изменение климата под влиянием человека 1. Глобальное потепление 2. Глобальное затемнение 3. Кислотные дожди 4. Озоновые дыры в атмосфере Земли 5. Климатические последствия ядерной войны 6. Климатические войны 7. Климат большого города 8. Управление климатом 1
2
Ø Что такое парниковый эффект? Ø Как действует парниковый эффект? Ø Парниковые газы. Ø Влияние парникового эффекта на климат Земли. Ø Таянье ледников- индикатор потепления климата. Ø Киотский протокол. Ø 14 заблуждений о глобальном потеплении. Ø Климатгейт. 3
Что такое парниковый эффект? Парнико вый(тепличный) эффе кт — это повышение температуры атмосферы из-за поглощения парниковыми газами инфракрасного излучения, отраженного поверхностью Земли. 4
Парниковый эффект, история вопроса Ещё в 1827 году французский физик Жозеф Фурье предположил, что атмосфера земли выполняет функцию своего рода стекла в теплице: воздух пропускает солнечное тепло, не давая ему при этом излучаться обратно в космос. Этот эффект достигается благодаря некоторым атмосферным газам второстепенного значения, каковыми являются, например, водяные пары и углекислый газ. Они пропускают видимый и «ближний» инфракрасный свет, ультафиолет, излучаемые солнцем, но поглощают «далекое» инфракрасное излучение, имеющее более низкую частоту и образующееся при нагревании земной поверхности солнечными лучами. Если бы этого не происходило, Земля была бы примерно на 30 градусов холоднее, чем сейчас, и жизнь бы на ней практически замерла. 5
Парниковый эффект. Как это происходит? . Накопление углекислого газа в атмосфере - одна из основных причин парникового эффекта. Углекислый газ действует в атмосфере, как стекло в оранжерее: он пропускает солнечную радиацию и не пропускает обратно в космос инфракрасное (тепловое) излучение Земли. 6
Парниковые газы • Водяной пар — основной естественный парниковый газ, ответственный более, чем за 60 % эффекта. • Углекислый газ (CO 2)- источниками углекислого газа в атмосфере Земли являются вулканические выбросы, жизнедеятельность организмов, деятельность человека. • Метан (CH 4)- основными антропогенными и естественными источниками поступления его в атмосферу являются пищеварение у жвачных животных (коровы, овцы, козы), а также рисоводство и бактериальные процессы, происходящие в болотах • Озон (О 3) • Оксид углерода (СО) • Галогенуглеводороды • Оксиды азота 7
Потенциал глобального потепления некоторых газов Время ПГП за период Химичес Парниковый существо кая газ вания формула (лет) 20 лет 100 лет 500 лет Диоксид Переменное CO 2 1 1 1 углерода значение Метан CH 4 12 72 25 7, 6 Закись азота N 2 O 114 289 298 153 HFC-23 CHF 3 270 12 000 14 800 12 200 HFC-134 a CH 2 FCF 3 14 3 830 1 430 435 Гексафторид SF 6 3 200 16 300 22 800 32 600 серы Тетрафторметан CF 4 50 000 5 210 7 390 11 200 сокр. ПГП, англ. Global warming potential, GWP) — коэффициент, определяющий степень воздействия различных парниковых газов на глобальное потепление. Эффект от выброса оценивается за определённый промежуток времени. В качестве эталонного газа взят диоксид углерода (CO 2), чей ПГП равен 1. Коэффициент ПГП был введён в 1997 году в Киотском протоколе. 8
Антропогенные источники парниковых газов 9
Влияние парникового эффекта на климат Земли За последние 100 лет в связи с активной деятельностью человека доля двуокиси углерода возросла приблизительно на 25% и средняя температура Земли повысилась на 0, 7ºС. Земля нагревается неравномерно, температур а на полюсах увеличиваются значительно сильней, чем в средних и низких широтах. Если эта тенденция сохранится, то наступят более долгие периоды засухи, интенсивное выпадение осадков, более мощные ураганы. Прогнозируется повышение уровеня моря. Плодородные регионы побережья станут жертвой моря и будут затоплены. Может возникнуть угроза голода и миграции народов с губительными социальными последствиями. Климат Земли грозит нам еще большими неприятностями, чем те, что он преподнес в последние годы - катастрофические ураганы, бурные наводнения и жестокие засухи. Подобные природные явления, вероятно, будут повторяться все чаще и станут разрушительнее. Это будет продолжаться до тех пор, пока человечество не найдет способ значительно уменьшить содержание парниковых газов, разогревающих атмосферу 10
Влияние парникового эффекта на климат Земли • Итак основным следствием парникового эффекта является глобальное потепление 11
Возможные последствия глобального потепления климата Мы не можем точно сказать к каким изменениям климата может привести глобальное потепление. По мнению ученых, если сохранится тенденция глобального потепления, это приведет к изменению погоды и увеличению количества осадков, что, в свою очередь, приведет к подъему уровня Mирового океана. • В США и бывшем СССР последние 30 -40 лет выпадает осадков на 10 процентов больше, чем в прошлом. В то же время, количество осадков над экватором сократилась на те же 10% 12
Возможные последствия глобального потепления климата Дальнейшее изменение в системе выпадения осадков окажет огромное воздействие на сельское хозяйство, смещая зоны возделывания культур в северные районы Северной Америки и Евразии. Наиболее благоприятные условия для выращивания культур сложатся в сельскохозяйственных регионах России. Обильные осадки будут выпадать в Северной Африке, где засуха продолжается с 1970 -го года. Кроме того, повышение температуры увеличит испарение влаги с поверхности океана. Это приведет к увеличению выпадения осадков на 11 процентов. Последствия потепления климата будут ощущаться на Северном и Южном полюсах, где увеличившаяся температура приведет к подтаиванию ледников. По расчетам ученых увеличение температуры на 10 градусов по Цельсию, вызовет повышение уровня Мирового океана на 5 -6 метров, что приведет к затоплению многих прибрежных территорий во всем мире. 13
Погодные аномалии Уже сегодня мы сталкиваемся с участившимися климатическими аномалиями. Это и всё более сильные ураганы и штормы, наводнения, засуха, выпадение снега там, где его никогда не ждали, необычайно тёплые зимы в северных широтах. 14
Таянье ледников- индикатор потепления климата Наиболее чувствительными к потеплению климата являются ледники. Ледник Упсала в Патагонии (Аргентина) был одним из самых больших ледников Южной Америки, но теперь он исчезает со скоростью 200 м в год. 15
Таянье ледников- индикатор потепления климата Ледник Роун, Валаис, Швейцария поднялся вверх на 450 метров. 16
Таянье ледников- индикатор потепления климата Ледник Портадж на Аляске 17
Киотский протокол • Проблема влияния парникового эффекта на климат земли является одной из важнейших задач, требующих скорейшего решения. Начальным этапом решения проблемы стали международные договорённости по сокращению выбросов парниковых газов в атмосферу. 18
Киотский протокол — международный документ, принятый в Киото (Япония) в декабре 1997 года в дополнение к Рамочной конвенции ООН об изменении климата. Период подписания протокола открылся 16 марта 1998 г. и завершился 15 марта 1999 г. 19
География Киотского протокола По состоянию на 14 февраля 2006 г. Протокол был ратифицирован 161 страной мира, совокупно ответственными за более чем 61 % общемировых выбросов. Исключением из этого списка являются США 20
Киотский протокол стал первым глобальным соглашением об охране окружающей среды, основанным на рыночных механизмах регулирования — механизме международной торговли квотами на выбросы парниковых газов. Страны участницы Протокола определили для себя количественные обязательства по ограничению либо сокращению выбросов на период с 1 января 2008 до 31 декабря 2012 года. Цель ограничений — снизить в этот период совокупный средний уровень выбросов 6 типов газов (CO 2, CH 4, гидрофторуглеводороды, перфторуглеводороды, N 2 O, SF 6) на 5, 2 % по сравнению с уровнем 1990 года. 21
14 заблуждений о глобальном потеплении Человек с древних времен склонен верить не вполне обоснованным суждениям. Часть из них не лишена логики, но другие оказываются мифами. То же самое и с глобальным потеплением. Вот распространенные заблуждения, связанные с ним: Ø 1) Глобального потепления вообще не происходит. К сожалению происходит. Наукой не раз доказано, а фактами подтверждено, что температура быстро растет. Ø 2) Глобальное потепление - естественный процесс. Скорее всего нет (повышение температуры, особенно с 70 -х годов, намного превышают естественные изменения). Ø 3) В любом случае последствия будут постепенными. Ø Сильные штормы становятся все чаще, а историей доказано, резкое изменение климатических условий может наступить внезапно, буквально за несколько лет. 22
14 заблуждений о глобальном потеплении Ø 4) Глобальное потепление приведет к всемирному потопу. Если потепление будет идти теми же темпами, то уровень мирового океана поднимется на 1 метр. Если же допустить, что все ледники растают, что конечно же невозможно, то вода поднимется на 10 метров. И если учесть, что средняя высота суши над уровнем океана - 840 метров, то переживать так сильно по поводу затопления не стоит. Ø 5) Глобальное потепление – единственная причина резких, непредсказуемых изменений погоды. Далеко не единственная. Существует ряд естественных, циклических процессов, к которым глобальное потепление не имеет никакого отношения. И именно они являются тем, что может вызвать резкое потепление или похолодание. Такими факторами могут послужить океанские течения, циклоны, изменение магнитного поля Земли и просто совпадения. 23
