До робочого зошита

План.

1. Атмосфера, її склад та значення.

2. Практична робота № 2 «Причини та наслідки руйнування озонового шару».

3. Екологічні проблеми атмосфери.

1. АТМОСФЕРА, ЇЇ СКЛАД ТА ЗНАЧЕННЯ.

Атмосфера — це газова оболонка, що оточує Землю. Наявність атмосфери — одна з найголовніших умов життя на планеті. Без їжі людина може обходитися місяць, без води — тиждень, а без повітря не проживе й кількох хвилин.

Атмосфера, як елемент глобальної екосистеми, виконує кілька основних функцій:

– захищає живі організми від згубного впливу космічних випромінювань та ударів метеоритів;

– регулює сезонні й добові коливання температури (якби на Землі не існувало атмосфери, то добові коливання температури досягали б ± 200 °С);

– є носієм тепла й вологи;

– є депо газів, які беруть участь у фотосинтезі й забезпечують дихання;

– зумовлює низку складних екзогенних процесів (вивітрювання гірських порід, діяльність природних вод, мерзлоти, льодовиків тощо).

Основні компоненти атмосфери: азот (78,084 %), кисень (20,946 %) та аргон (0,934 %). Важливу роль відіграють і так звані малі домішки: вуглекислий газ, метан тощо. Крім того, атмосфера містить водяну пару: від 0,2 % у приполярних районах до 3 % поблизу екватора. Такий хімічний склад атмосфера Землі мала не завжди. Первісна атмосфера Землі була схожа з атмосферами деяких інших планет Сонячної системи, наприклад Венери, й складалася з вуглекислого газу, метану, аміаку тощо. Нинішня киснево-азотна атмосфера — результат життєдіяльності живих організмів.

Маса атмосфери становить приблизно одну мільйонну маси Землі — 5,15 * 105 т. Та атмосферне повітря лише умовно можна вважати невичерпним природним ресурсом. Річ у тім, що людині необхідне повітря певної якості, а під впливом її ж діяльності хімічний склад і фізичні властивості повітря дедалі погіршуються. На Землі вже практично не залишилося місць, де повітря зберегло свої первозданні чистоту та якість, а в деяких промислових центрах стан атмосфери вже просто загрозливий для людського здоров´я.

Щонайменше в 60 містах США десятки мільйонів людей дихають повітрям, яке не відповідає сучасним нормам і є шкідливим для їхнього здоров´я.

На кожного жителя цих міст щорічно випадає близько тонни небезпечних для здоров´я речовин.

Атмосфера складається з таких шарів (знизу вгору): тропосфера (до висоти 18 км), стратосфера (до 50), мезосфера (до 80), термосфера (1000), екзосфера (1900), геокорона (умовно до 20 тис. км); далі атмосфера поступово переходить у міжпланетний космічний вакуум. Основна маса повітря (90 %) зосереджена в нижньому шарі — тропосфері. Тут же відбуваються найінтенсивніші теплові процеси, причому атмосфера нагрівається знизу, від поверхні океанів і суходолу. Надзвичайно важливе екологічне значення для біосфери має озоновий шар у стратосфері, повітря якого збагачене триатомним киснем (О3). Він розташований на висоті 20—50 км і захищає все живе на Землі від згубної дії «жорсткого» ультрафіолетового випромінювання Сонця.

Крім газів, у повітрі атмосфери містяться ще й домішки так званих аерозолів, тобто дуже дрібних крапель рідин і твердих частинок як природного, так і штучного походження: сірчистих (краплі Н2SО4), мінеральних (пил із земної поверхні), вуглеводневих (сажа), морських (частинки морських солей) та ін.

2. ПРОБЛЕМА ЗБЕРЕЖЕННЯ ОЗОНОВОГО ШАРУ: ПРИЧИНИ ТА НАСЛІДКИ.

