие, чисто технические пути заноса активных разрушителей озона в стратосферу: ядерные взрывы в атмосфере, выбросы сверхзвуковых самолетов, запуски ракет и космических кораблей многоразового использования. Не исключено, однако, что часть наблюдаемого ослабления озонового экрана Земли связана не с техногенными выбросами, а с вековыми колебаниями аэрохимических свойств атмосферы и независимыми изменениями климата.  
 

2.4. Общая ситуация  и прогнозы    

Для оценки общей ситуации воздействия  техногенной деятельности человека на окружающую среду, я воспользовался материалами, приведенными в последнем  отчете (2007) Межправительственной комиссии по изменению климата (IPCC).

Так, по данным IPCC, в 2007 году концентрация CO2 в  атмосфере составляла 380 промилле. Каждый год деятельность человека увеличивает это число. Некоторые ученые-климатологи и экономисты, такие как Дэвид Штерн и Джеймс Хансен считают, что концентрация в 450 промилле - предельно допустима, чтоб избежать вреда, который CO2 нанесет экосистеме и экономике планеты. В XX в. на естественный ход природных процессов накладывается воздействие человека, что стало заметно в ледниковых отложениях. Повышается антропогенная концентрация атмосферных нитратов и сульфатов: за 100 лет содержание во льду анионов SO4(-2) выросло в три-четыре раза, а с 1950-х годов начала расти концентрация N03(-), к настоящему времени уже успевшая удвоиться из-за выбросов автотранспорта. Однако, главное влияние на климат, по мнению IPCC, человечество оказывает увеличением не столько выбросов аэрозолей, сколько парниковых газов: СО2, СН4, NO2 и фреонов. Детальные наблюдения за концентрацией CO2 в атмосфере ведутся уже многие годы на обсерватории Мауна-Лоа (Гавайские о-ва) и на Южном полюсе. По этим данным, с начала XIX в. по 80-е годы XX в. она выросла с 285 ppm, что типично для межледниковых условий, до 335—338 ppm, чему нет аналогов в данных из скважины со станции Восток. Современная концентрация метана в атмосфере равна 1,7 ppm — и в 2,5 раза больше максимума, выявленного по керну из района станции Восток. Если сравнить нынешние концентрации парниковых газов с определенными по ледниковому керну для доиндустриальной эпохи, оказывается, что за последние 200 лет их рост составил: 25% для СО2, 100% для СH4, 8 -10% для NO2.    

Последние значения согласуются с данными  о масштабах сжигания минерального топлива, а общий рост содержания парниковых газов в атмосфере  – с увеличением населения Земли, которое за те же 200 лет увеличилось с 1 до 5 млрд. чел. Значит, именно рост народонаселения приближает человечество к экологической катастрофе.

Собственно  ледниково-межледниковые колебания  испытывают на себе влияние быстрых  обратных связей, обусловленных наличием водяного пара в атмосфере, облачностью, снежным покровом и морским льдом, а также более длительных, обязанных медленным изменениям структуры и состава атмосферы, что переносит холодные условия ледниковой эпохи в какой-то мере на межледниковье. Чтобы понять механизм этих процессов, нужно исследовать чувствительность глобального климата к изменениям концентрации парниковых газов. Известно, что разогрев земной поверхности под влиянием антропогенных факторов за последнее столетие составил 2 Вт/м2, а в будущем, из-за ожидаемого удвоения концентрации СО2 в атмосфере (от 300 до 600 ppm), он может достигнуть 4 Вт. Кажется, что это немного по сравнению со средним потоком поглощенной солнечной радиации, равным 240 Вт/м2, но и эта величина приводит к повышению приземной температуры в среднем на 1,2°С. А с учетом упомянутых эффектов обратных связей, усиливающих такой нагрев, общее потепление может оказаться значительнее. Современные оценки дают 2,8 - 5,2°С (в среднем около 4°С). Это втрое больше, чем без учета обратных связей. И именно эта величина определяет чувствительность климата к росту концентраций парниковых газов. Таким образом, вклад парниковых газов в изменение температуры в Центральной Антарктиде за последний климатический цикл может колебаться в пределах 40-65%, или примерно 50 ± 10 %. Это означает, что приблизительно 3° из 6°С - амплитуды ледниково-межледниковых изменений - могут быть обязаны парниковому эффекту. Однако грядет «парниковое» потепление, в результате чего могут растаять некоторые ледниковые покровы и уровень океана повысится на 5—7 м всего за десятки лет. Это будет поистине глобальная катастрофа: целые страны (например, Голландия), крупнейшие города мира — Нью-Йорк, Токио, Санкт-Петербург и др.— окажутся под водой.