14 заблуждений о глобальном потеплении Ø 6) Выбросы углекислого газа слишком незначительны, чтобы спровоцировать глобальное потепление. Этому хотелось бы верить, но факты свидетельствуют о другом. По результатам анализа содержания СО 2 в антарктических льдах разного возраста были построены графики концентрации углекислого газа в атмосфере и температуры. Они совпадают. В действительности рост температуры примерно на 400 -600 лет опережает увеличение концентрации углекислого газа. Ø 7) Из-за глобального потепления температура скоро вырастет настолько, что мы все погибнем. Не настолько и не скоро. За последние 100 лет температура выросла на 0, 7°С, - 1° С. И по самым смелым прогнозам, в ближайшие 100 лет может вырасти еще на 4, 6° С, но скорее всего это увеличение не превысит 2°С. С меньшей вероятностью, но есть модели, предсказывающие да же похолодание. Ø 8) От глобального потепления мы получим только выгоду. В некоторых районах можно будет порадоваться необычно теплой погодой, но цена негативных последствий превысит любые выгоды. Число болезней и смертей из- за жары вырастет. 24
14 заблуждений о глобальном потеплении Ø 9) Сельскому хозяйству это будет только на руку. Углекислый газ может повысить урожайность ряда культур, но так же возрастет и количество сорняков и вредителей. Районированные культурные растения не смогут хорошо расти на том же месте из-за климатического сдвига. Ø 10) Правительство о нас позаботится. Помимо принятия Киотского протокола (который только ограничивает выбросы) несколькими странами, исключая США (крупнейший источник вредных выбросов) больше ничего сделано не было. Правительства боятся экономических последствий борьбы с глобальным потеплением. Ø 11) Проблема не так серьезна как национальная безопасность. Ну как посмотреть. Если учесть, что потепление затронет каждого жителя планеты, то будет посерьезнее. Ø 12) Причины глобального потепления известны. Многие верят, что в глобальном потеплении полностью виновен человек и только остановив промышленную деятельность, можно избежать катастрофы. В действительности, проблема изменения климата настолько нова, что сейчас невозможно с точностью сказать о ее причинах. То, что оно происходит - это факт, но то что это результат антропогенной деятельности человека далеко не единственная версия. Так, например, существует мнение, что это результат естественных процессов, происходящих в системе Солнце - Земля - Космос. 25
14 заблуждений о глобальном потеплении Ø 13) Мы знаем, как бороться с глобальным потеплением, у нас есть технологии. Стратегический план находится в разработке. Существует несколько масштабных вариантов борьбы с глобальным потеплением, но все они из области фантастики, да и требуют колоссальных вложений, сравнимых с бюджетом США, но лучше много мелких изменений, чем одно большое. Ø 14) Мы не можем ничего с этим поделать. Каждый уже сейчас может внести свой вклад в борьбу с глобальным потеплением , хотя бы просто ограничивая свои потребности. 26
В заключении хочется отметить, что существует мнение, что влияние парникового эффекта на глобальное потепление климата не так значительно, как считают, а нынешнее потепление – это лишь очередной этап в циклическом изменении климата нашей планеты. Не стоит забывать, что по геологическим меркам последний ледниковый период на Земле недавно 27
Климатгейт • В конце ноября 2009 года хакеры взломали сайт Центра по изучению климата университета Восточной Англии и выложили в Сеть несколько тысяч документов, касающихся изучения потепления. После прочтения некоторых из бумаг скептики заявили, что исследователи намеренно подделывали результаты своей работы, пытаясь создать иллюзию причастности человека к росту температур и собственно рост. Этот скандал по аналогии с уотергейтом получил название климатгейт 28
Климатгейт Хакеры обнародовали переписку ученых об изменении климата Главный виновник "климатгейта" признался в использовании непроверенных данных Климатологи признались в уничтожении данных по глобальному потеплению Виновник климатического скандала ушел со своего поста Комитет ООН по изучению потепления займется расследованием "климатгейта" Экологов обвинили в умышленном завышении температурных данных для России Вовлеченные в "климатгейт" ученые намеренно скрывали исходные данные Главный фигурант "климатгейта" признал потепление статистически незначимым 29
Климатгейт Естественные климатические циклы, связанные с периодическими колебаниями земной оси, длятся десятки тысяч лет. Судить о том, начался ли новый цикл потепления (неважно, вызванный или не вызванный деятельностью человека) или нет, можно будет не раньше чем через пару сотен лет. Довод скептиков, сформулированный в духе "если люди вызывают глобальное потепление, то где оно", является заведомо ложным. Даже если глобальное потепление существует, оно не приведет к тому, что через пару лет в Сибири зацветут орхидеи. Что касается средних веков - то все данные, относящиеся к этому периоду, очевидно, косвенные и неполные. Более того, даже если период потепления имел место, этот факт не опровергает роли человека в нынешнем росте температур. Сразу несколько природных явлений, произошедших в последние годы, напротив, должны были способствовать похолоданию. В качестве примеров приводится извержения вулканов Эль-Чичон и Пинатубо в 1982 и 1991 годах соответственно. Тем не менее, отчетливого снижения температур не наблюдается. Все это позволяет считать глобальное потепление реальностью. 30
Экономические и социальные последствия глобального потепления для России минусы плюсы • Возможное затопление • Уменьшение стоимости низменных территорий, что сооружения жилых и потребует отселение людей производственных помещений • Протаивание вечной мерзлоты, (меньшая глубина залегания что приведет к разрушению фундамента, меньшая толщина зданий, дорог и других стен; один стеклопакет в сооружений окнах); подземных коммуникаций • Продвижение к северу вредителей сельского и лесного • Сокращение расходов на хозяйства, переносчиков отопление жилых и опасных болезней человека, производственных зданий например, таежного клеща • Снижение расходов на зимнюю • Увеличение облачности одежду вследствие роста содержания в • Продвижение к северу атмосфере паров воды. сельскохозяйственной зоны • Улучшение судоходства в Арктике 31
Возможные природные последствия глобального потепления минусы плюсы • Изменение границ • Продвижение к северу физико- южных видов животных и географических зон растений • Возможное • Увеличение вегетационного изменение климата периода растений, активного • Сокращение периода для зимоспящих ареалов северных животных и длительности видов гнездового периода птиц • Уменьшение • Улучшения условий питания площади суши растений из-за роста концентрации углекислого • Изменение газа в атмосфере гидрологического режима водоемов 32
Контрольные вопросы по теме 1. Назовите основные глобальные проблемы человечества. 2. В чем состоит экологическая основа глобальных проблем. 3. Особенности теплового баланса Земли и других планет Солнечной системы. 4. Физические свойства парникового газа. 5. Основные парниковые газы. 6. Роль парниковых газов в поддержании теплового баланса Земли. 7. Естественные и антропогенные источники поступления в атмосферу парниковых газов. 8. Сущность Киотского протокола. 9. Основные социально-экономические последствия потепления климата для России. 10. Последствия потепления климата для природных сообществ. 11. Понятие «Климатгейта» . 12. Действительная причина потепления климата Земли. 33
Контрольные вопросы к фильму «Глобальное потепеление. История одного обмана» 1. Глобальное потепление: миф или реальность? 2. Периодичность изменения климата нашей планеты. 3. Последовательность событий: рост концентрации СО 2 и температура на Земле. 4. Изменение температуры верхних и нижних слоев атмосферы, подтверждает ли это гипотезу рукотворного потепления? 5. Действительная причины изменения температуры на Земле. 6. Кому выгоден миф об антропогенной природе глобального потепления? 34
Контрольные вопросы к фильму «Глобальное затемнение» 1. Понятие глобального затемнения. 2. Причины глобального затемнения 3. Влияние глобального затемнения на температуру различных регионов Земли. 4. Воздействие глобального затемнения на испарение воды. 5. Меры борьбы с глобальным затемнением. 6. Влияние глобального затемнения на продуктивность растений. 7. Изменение распределения осадков на планете под действием глобального затемнения. 8. Связь глобального затемнения и глобального потепления. 35
Глобальное затемнение 36
Причины глобального затемнения Глобальное затемнение англ. Global dimming) — эффект, вызванный природным (вулканизм) и техногенным загрязнением атмосферы пылевыми и другими частицами, в результате чего количество излучения Солнца, достигающего поверхности Земли, уменьшается. Эффект сильно зависит от географического положения, но в общем по Земле составляет порядка 5% с 1960 по 1990 г. Глобальное затемнение вызывает охлаждение поверхности суши и уменьшение испарения воды, то есть частично компенсирует глобальное потепление, вызванное парниковым эффектом. Считается, что глобальное затемнение вызвано, в первую очередь, образованием капелек воды вокруг частиц, служащих центрами конденсации. 37