1985 р. фахівці з Британської Антарктичної Служби досліджен­ня атмосфери повідомили про абсолютно несподіваний факт: вес­няний уміст озону в атмосфері над станцією Халлі-Бей в Антарк­тиді зменшився за період з 1977 по 1984 р. на 40 %. Незабаром це підтвердили інші дослідники, які показали, що область зниженого вмісту озону йде за межі Антарктиди й за висотою охоплює шар від 12 до 24 км, тобто значну частину нижньої стратосфери. Найбільш докладним дослідженням озонового шару над Антарктидою був міжнародний Літаковий Антарктичний Озоновий Експеримент. Протягом експерименту вчені з чотирьох країн декілька разів піднімалися в зону зниженого вмісту озону й збирали детальні дані про її розміри й хімічні процеси, які там вібуваються. Фактично це означало, що в полярній атмосфері є озонова «дірка». На початку 1980-х, за вимірюваннями із супутника «Німбус-7», аналогічна дірка була виявлена й у Арктиці, правда, вона охоплювала значно меншу площу і зниження рівня озону в ній було не таке суттєве — близько 9 %. У середньому на Землі з 1979 по 1990 р. вміст озону знизився на 5 %.

Зменшення концентрації озону на 1 % приводить у середньо­му до збільшення інтенсивності жорсткого ультрафіолету біля поверхні Землі на 2 %. Ця оцінка підтверджується вимірювання­ми, проведеними в Антарктиді (правда, через низьке положення Сонця інтенсивність ультрафіолету в Антарктиді все ще нижче, ніж у середніх широтах). За своїм впливом на живі організми жорсткий ультрафіолет подібний до йонізуючих випромінювань, однак, через більшу, ніж у Ц-випромінювання, довжину хвилі він не здатний проникати глибоко в тканини, і тому уражає тільки поверхневі органи. Жорсткий ультрафіолет володіє достатньою енергією для руйнування ДНК та інших органічних молекул, що викликає рак шкіри, особливо швидкоплинну злоякісну меланому, катаракту й імунну недостатність. Природно, жорсткий ультрафіолет здатний викликати і звичайні опіки шкіри й рогівки. Вже зараз у всьому світі помітне збільшення захворювання на рак шкіри, однак значна кількість інших чинників (наприклад, по­пулярність засмаги зросла, і це призвело до того, що люди більше часу проводять на сонці, таким чином отримуючи велику дозу УФ-опромінення) не дозволяє однозначно стверджувати, що це спричинило зменшення вмісту озону. Жорсткий ультрафіолет погано поглинається водою й тому становить велику небезпеку для морських екосистем. Експерименти показали, що планктон, який мешкає в приповерхневому шарі, у разі збільшення інтенсивності жорсткого УФ може серйозно постраждати й навіть загинути повністю. Планктон є основою харчових ланцюжків практично всіх морських екосистем, тому без прикрас можна сказати, що практично все життя приповерхневих шарів морів і океанів може зникнути. Рослини менш чутливі до жорсткого УФ, але в разі збільшення дози можуть постраждати й вони. Якщо вміст озону в атмосфері значно зменшиться, людство легко знайде засіб захисту від жорсткого УФ-випромінювання, але при цьому ризикує померти від голоду.

Вперше думка про небезпеку руйнування озонового шару була висловлена ще в кінці 1960-х років. Тоді вважалося, що основну небезпеку для атмосферного озону становлять викиди водяної пари й оксидів Нітрогену (NOX) з двигунів надзвукових транспортних літаків і ракет. Однак, надзвукова авіація розвивалася значно менш бурхливими темпами, ніж передбачалося. Зараз у комерційних цілях використовується тільки «Конкорд», що здійснює декілька рейсів на тиждень між Америкою й Європою, з військових літаків у стратосфері літають практично тільки надзвукові стратегічні бомбардувальники, такі як В1-В або Ту-160, і розвідувальні літаки типу SR-71. Таке навантаження навряд чи становить серйозну загрозу для озонового шару. Викиди оксидів Нітрогену з поверхні Землі внаслідок спалення викопного палива, масового виробництва й застосування азотних добрив також становить певну небезпеку для озонового шару, але оксиди Нітрогену нестійкі й легко руйнують­ся в нижніх шарах атмосфери. Запуски ракет також відбуваються не дуже часто, проте хлоратні тверді палива, що використовуються в сучасних космічних системах, наприклад у твердопаливних прискорювачах «Спейс-Шаттл» або «Аріан», можуть завдавати серйоз­ної локальної шкоди озоновому шару в районі запуску.