Такова цепочка рассуждений, которая протягивается от древнего ледяного керна,

извлеченного  с глубины более 2 км, к будущему окружающей среды, в значительной степени зависящему от разумности действий человечества.

2.5. Решения по  проблеме техногенного воздействия     

Рамочная  конвенция ООН об изменении климата (РКИК ООН) была принята в 1992 году в  ответ на появление всё большего числа научных свидетельств, что  глобальное изменение климата определяется антропогенным изменением содержания парниковых газов атмосферы. Ряд последствий потепления, в частности, увеличение частоты экстремальных погодных явлений, таяние горных ледников, повышение уровня океана, весьма негативно сказываются на состоянии природной среды и развитии общества. Долгосрочной целью Конвенции была провозглашена стабилизация концентраций парниковых газов атмосферы на таком уровне, который не допускал бы опасного антропогенного воздействия на климатическую систему планеты. Ключевой формой деятельности по смягчению климатических изменений признано сокращение антропогенных выбросов парниковых газов. Поскольку эмиссии, в основном, связаны со сжиганием ископаемого

топлива, являющимся главным источником энергии  в современном мире, такая постановка долгосрочной цели РКИК ООН неминуемо должна была отразиться на развитии мировой экономической системы.    

Важным  элементом Конвенции стал принцип  общей, но дифференцированной ответственности. Все страны были разделены на две группы: развитые (страны Европы,

США, Канада, РФ, Япония, Австралия, Новая Зеландия) и развивающиеся. Полный перечень развитых стран приводится в Приложении I к РКИК ООН. Согласно Конвенции, страны Приложения I должны играть ведущую роль в борьбе с изменением климата и его

негативными последствиями. Помимо ограничения  национальных выбросов парниковых газов, положения РКИК ООН обязывают развитые страны предоставлять финансовые и технологические ресурсы развивающимся странам для мер смягчения, а наиболее уязвимым странам — и для адаптации к климатическим изменениям. Странам Приложения I, осуществляющим переход к рыночной экономике (в том числе и России), предоставляется определенная степень гибкости в выполнении своих обязательств.

Киотский  протокол к РКИК ООН был принят в 1997 году в целях ужесточения обязательств развитых стран. Протокол имеет ограниченный период действия (2008– 2012 гг.) и предписывает каждой из стран строго определенные уровни выбросов к концу этого периода. Так, эмиссии в 2012 году должны составлять от уровня 1990 года не более 93% в США, 92% — в Европейском союзе, 100% — в России. Киотским протоколом были введены финансовые механизмы, способствующие выполнению развитыми странами своих обязательств, в частности, торговля квотами на выбросы, совместное осуществление, чистое развитие. (Суть торговли квотами состоит в том, что страны, не справляющиеся со своими обязательствами по сокращению выбросов, могут покупать квоты у тех стран Приложения I, которые «перевыполнили» обязательства. Проекты совместного осуществления проводятся между странами Приложения I, при этом страна, инвестирующая проект, получает права на сокращения выбросов, являющиеся результатом проекта. Механизм чистого развития используется в том случае, если страна, принимающая проект, является развивающейся).