Масштабы проблемы Уверенность людей старшего возраста в том, что раньше даже Солнце светило ярче, чем теперь, как оказалось, имеет под собой более чем весомые основания. Британский ученый доктор Гэрри Стэнхилл (Gerry Stanhill) на основании анализа данных многолетних наблюдений установил, что количество солнечного света, достигающего поверхности Земли, непрерывно и быстро снижается. Доктор Стэнхилл, работающий в настоящее время в Израиле, еще в 2001 году назвал этот феномен "глобальным затемнением" (Global Dimming). Сравнив данные об общем количестве солнечной радиации, достигающей поверхности Земли, за период с 1950 -х годов и до наших дней, доктор Стэнхилл обнаружил, что этот показатель уменьшился весьма заметно - на 22%. Причем данная тенденция не имеет локального характера - сравнение данных наблюдений, сделанных в различных районах планеты, дает в целом схожую картину. Так, в США солнечный свет "потускнел" на 10%, на территории СССР - почти на 30%, на Британских островах - на 16%. В целом, количество солнечного света, достигающего Земли, уменьшалось на 2% каждое десятилетие, начиная с 1950 -х и вплоть до 1990 -х. 38
Механизм глобального затемнения Механизм и последствия этого феномена пока изучены в недостаточной степени. Вероятно, феномен "global dimming" вызван загрязнением атмосферы планеты продуктами промышленной деятельности человека. Загрязнение воздуха твердыми пылевыми частицами приводит к отражению части солнечной радиации обратно в космическое пространство, и, в частности, к изменению оптических свойств облаков. Пылевые частицы служат центрами конденсации водяного пара, в результате чего капелек в содержащих пылевые частицы облаках больше, чем в обычных, что, в свою очередь, способствует повышенному отражению солнечного излучения. Теория доктора Стэнхилла, поначалу с недоверием встреченная научным сообществом, недавно была подтверждена его австралийскими коллегами, пришедшими к аналогичным выводам с помощью совершенно иной методики учета солнечной радиации. Эксперты забили тревогу. 39
Влияние на муссоны Ряд ученых высказывает предположения, что "глобальное затемнение" может привести к существенным изменениям в климатических процессах на планете и в циркуляции атмосферы. Возможно, именно в нем кроется причина страшной засухи, поразившей район Сахары в 1970 -х - 1980 -х годах и приведшей к сотням тысяч жертв. Есть основания полагать, что нечто подобное на наших глазах происходит с Азией, где проживает почти половина всего населения Земли. «На мой взгляд, глобальное затемнение оказывает разрушительное воздействие на азиатские муссоны, - заявил профессор Калифорнийского университета (Сан- Диего) Вирхабхадран Раманатан (Veerhabhadran Ramanathan). - Мы ведем речь о миллиардах людей". 40
Последствия • Общее охлаждение Земли • Уменьшение испаряемости • Перераспределение тепла на планете 41
Затемненные страны На сегодняшний день самым «затемнённым» государством на земле можно считать Китай. До 1980 -х «лидерами по затемнённости» были Бельгия и Израиль. Снижение затемнения в этих странах, возможно, связано со снижением выбросов диоксида серы, которое началось в 1980 году. В развивающихся странах, напротив, с 1980 года повышается количество выбросов сажи и диоксида серы. Что касается России, на всей её территории в настоящее время затемнений не наблюдается. 42
Произойдет ли глобальное затемнение? • Глобальное затемнение, которым одно время ученые пугали обитателей нашей планеты, отменяется. Американские ученые установили, что сокращение количества солнечного света, попадающего на Землю - явление временное и за "темным" периодом обязательно следуют более "светлый". 43
Глобальное затемнение отменяется? • Однако, как сообщает газета The Washington Times, группа ученых из Нью-Джерси и Калифорнии, основываясь на результатах последних исследований отражения солнечного света от поверхности Земли, пришла к куда более утешительным выводам. Действительно в период с 1984 по 2001 год планета, по словам ученых, была более "тусклой", однако уже с 2001 года началось ее "просветление", которое длится и по сей день. • Изменения в освещенности связаны, прежде всего, с количеством земных облаков, считают ученые. По их количеству, а также по "сиянию Земли" ("earthshine"), которое определяется количеством солнечного света, отражаемого нашей планетой на лунную поверхность, можно вычислить степень освещенности Земли. 44
Глобальное затемнение и глобальное потепление – что раньше изменит климат планеты? Некоторые ученые рассматривают глобальное затемнение как процесс, уравновешивающий глобальное потепление. То есть глобальное затемнение по сути своей охлаждает планету, точно так же как глобальное потепление ее нагревает. Так что ученные считают, что в процессе ГЗ есть небольшой плюс. Вся беда происходящего заключается в том, что процесс глобального затемнения опережает потепление, причем с каждым годом разрыв увеличивается. Как остановить этот процесс? А очень просто: перестать так безжалостно губить природу и остановить наконец-то уже все двигатели внутреннего загорания. 45
Глобальное потепление и глобальное затемнение –кто кого? Весьма тревожащим фактом является то, что данный эффект способствовал существенной недооценке истинного масштаба парникового эффекта, ведущего к потеплению. Ученые давно отмечали несоответствие между количеством солнечной энергии, поглощаемой в атмосфере вследствие избыточного присутствия в ней двуокиси азота, и относительно незначительным повышением средней температуры - на 0, 6 градуса. Выявленный английским ученым "эффект затемнения", оказывая противоположное воздействие, может в существенной степени скрывать парниковый эффект. Это, в свою очередь, может означать, что климат значительно более чувствителен к парниковому эффекту, чем считалось ранее. Если это действительно так, то это очень плохая новость, считает доктор Питер Кокс (Peter Cox), один из ведущих специалистов по моделированию климата. Дело в том, что как раз в последние десятилетия выделение углекислого газа, вызывающего парниковой эффект, резко возросло, в то время как выброс пылевых частиц, приводящих к противоположно направленному эффекту "глобального затемнения", удалось 46 поставить под контроль.
Глобальное потепление и глобальное затемнение – что раньше? "Мы попадаем в ситуацию, в которой выделение "охлаждающих" атмосферу загрязнений идет на убыль, а "нагревающих" ее - растет, - подчеркивает он. - Это означает снижение охлаждающего действия при одновременном нарастании действия нагревающего, и это представляет из себя большую проблему". Даже самые пессимистические прогнозы развития климата на планете, по всей видимости, придется скорректировать в худшую для человечества сторону. Рост средней температуры на 10 градусов к 2100 году становится более чем реальным. Значительным территориям нашей планеты, возможно, суждено стать необитаемыми. 47
Контрольные вопросы 1. Понятие глобального затемнения. 2. Причины глобального затемнения. 3. Влияние глобального затемнения на климат Земли. 4. Самые затемненные страны. 5. Глобальное затемнение и глобальное потепление: кто кого? 6. Глобальное затемнение: миф или реальность? 48
Кисло тные осадки (кислотные дожди)— все виды метеорологических осадков — дождь, град, тумане, дождь со снегом, при Кислотные осадки: которых наблюдается понижение р. Н из-за загрязнений воздуха под каким дождем мы мокнем кислотными оксидами (обычно — оксидами серы и азота); показатель р. Н меняется от 1 до 14, р. H нейтральной среды = 7, если он меньше 7, то среда кислая, больше 7 – щелочная.
§ Кислотные дожди (или более правильно, кислотные осадки, так как выпадение вредных веществ может происходить как в виде дождя, так и в виде снега, града) наносят значительный экологический, экономический и эстетический ущерб. § Термин "кислотный дождь" существует уже более 100 лет; впервые его использовал британский исследователь Роберт Ангус Смит в 1882 году, когда опубликовал книгу "Воздух и дождь: начало химической климатологии ".
Реакция мировой общественности • Впервые проблема кислотных дождей стала предметом серьезного обсуждения на ХХVIII Генеральной ассамблее Международного союза по теоретической и прикладной химии (ИЮПАК), проходившей в Мадриде в сентябре 1975 г. • В 1983 г. вступила в силу "Конвенция о трансграничном загрязнении воздуха на большое расстояние", в которой указано, что страны должны стремиться к ограничению и постепенному уменьшению загрязнению воздушной среды, включая загрязнения, выходящие за пределы своего государства. • В июле 1985 г. в Хельсинки 20 государств Европы и Канада подписали Протокол о 30%-ном снижении выбросов оксидов серы на территории этих государств или их трансграничных потоков на территории соседних государств. • Проблема охраны атмосферного воздуха от загрязнений отражена и в Законе России об охране окружающей среды (2002 г. ). 52
Причины образования кислотных дождей § Естественные источники § гроза • вулканы
Причины образования кислотных дождей § Искусственные источники § обжиг сульфидов § авиатранспорт § автотранспорт § железнодорожный транспорт § нефтепереработка § тепловые электростанции § производство серной кислоты
Причины образования кислотных дождей Ежегодно в атмосферу Земли выбрасывается около 200 млн. т твердых частиц (пыль, сажа и др. ), 200 млн. т сернистого газа (SO 2), 700 млн. т оксида углерода (II), 150 млн. т оксидов азота (NOx), что составляет в сумме более 1 млрд. т вредных веществ. Источниками кислотных осадков являются соединения серы и азота.