1974 p. М. Моліна і Ф. Роуленд з Каліфорнійського університету в Ірвіні довели, що хлорфлуорвуглеці (ХФВ) можуть руйнувати озон. З того часу так звана хлорфлуорвуглецева проблема стала однією з основних у дослідженнях на забруднення атмосфери. Хлорфлуорвуглеці вже понад 60 років використовуються як «холодагенти» в холодильниках і кондиціонерах, пропеленти для аерозольних сумішей, піноутворюючі агенти у вогнегасниках, очищувачі для електронних приладів, у хімічному чищенні одягу, виробництві пінопластиків. Колись вони розглядалися як ідеальні для практичного застосування хімічні речовини, оскільки є дуже стабільними й неактивними, а отже, нетоксичними. Як це не паро- доксально, але саме інертність цих сполук робить їх небезпечними для атмосферного озону. ХФВ не розпадаються швидко в тропосфері (нижньому шарі атмосфери, який має межі від поверхні Землі до висоти 10 км), як це відбувається з більшістю оксидів Нітрогену, і зрештою проникають у стратосферу, верхня межа якої розташо­вується на висоті близько 50 км. Коли молекули ХФВ підіймаються до висоти приблизно 25 км, де концентрація озону максимальна, вони зазнають інтенсивного впливу ультрафіолетового випро­мінювання, яке не проникає на менші висоти через екрануючу дію озону. Ультрафіолет руйнує стійкі у звичайних умовах молекули ХФВ, які розпадаються на компоненти, що володіють високою реакційною здатністю, зокрема атомний хлор. Таким чином, ХФВ переносить хлор з поверхні Землі через тропосферу й нижні шари атмосфери, де менш інертні сполуки Хлору руйнуються, у страто­сферу, до шару з найбільшою концентрацією озону. Дуже важливо, що хлор під час руйнування озону діє подібно до каталізатора: у ході хімічного процесу його кількість не зменшується.

Внаслідок цього один атом Хлору може зруйнувати до 100000 молекул озону, перш ніж буде дезактивований або повернеться в тро­посферу. Зараз викид ХФВ в атмосферу оцінюється мільйонами тонн, але потрібно зазначити, що навіть у гіпотетичному випадку повного припинення виробництва й використання ХФВ негайного результату досягнути не вдасться: дія ХФВ, що вже потрапили в атмосферу, триватиме декілька десятиріч. Вважається, що час життя в атмосфе­рі для двох ХФВ — фреону-11 (CFC1₃) і фреону-12 (CF₂C1₂) — становить 75 і 100 років відповідно.

Беручи до уваги ці аргументи, багато країн почали вживати заходів, спрямованих на скорочення виробництва й використання ХФВ. З 1978 р. в США було заборонене використання ХФВ в аерозолях. На жаль, використання ХФВ в інших галузях обмежене не було. У вересні 1987 р. 23 найрозвинутіші країни світу підписали в Монреалі конвенцію, що зобов'язує їх знизити споживання ХФВ. Згідно з досягнутою домовленістю, розвинені країни повинні до 1999 р. знизити споживання ХФВ до половини рівня 1986 р. Для використання як пропелента в аерозолях вже знайдений непоганий замінник ХФВ — пропан-бутанова суміш. За фізичними параметрами вона практично не поступається фреонам, але, на відміну від них, вогненебезпечна. Проте такі аерозолі вже використовують у багатьох країнах світу. Складніше з холодильними установками — другим споживачем фреонов. Справа в тому, що через полярність молекули ХФВ мають високу теплоту випаровування, а це дуже важливо для робочого тіла в холодильниках і кондиціонерах. Кращим відомим на сьогодні замінником фреонов є амоніак, але він токсичний і все ж поступається ХФВ за фізичними параметрами. Непогані результати отримані для повністю флуорованих вуглеводнів. У багатьох країнах ведуться розробки нових замінників, і вже досягнуті непогані практичні результати, але повністю ця проблема ще не розв'язана.

До особливо небезпечних ворогів атмосфери, крім хладонів, належить також мети л бромід. Цей газ використовують у сільському господарстві як засіб для захисту рослин. Але метилбромід добре знищує не лише шкідників у грунті, а й озон у повітрі. Причому навіть у вищих шарах атмосфери.