Сера Сера содержится в таких полезных ископаемых как уголь, нефть, железные, медные и другие руды - сульфиды металлов; одни из них используются как топливо, другие направляются на предприятия химической и металлургической промышленности. При переработке руд (в частности, при обжиге руд) сера переходит в химические соединения, например, в сернистый газ (оксид серы (IV)). Образовавшиеся соединения частично улавливаются очистными сооружениями (скруберами), но немалое количество выбрасывается в атмосферу. Соединяясь с парами воды, предварительно окисленный оксид серы (IV) образует серную кислоту.
Сера В большинстве антропогенных выбросов преобладают оксид серы (IV) и сульфаты. Сульфаты образуются при сжигании топлива и в ходе таких промышленных процессов, как нефтепереработка, производство цемента и гипса и серной кислоты. Из природных источников серосодержащих соединений важную роль играют биогенные выбросы из почвы и продукты жизнедеятельности растений. В настоящее время далеко не все процессы преобразования серы в атмосфере и земной коре известны ученым.
Сера При извержениях вулканов преобладает оксид серы (IV), в меньшем количестве в атмосферу поступает сероводород, а также сульфаты в виде аэрозолей и твердых частиц. Ежегодно во всем мире в результате вулканической деятельности выделяется 4 -16 млн. т соединений серы (в пересчете на SO 2).
Азот Присутствует в горючих полезных ископаемых: в угле и нефти. Азот и кислород содержатся в атмосфере и при высокой температуре взаимодействуют друг с другом с образованием оксидов азота. Из антропогенных источников выделяется около 93 % оксидов азота (II), который в результате химических реакций в атмосфере превращается в оксид азота (IV), который и образует с водой азотную кислоту.
Природные выбросы оксидов азота в атмосферу связаны с грозовыми разрядами, а также биогенным разложением органического вещества. Летучие органические соединения, в отличие от оксидов серы и азота, поступают в атмосферу главным образом из природных источников (65% от общего количества). Основной источник этих веществ - растения, в результате жизнедеятельности которых образуются сложные органические соединения.
Влияние кислотных дождей на металлические конструкции Под действием кислотных осадков ускоряется коррозия металла.
Химическая реакция кислотных осадков с карбонатом кальция Известняк и ракушечник часто используют для облицовки зданий, а мрамор для облицовки зданий и ваяния. Все они представляют собой карбонат кальция, который практически не растворим в воде и довольно устойчив к атмосферным осадкам с нейтральным значением р. H. При взаимодействии с азотной или серной кислотами, содержащимися в кислотных осадках, образуются растворимые в воде сульфат (Ca. S 04)и нитрат кальция (Ca(N 03)2 ), которые легко вымываются водой. Это приводит к разрушению бесценных творений древних зодчих и ваятелей. н м Ca. CO 3 + H 2 S 04 = Ca. S 04 + H 2 CO 3 н - нерастворимая в воде соль н р М - малорастворимая Ca. CO 3 + 2 HN 03 = Ca(N 03)2 + H 2 CO 3 р - растворимая
Влияние кислотных дождей на памятники архитектуры Кислотные осадки разрушают сооружения из мрамора и известняка. Исторические памятники Греции и Рима, простояв тысячелетия, за последние годы разрушаются прямо на глазах.
Влияние кислотных дождей на памятники архитектуры Такая же судьба грозит и Тадж-Махалу – шедевру индийской архитектуры периода Великих моголов, в Лондоне - Тауэру и Вестминстерскому аббатству…
Влияние кислотных дождей на памятники архитектуры
Влияние кислотных дождей на памятники архитектуры На соборе Св. Павла слой портлендского известняка изъеден на 2, 5 см. В Голландии статуи на соборе Св. Иоанна "тают, как леденцы". Черными отложениями, этим "раком камня", изъеден королевский дворец на площади Дам в Амстердаме.
… в Санкт-Петербурге нанесен значительный ущерб Казанскому собору, Александро-Невской Лавре и др. зданиям Влияние кислотных дождей на памятники архитектуры
Влияние кислотных дождей на памятники архитектуры В каждом регионе имеются здания, подвергшиеся разрушению в результате кислотных осадков. Перечислите сооружения и памятники архитектуры вашего региона, которые, на Ваш взгляд, подверглись, воздействию кислотных осадков.
Влияние кислотных осадков на природные сообщества В результате выпадения кислотных осадков нарушается равновесие в экосистемах, ухудшается продуктивность сельскохозяйственных растений и питательные свойства почв.
Закисление водоемов В своей эволюции живые организмы выработали приспособления к среде обитания, однако они могут нормально существовать только в определенном интервале р. Н. Изменения р. Н влечет за собой глубокие биохимические перестройки водных экосистем.
Влияние на подвижность металлов • Повышенная кислотность воды способствует более высокой растворимости таких опасных металлов, как кадмий, ртуть и свинец из донных отложений и почв. Эти токсичные металлы представляют опасность для здоровья человека. Люди, пьющие воду с высоким содержанием свинца или принимающие в пищу рыбу с высоким содержанием ртути, могут приобрести серьёзные заболевания. • Закисление почв приводит к увеличению подвижности алюминия, металла чрезвычайно токсичного для растений 71
р. Н водоемов §Когда р. Н снижается до 6, 5 -6, 0, погибают многие моллюски, ракообразные, гибнет икра земноводных. При р. Н равным 6, 0 -5, 0 гибнут наиболее чувствительные планктонные организмы и насекомые, сиговые рыбы, форель, хариус, лосось, плотва, окунь и щука. Рыба гибнет не только от прямого действия кислоты. Вытесненный из горных пород и донных отложений подвижный алюминий повреждает жаберный аппарат. Из-за нарушения кальциевого равновесия рыба теряет способность к воспроизводству. При р. Н менее 5, 5 мхи и нитчатые водоросли вытесняют основную растительность водоема, иногда в воду даже переселяется сфагновый мох - обитатель суши. §При р. Н ниже 4, 5 в воде озер вымирают микроорганизмы, развиваются анаэробные (бескислородные) процессы с выделением метана и сероводорода.
Экономический ущерб от кислотных осадков Кислотный дождь наносит вред не только водной флоре и фауне. Он также уничтожает растительность на суше. Ученые считают, что хотя до сегодняшнего дня механизм до конца ещё не изучен, "сложная смесь загрязняющих веществ, включающая кислотные осадки, озон, и тяжелые металлы в совокупности приводят к деградации лесов. Экономические потери от кислотных дождей в США, по оценкам одного исследования, составляют ежегодно на восточном побережье 13 миллионов долларов и к концу века убытки достигнут 1. 750 миллиардов долларов от потери лесов; 8. 300 миллиардов долларов от потери урожаев (только в бассейне реки Огайо) и только в штате Минессота 40 миллионов долларов на медицинские расходы. Единственный способ изменить ситуацию к лучшему, по мнению многих специалистов, - это уменьшить количество вредных выбросов в атмосферу). 73
Контрольные вопросы по теме 1. Нейтральная, кислая и щелочная среды. Понятие кислотного дождя 2. Причины образования кислотных дождей 3. Трансграничные переносы оксидов 4. Естественные и искусственные источники поступления оксидов серы и азота 5. Международное сотрудничество по ограничению выбросов оксидов, вызывающих кислотные дожди 6. Влияние кислотных дождей на экосистемы, металлические конструкции и памятники архитектуры 74
Озоновые дыры в атмосфере Земли 75
Озоновые дыры ОЗОН – трехатомная молекула кислорода (О 3), образующая озоновый слой (экран). Озоновая дыра локальный участок атмосферы с пониженным содержанием озона Озо новый слой — часть стратосферы на высоте от 12 до 50 км (в тропических широтах 25— 30 км, в умеренных 20— 25, в полярных 15— 20), в которой под воздействием ультрафиолетового молекулярный кислород(О 2) диссоциирует на атомы - О, которые затем соединяются с другими молекулами О 2, образуя озон (О 3). Относительно высокая концентрация озона (около 8 мл/м³) поглощает опасные ультрафиолетовые лучи и защищает всё живущее на суше от губительного излучения. Более того, если бы не озоновый слой, то жизнь не смогла бы вообще выбраться из океанов и высокоразвитые формы жизни типа млекопитающих, включая человека, не возникли бы. Наибольшая плотность озона встречается на высоте около 20— 25 км, наибольшая часть в общем объёме — на высоте 40 км. Если бы можно было извлечь весь озон, находящийся в атмосфере и сжать под нормальным давлением, то в результате вышел бы слой, покрывающий поверхность Земли толщиной всего 3 мм. Для сравнения, вся сжатая под нормальным давлением атмосфера составляла бы слой в 8 км. 76
Структура озонового экрана 77
Эффективность проникновение в атмосферу ультрафиолетовых волн различной длины 78
Озоновая дыра 79
Озоновая дыра в Антарктиде Озоновая дыра диаметром свыше 1000 км впервые была обнаружена в 1985 году в Южном полушарии над Антарктидой группой британских учёных. Она появлялась к августу, но к декабрю или январю прекращала своё существование. Над Северным полушарием в Арктике образовывалась другая дыра меньших размеров. 80
Причины распада озона • К уменьшению концентрации озона в атмосфере ведёт целый ряд факторов, главными из которых является разрушение молекул озона в реакциях с различными веществами антропогенного и природного происхождения, а также отсутствие солнечного излучения в течение полярной зимы, особо устойчивый полярный вихрь, который препятствует проникновению озона из приполярных широт, и образование полярных стратосферных облаков (ПСО). Их поверхность катализируют реакции распада озона. Эти факторы особенно характерны для Антарктики, в Арктике полярный вихрь намного слабее. В виду отсутствия континентальной поверхности, температура в Арктике выше на несколько градусов, чем в Антарктике, а ПСО менее распространены. К тому же в начале осени они распадаются. Молекулы озона могут реагировать со многими неорганическими и органическими соединениями. Главными веществами, вносящими вклад в разрушение молекул озона, являются Н 2, О 2, Cl 2, Br 2, HCl и органические соединения (метан, 81 фторхлор и другие).
Динамика озоновой дыры Антарктическая «озоновая дыра» существует не постоянно. Она появляется в конце зимы — начале весны. Причины, по которой озоновая дыра образуются в Антарктике, связаны с особенностями местного климата. Низкие температуры антарктической зимы приводят к образованию полярного вихря. Воздух внутри этого вихря движется в основном по замкнутым траекториям вокруг южного полюса. В это время полярная область не освещается Солнцем, и там озон не возникает. С приходом лета количество озона увеличивается и снова выходит на прежнюю норму. То есть колебания концентрации озона над Антарктикой — сезонные. Однако, если проследить усреднённую в течение года динамику изменения концентрации озона и размера озоновой дыры в течение последних десятилетий, то имеется строго определённая тенденция к падению концентрации озона. 82
83
Монреа льский протоко л по вещества м, разруша ющим озо новый слой (англ. The Montreal Protocol on Substances That Deplete the Ozone Layer) Международный договор, разработанный с целью защиты озонового слоя с помощью снятия с производства некоторых химических веществ, ответственных за истощение озонового слоя. Договор был подготовлен к подписанию 16 сентября 1987 года и вступил в силу 1 января 1989 г. После этого последовала первая встреча в Хельсинки в мае 1989 года. С тех пор протокол подвергался пересмотру семь раз: в 1990 (Лондон), 1991 (Найроби), 1992 (Копенгаген), 1993 (Бангкок), 1995 (Вена), 1997 (Монреаль) и 1999 (Пекин). Если страны, подписавшие протокол, будут его придерживаться и в будущем, то можно надеяться, что озоновый слой восстановится к 2050 году. Генеральный секретарь ООН (1997— 2006) Кофи Аннан сказал, что «возможно, единственным очень успешным международным соглашением можно считать Монреальский протокол» . СССР подписал Монреальский протокол в 1987 году. В 1991 году Россия, Украина и Белоруссия подтвердили свою правопреемственность этому решению. По состоянию на декабрь 2009 года 196 государств-членов ООН ратифицировали первоначальную версию Монреальского протокола. Не все страны ратифицировали каждую последующую поправку. Только 161 страна подписала Пекинскую поправку. 84
Последствия • Ослабление озонового слоя усиливает поток солнечной радиации на Землю в ультрафиолетовой части спектра и вызывает у людей рост числа : • раковых заболеваний кожи, например, меланом • глазных заболеваний (катаракта) • ингибирование фотосинтеза у культурных и диких растений. • Без озонового слоя на суше не смогли бы существовать какие-либо организмы, за исключением может быть самых примитивных форм. 85
Восстановление озонового слоя Хотя человечеством были приняты меры по ограничению выбросов хлор- и бромсодержащих фреонов путём перехода на другие вещества, например фторсодержащие фреоны (менее опасные для озонового слоя Земли) процесс восстановления озонового слоя займёт несколько десятилетий. Прежде всего, это обусловлено огромным объёмом уже накопленных в атмосфере фреонов, время жизни которых исчисляется десятками и даже сотнями лет. Поэтому затягивание озоновой дыры не стоит ожидать ранее 2050 года. 86
Заблуждения об озоновой дыре • Иногда утверждается, что молекулы фреонов намного тяжелее азота и кислорода, поэтому они не могут достигнуть стратосферы в значительных количествах. Однако атмосферные газы перемешиваются полностью, а не расслаиваются или сортируются по весу. • Du. Pont (компания, производившая фреоны) инициировал запрет старых и переход на новые типы фреонов потому что у них истекал срок действия патента Du. Pont после обнародования данных об участии фреонов в разрушении стратосферного озона восприняла эту теорию в штыки и потратила миллионы долларов на кампанию в прессе по защите фреонов. • Есть мнение, что природные источники галогенов например вулканы или океаны, более значимы для процесса разрушения озона, чем произведённые человеком. Природные галогены и их соединения не достигают стратосферы ввиду того, что являются водорастворимыми и вымываются из атмосферы, выпадая в виде дождей на землю. Кроме этого природные соединения галогенов менее устойчивы, чем фреоны, например метилхлорид имеет атмосферное время жизни всего порядка года, по сравнению с десятками и сотнями лет фреонов. 87
Антропогенные и природные источники поступления галогенуглеводородов и галогенводородов 88
Заблуждения об озоновой дыре • Озоновая дыра должна находиться над источниками фреонов. Многие не понимают, почему озоновая дыра образуется в Антарктике, когда основные выбросы фреонов происходят в Северном полушарии. Дело в том, что фреоны хорошо перемешаны в тропосфере и стратосфере. В виду малой реакционной способности они практически не расходуются в нижних слоях атмосферы и имеют срок жизни в несколько лет или даже десятилетий. Поэтому они легко достигают верхних слоёв атмосферы. 89
Заблуждения об озоновой дыре Озон разрушается только над Антарктикой Это неверно, уровень озона также падает во всей атмосфере. Это показывают результаты долговременных измерений концентрации озона в разных точках планеты. Ниже на графике приведены данные об изменении концентрации озона над Аросой в Швейцарии. 90
Контрольные вопросы по теме 1. Что такое озон и озоновый экран, его роль в жизни обитателей Земли? 2. Понятие озоновой дыры. Почему озоновые дыры образуются в высоких широтах? 3. Какие химические соединения разрушают озоновый экран? 4. Причины годовой и сезонной цикличности озоновых 5. дыр. 6. Последствия для организмов и человека разрушения озонового слоя. 7. Международное сотрудничество в ограничении выброса в атмосферу соединений, разрушающих озоновый экран. 8. Восстановление озонового экрана. 9. Мифы об озоновых дырах. 91
Климатические последствия ядерной войны Климатические последствия ядерной войны 92
Ядерная зима Более 25 лет назад три независимые исследовательские группы внесли ценный вклад в исследование последствий ядерной войны. П. Крутцен и Дж. Биркс предположили, что в результате глобального обмена ядерными ударами массовые пожары и выбросы дыма в нижние слои атмосферы приведут к серьезным краткосрочным экологическим последствиям, названным ядерной зимой. Последняя заключается в глобальном похолодании климата в результате стратосферного задымления. Это вызовет сельскохозяйственную катастрофу, которая может нести угрозу голодания большинству населения Земли. В. Александров и Г. Стенчиков впервые в СССР использовали модель общей циркуляции атмосферы. Последующие исследования, проведенные во второй половине 80‐х годов американской Национальной академией наук и Международным советом научных союзов, продолжили эти начинания, чтобы пролить свет на данный феномен. Для создания моделей климатических последствий ядерного конфликта использовали данные о пыльных бурях на Марсе, извержений вулканов на Земле и городских пожаров в Гамбурге и Дрездена после американских бомбардировок во время Второй мировой войны.