Руйнування озонового шару відбувається так:

1) активне функціонування хімічної промисловості, яка випускає речовини, що містять хлор і бром, спричинює накопичення в атмосфері озоноруйнівних газів (ОРГ);

2) ОРГ піднімаються на висоту 20-50 км над поверхнею Землі, де розташований озоновий шар (особливо сприятливі умови для цього в приполярних районах);

3) сонячні промені діють на техногенні гази, з яких виділяється хлор;

4) хлор руйнує озон, відбираючи один із трьох атомів Окисгену й перетворюючи його на 0₂; при цьому кожний атом Хлору здатен відокремити атом Оксигену майже 100 тис. разів.

За останні 15 років спостерігається руйнування озонового шару над континентальною Європою. За прогнозами, у першій чверті XXI ст. озоновий шар може стати тоншим на 30 %. За даними екологічного відділу ООН і Всесвітньої метеорологічної ради, від­бувається руйнування озонового шару над усією Північною Америкою, Європою, територією колишнього СРСР, Австралією, Новою Зеландією та частиною Південної Америки.

Якщо озоновий шар зменшиться на 10 %, це спричинить розвиток раку шкіри ще в 300 тис. осіб, катаракти — в 1 млн 750 тис. осіб. Постане серйозна загроза здоров'ю всього населення Землі, оскільки знизиться опірність людського організму.

Після 1991 р. в Чилі неодноразово реєструвалися випадки сліпоти лососевих риб, диких кроликів, овець, пов'язані з істотним зростанням інтенсивності ультрафіолетового випромінювання. Водночас із тієї самої причини зменшилася кількість планктону в районі Антарктиди. У районах підвищеного ультрафіолетового опромінення пригнічується ріст рослин, знижується врожайність багатьох культур.

3. ЕКОЛОГІЧНІ ПРОБЛЕМИ АТМОСФЕРИ.

Парниковий ефект.

Клімат Землі, що залежить в основному від стану її атмосфери, протягом геологічної історії періодично змінювався: чергувалися епохи істотного похолодання, коли значні території суші вкривалися льодовиками, й епохи потепління (до речі, ми живемо саме в епоху потепління, коли розтанули великі льодовикові щити в Євразії та Північній Америці). Та останнім часом учені-метеорологи б´ють на сполох: сьогодні атмосфера Землі розігрівається набагато швидше, ніж будь-коли в минулому. За даними ООН, із кінця XIX до початку XXI ст. глобальна температура на земній кулі підвищилася загалом на 0,6 °С. Середня швидкість підвищення глобальної температури до 1970 р. становила 0,05 °С за 10 років, а останніми десятиліттями вона подвоїлась. І це зумовлено діяльністю людини:

– по-перше, людина підігріває атмосферу, спалюючи велику кількість вугілля, нафти, газу, а також уводячи в дію атомні електростанції;

– по-друге, і це головне, в результаті спалювання органічного палива, а також унаслідок знищення лісів у атмосфері нагромаджується вуглекислий газ.

За останні 120 років уміст СО2 в повітрі збільшився на 17 %. У земній атмосфері вуглекислий газ діє як скло в теплиці чи парнику: він вільно пропускає сонячні промені до поверхні Землі, але втримує її тепло (рис. 3. 1.). Це спричинює розігрівання атмосфери, відоме як парниковий ефект. За розрахунками вчених, найближчими десятиліттями через парниковий ефект середньорічна температура на Землі може підвищитися на 1,5—2 °С.

Якщо людство не зменшить обсягу забруднень атмосфери й глобальна температура зростатиме й надалі, як це відбувається протягом останніх 20 років, то дуже швидко клімат на Землі стане теплішим, ніж будь-коли впродовж 100 тис. років. Це прискорить глобальну екологічну кризу.