Ядерная зима Модели, созданные русскими и американскими учеными, показали, что ядерная война приведет к ядерной зиме, что имело бы чрезвычайно разрушительные последствия для всего живого на Земле; знание об этом было большим стимулом для сокращения ядерных арсеналов. Бывший вице‐президент Альберт Гор отметил в своей речи в 2007 году во время вручения ему Нобелевской премии, что «более двух десятилетий назад ученые подсчитали, что ядерная война может выбросить столько мусора и сажи в воздух, что это блокировало бы прохождение живительного солнечного света сквозь нашу атмосферу, вызывав “ядерную зиму”. Тем не менее, одна исследовательская группа недавно заключила что США могли бы успешно уничтожить Россию в результате внезапного нападения посредством нанесения ядерного удара. Однако, с учетом ядерной зимы, такие меры можно было бы считать самоубийством. Напомним, что нападение США на Россию и Китай с применением 2200 единиц ядерного оружия может вызвать выброс в атмосферу 86. 4 Tg сажи, которых вполне достаточно, чтобы создать условия Ледникового периода, влияющие на сельское хозяйство во всем мире, что, возможно, приведет к массовому голоду. 94
Основные причины ядерной зимы • Итак, ядерная зима связана с выбросом в атмосферу почвенных частиц при наземных ядерных взрывах, загрязнением стратосферы сажей и другими твердыми частицами при городских, лесных и степных пожарах. Масштабы таких пожаров будут несравненно больше, чем в настоящее время, а тушить их будет просто некому. Такие пожары могут продолжаться неделями или даже месяцами. 95
Региональная ядерная война Региональная ядерная война с применением 100 ядерных зарядов, по мощности подобных бомбе, сброшенной на Хиросиму, суммарной мощностью 0. 75 мегатонн (в тротиловом эквиваленте) привела бы к гибели около 44 миллионов человек и выбросу в атмосферу около 6. 6 триллионов граммов (Tg) сажи. Относительно небольшого количества сажи в размере 5 Tg, которое могло бы быть выброшено в атмосферу в результате обмена ударами между Индией и Пакистаном, было бы достаточно для получения самых низких температур, которые Земля пережила в последние 1000 лет. Это заметно ниже, чем в период постсредневекового Малого ледникового периода, или в 1816 году, в так называемый Год без лета (последствия извержения вулкана Тамбора). 96
Выброс сажи после СНП- конфликта • Даже региональная война, например, между Индией и Пакистаном может нанести значительный ущерб Европе, США и другим регионам посредством потери глобального озона и изменения климата. Нынешнее ядерное наращивание во все большем числе стран ведет к тому, что в следующие несколько десятилетий ядерные конфликты могли бы быть более экстремальными, чем война между этими странами сегодня. Увеличение числа стран, имеющих оружие, также делает ядерный конфликт более вероятным. В условиях гипотетической СНП‐войны, (в этом случае будет задействовано оставшееся после сокращения вооружений ядерное оружие)можно предположить, что большинству населения Земли, в том числе и в Южном полушарии, будут угрожать косвенные эффекты воздействия на глобальный климат. СНП‐конфликт с участием 4400 ядерных взрывов суммарной мощностью 440 мегатонн привел бы к 770 миллионам смертей и выбросу в атмосферу 180 Tg сажи. Это будет представлять угрозу всему миру. Это приведет к увеличению, так называемой оптической толщины облаков вследствие накопления в них сажи. 97
Выбросы сажи 98
Последствия ядерного СНП-конфликта При попадании в атмосферу только 75 Tg (терограмм – триллион граммов или миллион тонн) сажи, а это менее половины того, что прогнозируется в гипотетическом СНП (стратегический наступательный потенциал)‐конфликте температура будет такая же, как во время последнего полного Ледникового периода, а глобальные осадки в среднем сократятся более чем на 25%. Значительно большее охлаждение произойдет в результате выброса в атмосферу 150 Tg. Сажи, которая в течение 2 недель воздушными потоками перенесется в Южное полушарие. При этом сажа поглощает солнечный свет сильнее, чем другие твердые частицы. Так как сажа, связанная с обменом ядерными ударами, выбрасывается в верхние слои атмосферы, стратосферу нагревается и происходит нарушение стратосферной циркуляции. В результате воздействия 5 Tg сажи, вызванной региональными конфликтами, температура в стратосфере будет оставаться повышенной на 30°С в течение четырех лет. Наоборот, температура тропосферного слоя атмосферы понизиться примерно на 250 -300 С, так как солнечные лучи будут интенсивно поглощаться верхними, насыщенными сажей слоями атмосферы. В среднем температура составит -150 С. Из-за большой теплоемкости воды суша и океан будут охлаждаться неравномерно. Вследствие разницы температур между ними в прибрежной зоне возникнут мощные ветра, которые вызовут дополнительные разрушения. Результирующая температура и циркуляционная аномалия приведут к сокращению столбов озона на 20% по всему миру, 25‐ 45% в средних широтах и 50‐ 70% в высоких северных 99 широтах, в течение 5 лет с существенными потерями, сохраняющимися еще на
Мощность взрывов и выбросы сажи 100
Влияние выброса сажи на климат Земли
102
Продолжительность нахождения сажи в атмосфере Время, необходимое для того, чтобы масса сажи уменьшилась в e раз составляет около пяти лет в последней модели, в отличие от примерно одного года, как предполагалось в 1980‐х. Это увеличенное время жизни сажи делает изменение климата более драматичным и более стабильным. 103
Последствия ядерного конфликта для экономики и социальной сферы В результате ранее проведенных исследований последствий полномасштабного ядерного конфликта известно следующее: «можно сказать с уверенностью, что человеческая популяция на Земле имеет гораздо большую уязвимость по отношению косвенным последствиям ядерной войны (в том числе ущерб для сельского хозяйства, транспорта, энергетики, медицины, политической и социальной инфраструктуры), особенно опосредованное воздействие на производство продовольствия и доступность продуктов питания, чем прямые последствия самой ядерной войны» . И как следствие, «косвенное воздействие может привести к потере от одного до нескольких миллиардов человек. 104
Контрольные вопросы Контрольные 1. Понятие «ядерной зимы» . 2. Масштабы загрязнения атмосферы Земли после локального ядреного конфликта 3. Загрязнения атмосферы Земли после СНП- конфликта 4. Причины ядерной зимы. 5. Изменения климата после ядерного конфликта. 6. Прямое и косвенное воздействие ядерного конфликта на экономику и социальную сферу. 7. Страны, располагающие ядерным оуружием и средствами его доставки 105
106
Россия – США климатическая война уже идет? Новые данные позволяют предположить, что Америка и Россия вступили в беспрецедентную - и незаконную - гонку: они ищут способы использовать силу ураганов, наслать на враждебные страны сильные морозы, аномальную жару или землетрясения. Неужели нам предстоят. . . климатические войны 107
Работа над климатическим оружием Из документов британского правительства, недавно рассекреченных в Национальном архиве, явствует, что в семидесятые годы обе сверхдержавы всерьез подозревали друга в подготовке к «климатической войне» . Из архивных материалов следует, что и в США (которые стали пионером в этой области), и в СССР существовали секретные программы военного назначения с целью управления климатом в глобальном масштабе. Один ученый, как сообщается, даже похвалялся, что к 2025 г. Соединенные Штаты станут властелином погоды. 108
Конвенция о запрете экологических войн Позднее в рамках ООН была заключена Конвенция о запрете «экологической войны» [Конвенция о запрещении военного или иного враждебного использования средств воздействия на природную окружающую среду (1977 г. ) ]- искусственного стимулирования землетрясений, растапливания полярных льдов и изменения климата. Однако, как считают некоторые эксперты, тайные работы по созданию «абсолютного» оружия массового поражения продолжаются. И СССР, и США присоединились к конвенции в 1977 году в Женеве. Весьма охотно. Потому как лазейка все же оставалась. Ведь конвенция не препятствовала «использованию средств воздействия на природную среду в мирных целях» . 109
Эксперименты с климатическим оружием Впрочем, о подобных «погодных экспериментах» известно уже давно. Так, существует версия, согласно которой незадолго до разрушительного наводнения в 1952 г. , смывшего деревню Линмут в Девоне, Королевские военно-воздушные силы проводили в этом районе секретные эксперименты по искусственному провоцированию дождя. С самолетов облака «начинялись» кристаллами йодистого серебра, вокруг которых формировались капли воды: затем они набирали вес и выпадали на землю в виде дождя. В течение 12 часов после проведения экспериментов в Девоне выпало 9 дюймов осадков - этот уровень в 250 раз превысил нормальный показатель для августа месяца - в результате чего погибло 35 жителей деревни. 110
Эксперименты с климатическим оружием в США • В 1947 г. американцы пытались использовать «засев» облаков, чтобы обуздать ураган, но это привело к противоположному результату - он только набрал силу и обрушился на Саванну (штат Джорджия). • Известно, что в 1962 -1983 г. в рамках проекта «Яростная буря» (Project Stormfury) в США проводились новые эксперименты по управлению ураганами - толчком к этому послужили полученные учеными данные о том, что один ураган содержит в себе столько же энергии, сколько вырабатывают все электростанции мира вместе взятые. 111
Эксперименты с климатическим оружием В качестве поражающего фактора могут использоваться ураганы, ливневые дожди, сели, наводнения, циклоны, смерчи и пр. У нас применяют похожие технологии, «разгоняя облака» к праздникам. Причём заметьте: состав реагентов, распыляемых в атмосфере, постоянно меняется. То есть ставятся эксперименты над климатом, которые никто не контролирует! А потом мы удивляемся, что в Сибири выпадает жёлтый снег, а в Европу прорываются языки жарких антициклонов из Африки и Азии. Мы сами привлекаем к себе эти атмосферные образования. 112
Работа над климатическим оружием в США В США подобные технологии были разработаны в рамках Программы активного высокочастотного исследования авроральной области (High-frequency Active Auroral Research Programme (HAARP)) - первоначально она являлась одним из элементов рейгановского проекта «Звездных войн» , вызвавшего в свое время столько споров. Эта оружейная система, развернутая в Гокоме (штат Аляска), излучает мощные радиоволны в верхние слои атмосферы, вызывая погодные аномалии. По мнению некоторых экспертов, система уже действует; другие считают, что она вступит в строй не раньше, чем через 20 лет. 113
Климатическое оружие в России Считается, что в России есть собственная система «управления погодой» : она называется «Дятел» , и связана с излучением низкочастотных волн, способных вызвать возмущения в атмосфере и изменить направление струйных воздушных течений. Утверждается, что продолжительная засуха в Калифорнии в восьмидесятых годах была вызвана тем, что потоки теплого, влажного воздуха оказались заблокированы на многие недели. 114
Карта погодной аномалии 2010 по состоянию на 31 июля 2010 года. Посмотрите внимательно, Вы не находите на этой картинке несколько странного поведения погоды? 115
Аномальная жара в России • Первое. Метеосводки показывают: в то время как в Москве жара достигает 35 -36 градусов, в Берлине -18, в Варшаве — 25, в Вене -20, в Париже — 20 градусов тепла. То есть, напасть действует локально и целенаправленно. • Второе. Причиной многонедельной жары стал гигантский антициклон, зависший над европейской частью России и «закачивающий» раскаленный воздух из Средиземноморья и Центральной Азии. Таких антициклонов здесь еще никогда не висело. • Третье. В зоне аномального антициклона, как утверждают ученые, часть земной атмосферы одномоментно сократилась на рекордную величину за 43 года наблюдений значения. 116
Погодные аномалии в России: приски ЦРУ или необычное природное явление Некоторые специалисты подозревают, что в нынешних температурных рекордах виновато не глобальное потепление, а применение американцами военных разработок, пишет Комсомольская правда. Первой подозрение попала небезызвестная станция HAARP, которая расположена на Аляске в 250 км северо-восточнее Анкориджа. Сами американцы заявляют, что станция построена якобы для изучения полярных сияний. Излучая в небеса 3600 киловатт (в 75 раз больше, чем коммерческая радиостанция), станция стала самым мощным в мире устройством для воздействия на ионосферу. Некоторые военные специалисты считают, что это оружие геофизическое или ионосферное. Тем более что все существенные катаклизмы в России и мире начались, как ни странно, как раз после 1997 г. , когда станция была запущена. 117
Управление климатом из космоса Накануне этого погодного катаклизма в космическое пространство выведен новый американский беспилотный космический корабль X-37 B, способный нести мощное лазерное оружие. Миссия X-37 B считается строго засекреченной. По некоторым данным, автоматический корабль проведет в космосе не менее 270 дней, после чего самостоятельно приземлится на одной из баз ВВС США. Стоит добавить, что согласно сообщениям Пентагона, Х-37 В должен будет выйти на заданную орбиту и провести там ряд испытаний, суть которых пока не раскрывается. И еще добавлю, что незадолго до запуска в СМИ появилась заметка – компания Raytheon сообщила о проводившихся в мае этого года успешных испытаниях боевой лазерной установки. Может это не имеет отношение к аномалиям погоды, а может и имеет, как знать? Вспомним Вьетнам. Ведь и там США не признавали, что влияли на климат.
Управление климатом: реальность или фантастика По словам физика Дэмьена Уилсона (Damian Wilson), сотрудника Метеорологического управления Великобритании, управление климатом - вещь вполне реальная, но точно предсказать результат такого воздействия невозможно. «Рассеивание тумана с помощью «засева» облаков сухим льдом - проверенный метод; он применяется уже не первое десятилетие, - утверждает он. - Проводятся обширные исследования по «засеву» облаков, чтобы вызвать дождь, и эта технология применяется в странах, испытывающих недостаток воды. Проблема в том, что результаты ее применения непредсказуемы, и, кроме того, для того, чтобы ее использовать, необходимы облака. Не существует технологий, позволяющих вызвать дождь в совершенно ясную погоду, так что этот метод нельзя применять, скажем, в пустыне, чтобы покончить с засухой и
120
Климатическая война во Вьетнаме По мнению скептиков, подобные утверждения представляют собой лишь безумные «теории заговоров» и готовые сюжеты для фильмов о Джеймсе Бонде, однако появляется все больше данных о том, что эта «научная фантастика» постепенно превращается в реальность. Американцы признают, что во время вьетнамской войны они в рамках операции под кодовым названием «проект «Шпинат» (Project Popeye) за пять лет израсходовали сумму, эквивалентную 12 миллионам фунтов, на «засев» облаков - искусственное стимулирование проливных дождей, чтобы уничтожить посевы на территории противника и размыть так называемую «тропу Хо Ши Мина» - пути снабжения южновьетнамских партизан оружием и снаряжением. Утверждается, что в результате операции уровень осадков в пораженной зоне увеличился на треть, что позволяет говорить об успешном применении климатического оружия. В то время официальные лица объясняли этот феномен естественными причинами - высокой вероятностью проливных дождей в регионе. 121
Климатическая война во Вьетнаме Еще две американские операции, проведенные в той войне: «Римский плуг» (200 бульдозеров со специальными ножами) и «Рука фермера» (90 тысяч тонн гербицидов, распыленных с воздуха). На территории 65 тысяч квадратных километров во Вьетнаме была уничтожена вся растительность и снят верхний покров почвы. Результат – заболачивание местности, локальное изменение климата. 122
Китай и США: климатическая война? 123
Китай и США: ураган и наводнение • Две главные катастрофы прошедшего года – климатические. В конце лета ураган «Катрина» в США – 1228 погибших, 1 миллион эвакуированных. Наводнение из-за сильных дождей на юго-востоке Китая в начале лета – 732 погибших, 2, 4 миллиона эвакуированных. От пули может спасти бронежилет, от ядерной бомбы – система противоракетной обороны. А против ярости природы человечество бессильно: и в США, и в Китае люди ничего не могли поделать со стихией. 124
Терроризм и климатическое оружие Бывший министр обороны США Уильям Коэн (William Cohen) предостерегает: «Террористы, среди прочего, изучают возможности для так называемых «экологических терактов» , связанных с изменением климата, провоцированием землетрясений и вулканических извержений с большого расстояния за счет использования электромагнитных волн. Подобное вполне реально, и именно поэтому нужно активизировать усилия по запрету климатического оружия» . 125
Контрольные вопросы 1. Изменение климата в военных целях (проекты климатических войн). 2. Работы над климатическим оружием в США. 3. Исследования по изменению климата в России. 4. Боевое использование климатического оружия во Вьетнаме. 5. Россия и США: военное климатическое противостояние? 6. Как происходят метеорологические войны? 7. Погодные аномалии в России - результат применения климатического оружия или естественные процессы? 126
Климат большого КЛИМАТ БОЛЬШОГО города ГОРОДА 127
Что такое крупный город? Город представляет собой населенный пункт, жители которого в основном заняты трудом в промышленности, строительстве, сфере обслуживания, управлении, науке, культуре, образовании, здравоохранении и других отраслях экономики, требующих концентрации производственных фондов. К категории крупных относятся города с населением более 500 тыс. жителей. Города – неотъемлемая часть лика Земли. Они занимают всего лишь 2% площади суши, но потребляют ¾ мировых ресурсов. Половина населения Земли проживает в настоящее время в городах, но к 2025 г. городское население составит 2/3 мирового. Более половины горожан проживает в городах с население более 500 тыс. человек, и с каждым годом доля население крупных городов растет. Внешними чертами крупного города является высокоплотная многоэтажная застройка , широкое развитие общественного транспорта и систем связи, превышение застроенной и замощенной части города над садово-парковым, высокая плотность населения, концентрация источников негативного воздействия на окружающую среду. 128
Крупные города в прошлом Первый город появился на Земле 9 -8 тыс. лет назад в Палестине. Это библейский город Иерихон размером всего 3 га. В VI тысячелетии до нашей эры города появились в долинах рек Хуанхэ, Меконг, Ганг, Инд, Тигр и Ефрат. Во II тысячелетии до нашей эры возникли Афины и Вавилон, в последнем в VII веке до н. э. проживало около 1 млн. человек. Площадь Вавилона составляла 10 км 2. 129
Климат города В крупных городах на тенденцию глобального потепления накладывается собственный «вклад» города в потепление, в формирование так называемого «острова тепла» в результате растущего выделения энергии. К другим особенностям климата города относятся уменьшение испарения, нарушение атмосферной циркуляции, в том числе развитие городского бриза. Внутри города наблюдается большое количество типов микроклимата в зависимости от топографии, ширины улиц, наличия замкнутых дворов, площадей зеленых насаждений, высоты и характера застройки. России принадлежит ряд рекордов по расположению крупных городов на северных широтах. Так Москва, Санкт-Петербург, Воркута, Мурманск, Норильск, Салехард соответственно самые крупные города на «своих» широтах в мире. 130
Потепление климата в Москве Свидетельством потепления климата г. Москвы можно считать увеличение безморозного периода с 1927 по 1977 гг. на 75 суток и повышение температуры воздуха за прошедшее столетие. В Москве, как и любом крупном городе, формируется «остров тепла» . Температура в целом по городу на 1, 50 С выше, чем в окрестностях, что как бы смещает территорию Москвы на 150 -200 км к югу. Анализ многолетних данных фенологических наблюдений на территории центральной части Русской равнины позволил выявить относительно ранние сроки наступление фенофаз в Московском регионе, что, возможно, является результатом отепляющего эффекта в г. Москве. За 1955 -1995 гг. в Москве произошло увеличение средней и нижней облачности, соответственно, на 10 и 17%, уменьшение на 10% годовых сумм часов продолжительности солнечного сияния; увеличение на 13% числа дней без солнца; снижение годовых сумм общей радиации на 5%; среднегодовое количество осадков возросло на 10 - 15%. Потепление климата проявляется в первом полугодии и наиболее существенно в середине зимы. В зимний период существенно возрастает повторяемость оттепелей, что неблагоприятно сказывается на прохождении периода покоя растениями.
Изменение среднегодовой температуры воздуха в г. Москве за 1881 -2000 годы (по данным метеостанции Тимирязевской сельскохозяйственной академии) 132
Смог Для крупных городов характерно особое метеорологическое являение, получившее название смог. Смог (англ. smog, от smoke - дым и fog - туман) - сильное загрязнение воздуха в больших городах и промышленных центрах. Смог бывает следующих типов: Влажный смог лондонского типа - сочетание тумана с примесью дыма и газовых отходов производства. Ледяной смог аляскинского типа, образующийся при низких температурах из пара отопительных систем и бытовых газовых выбросов. Радиационный туман, который появляется в результате радиационного охлаждения земной поверхности и массы влажного приземного воздуха до точки росы. Фотохимический смог, основной причиной возникновения которого считаются автомобильные выхлопы. Сухой смог лос-анджелесского типа, возникающий в результате фотохимических реакций, которые происходят в газовых выбросах под действием солнечной радиации; устойчивая синеватая дымка из едких газов без тумана. 133
ИСТОРИЯ ПРОБЛЕМЫ Изначально термином "смог" обозначалось загрязнение от продуктов горения угля, которым пользовались повсеместно. Проблема смога появилась еще в средневековье, однако только в XX веке она приобрела поистине глобальный характер. В 50 -е гг. XX века появился новый термин "фотохимический смог", где в состав едкого дыма входят самые различные вещества (оксиды азота, например, тропосферный озон; летучие органические вещества, перекиси нитратов). В литературе смогом принято называть аэрозоль из дыма и других выбросов промышленных предприятий и транспорта, смешиваемых с пылью и туманом. Чаще всего он наблюдается во всех крупных городах и в местах скопления промышленных предприятий. Смог может образовываться практически при любых погодных и климатических условиях. Бороться со смогом практически невозможно. Единственное спасение это переход от загрязняющих производств и выбор более чистого транспорта. В 1952 году от Великого смога, который на 4 дня окутал Лондон, скончалось 4000 человек, еще 8000 погибли позже. Например, в Китае воздух до того загрязнен, что верхушки Гонконгских небоскребов находятся в постоянном тумане. 134
Радиационный смог Обычно радиационный туман возникает ночью в условиях антициклона при безоблачной погоде и легком бризе и препятствует подъему воздушных масс. В промышленных районах может возникнуть крайняя форма радиационного тумана- смог. Условием возникновения радиационного смог является температурная инверсия. В атмосфере температуры воздуха падает. При температурной инверсии вместо обычного для тропосферы её убывания с высотой происходит ее увеличение. Приземные инверсия температуры чаще всего образуются в безветренные ночи (зимой иногда и днём) и связаны интенсивным излучением тепла земной поверхностью, что приводит к охлаждению как её самой, так и прилегающего слоя воздуха. Толщина приземных инверсия температуры и составляет десятки — сотни метров. Увеличение температуры в инверсионном слое колеблется от десятых долей градусов до 15— 20 °С и более. В этом случает нарушается вертикальная циркуляция воздуха, так как холодный воздух не поднимается вверх. Естественный механизм самоочищения приземного воздуха не работает и концентрация атмосферных загрязнителей стремительно возрастает. Наиболее мощны зимние приземные инверсия температуры наблюдаются в Восточной 135 Сибири
Температурная инверсия 136
Фотохимический смог Фотохимический туман представляет собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами. Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличии в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей, интенсивной солнечной радиации, безветрия или очень слабого обмена воздуха в приземном слое при мощной температурной инверсии воздуха. Устойчивая безветренная погода, обычно сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ. Такие условия создаются чаще в июне - сентябре и реже зимой. 137
Фотохимический смог При продолжительной ясной погоде солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных газов, которые при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул и озон. В результате продолжающейся диссоциации новые массы диоксида азота расщепляются и дают дополнительные количества озона. Возникает циклическая реакция, в результате которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается. В свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами. В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. Последние являются источником так называемых свободных радикалов, отличающихся особой реакционной способностью. Такие смоги - нередкое явление над Лондоном, Парижем, Лос-Анжелесом, Нью-Йорком и другими городами Европы и Америки. По своему физиологическому воздействию на организм человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной систем и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем. 138
рельеф местности и смог На формирование смога оказывает влияние рельеф местности. Некоторые города расположены в котловинах, окруженных со всех сторон горами. Зимой со склонов гор в долину сползает холодный воздух, способствующий созданию в городе температурной инверсии и застойных явлений. В результате этого нарушается обычная циркуляция воздуха и в атмосфере резко возрастает концентрация загрязнителей. Подобная ситуация наблюдается в Алма-Ате. 139
Контрольные вопросы к теме 1. Понятие. 2. Город в прошлом и настоящем. 3. Критерии крупного города. 4. Изменение климата крупного города 5. Остров тепла, причины его формирования в крупном городе. 6. Смог, типы смогов. 7. Причины образования смога. 8. Влияние на образования смога рельефа местности и погодных условий. 140
Управление климатом 141
Борьба с глобальным потепление Существует значительная задержка между снижением выброса в атмосферу парниковых газов и снижением температуры атмосферы Земли. Управление климатом имеет преимущество в скорости результат можно получить сравнительно быстро. Было предложено много методов по атмосферному управлению. Больше всего надежд подает управление солнечной радиацией. При извержении вулкана Пинатубо в 1991. в атмосферу было выброшено около миллиона тонн диоксида серы, которая, вступая в реакцию с водой, создала туманный слой, который распространился по всему миру, и – рассеивая и поглощая входящий свет – охладила поверхность земли почти на два года. Мы можем имитировать этот эффект посредством введения аэрозоля в стратосферу – по существу вводя материал наподобие диоксида серы или сажи в стратосферу. 142
Управление погодой • Считают, что легко можно вызвать дождь или, наоборот, предотвратить его. Сейчас это уже не тайна, но в советские годы климатологи работали по заказу военных над созданием искусственных туманов. Заодно научились и разгонять настоящие. Еще – предотвращать заморозки. • - Как предотвращают дождь, мы знаем. В Москве перед каждым Днем города взлетают самолеты и распрыскивают над дождевыми облаками на дальних подступах к столице кристаллики йодистого серебра. Влага конденсируется на них и проливается дождями. Москвичам хорошо, жителям области плохо. 143
Отбеливание облаков • Другое перспективное направление - это отбеливание морских облаков посредством рассеивания морских капель в облаках, чтобы они отражали больше солнечного света. Это усиливает естественный процесс, во время которого соль из океанов образует водяной пар с ядрами конденсации, из которых идет образование облаков. Стоит отметить, что мы могли бы компенсировать эффекты потепления этого века только посредством 1900 беспилотных кораблей, рассеивающих туман из морской воды в воздухе, чтобы сгустить облака. Общая стоимость составит около 9 миллиардов долларов, однако выгода от предотвращения увеличения температуры составит около 20 триллионов долларов. Это примерно равно тому, что каждый потраченный доллар дает прибыль в 2000 долларов США. Многие риски управления климатом были завышены. Это не приведет к постоянным атмосферным изменениям и может использоваться только по мере необходимости. Превращение морской воды в облака – это естественный процесс. Однако многие экологические лоббисты противостоят даже исследованию управления климатом. Это удивительно, учитывая множество выгод. Если мы больше всего заботимся о том, чтобы избежать повышения температуры, кажется, мы должны ликовать, что этот простой, рентабельный подход дает так много надежды. 144
Тент над Землей • Что делают люди, когда хотят защитить себя от солнечных лучей? Располагают над собой тент. Значит, нужно установить над поверхностью планеты Тент, тогда Земля не будет нагреваться слишком сильно. • На первый взгляд идея представляется фантастической и трудно реализуемой: требуется расположить над экваториальной областью Земли тент длиной 40 тысяч километров и шириной приблизительно 4 тысячи километров. Площадь такого тента будет равна 160 миллионам квадратных километров, или 16 миллиардам гектар. • Тент будет состоять из многих миллионов сравнительно небольших тентов, каждый из которых представляет собой парусную ветроэнергетическую установку. 145
Тента и получение электроэнергии Постройка Тента не только решит энергетическую проблему, но также позволит управлять климатом как на планете Земля в целом, так и в отдельных ее регионах. Если мы хотим поднять среднюю температуру, то паруса ветроэнергетических установок располагаются днем приблизительно вертикально, а ночью - горизонтально. При этом днем паруса не будут препятствовать нагреву поверхности Земли, а ночью будут защищать ее от быстрого остывания. Наоборот, если нужно уменьшить нагрев поверхности Земли, то днем паруса устанавливаются приблизительно горизонтально, а ночью вертикально. Нужная ориентация парусов в пространстве обеспечивается при помощи соответствующих тросовых систем и, возможно, аэростатов. Паруса могут быть выполнены в виде аэростатов плоской формы. 146
Перспективы управления климатом Управление климатом может оставаться запасным вариантом на случай необходимости. В любом случае, есть серьезные причины рассмотреть его. Мы идем по пути того, чтобы стать тем поколением, которое потратило десятилетия на споры об уменьшении выбросов углекислого газа и не смогло остановить пагубные последствия потепления. Это будет постыдное наследие – которого можно было бы избежать, пересмотрев климатическую политику. 147
Атмосферная линза 148
Скачать презентацию изменение климата под влиянием человека 1. Глобальное
Глобальное изменение климата.ppt