У чому ж полягає небезпека парникового ефекту? Розрахунки й моделювання на ЕОМ свідчать: підвищення середньорічної температури спричинить зміни таких найважливіших кліматичних параметрів, як кількість опадів, хмарний покрив, океанічні течії, розміри полярних крижаних шапок. Внутрішні райони континентів стануть сухішими, а узбережжя — вологішими, зима буде коротшою й теплішою, а літо — тривалішим і спекотнішим. Основні кліматичні зони в північній півкулі змістяться на північ приблизно на 400 км. Це зумовить потепління в зоні тундри, танення шару вічної мерзлоти й полярних крижаних шапок. У середніх широтах, тобто в головних «хлібних» районах (Україна, Чорнозем´я Росії, Кубань, «зернові штати» США), клімат стане напівпустельним, і врожаї зерна різко скоротяться

.

Глобальне потепління призведе до танення льодовиків Гренландії, Антарктиди й гір, рівень Світового океану підвищиться на 6—10 м, при цьому буде затоплено близько 20 % площі суходолу, де сьогодні живуть сотні мільйонів людей, розташовані міста, ферми, сади й поля.

Учені не дійшли єдиної думки про те, за якого підвищення середньорічної температури можуть відбутися ці негативні для людства явища: одні метеорологи вважають критичним значення 2,5 °С, інші – 5 °С.

Останнім часом тривога вчених із приводу парникового ефекту ще посилилася. Виявилося, що, крім вуглекислого газу, парниковий ефект спричинюють також деякі інші гази, що входять до групи малих домішок — метан, оксиди азоту, фреони, — вміст яких в атмосфері через антропогенний фактор стрімко зростає

Занепокоєна загрозою парникового ефекту світова спільнота намагається запровадити низку запобіжних заходів. У 1992 р. Конференцією ООН із питань довкілля й розвитку прийнято Рамкову конвенцію про зміну клімату, мета якої — «досягти стабілізації концентрації парникових газів у атмосфері на такому рівні, який не допускав би шкідливого антропогенного впливу на кліматичну систему». Конвенцію підписали практично всі держави — члени ООН, у тому числі Україна. Згідно з цією Конвенцією і Кіотським протоколом, що є її доповненням, промислово розвинені країни, до яких віднесено й Україну, повинні з 2008 по 2012 р. знизити як мінімум на 5 % порівняно з рівнем 1990 р. загальні викиди шести газів, котрі спричиняють парниковий ефект. Україна має стабілізувати викиди цих газів на рівні 1990 р.

Руйнування озонового шару атмосфери (рис. 3. 3.).

Життя на Землі залежить від енергії Сонця. Надходить ця енергія на Землю у вигляді світла видимого випромінювання, а також інфрачервоного, або теплового, й ультрафіолетового (УФ) випромінювань.

УФ-випромінювання несе найбільшу енергію і є фізіологічно активним, тобто інтенсивно діє на живу речовину. Весь потік УФ-випромінювання Сонця, що доходить до земної атмосфери, умовно поділяють на три діапазони: УФ(А) (довжина хвилі 400— 315 нм), УФ(В) (315-280 нм) і УФ(С) (280-100 нм). УФ(В)- і УФ(С)-випромінювання, так званий «жорсткий ультрафіолет», надзвичайно шкідливі для всього живого: вони призводять до порушення структури білків та нуклеїнових кислот і врешті-решт до загибелі клітин.

Що ж захищає нас і всю біосферу від згубної дії «жорсткого ультрафіолету»? Озоновий щит Землі.

Як уже згадувалося, на висотах 20—50 км повітря містить підвищену кількість озону. Озон утворюється в стратосфері за рахунок звичайного двохатомного кисню (О2), що поглинає «жорстке» УФ-випромінювання. Енергія УФ(В)- та УФ(С)-випромінювань витрачається на фотохімічну реакцію утворення озону з кисню (ЗО2 > 2О3), і тому до поверхні Землі вони не доходять; туди проникає лише істотно ослаблений потік «м´якого» УФ(А)-випромінювання. Від його негативної дії наш організм уміє захищатися, синтезуючи в шкірі шар темного пігменту — меланіну (засмага). Однак ця речовина утворюється досить повільно. Тому тривале перебування на весняному сонці, коли шкіра ще не насичена меланіном, викликає її почервоніння, головний біль, підвищення температури тіла тощо.

Озоновий шар в атмосфері Землі з´явився на світанку її геологічної історії, коли в повітря став надходити кисень, що вироблявся в процесі фотосинтезу мікроскопічними морськими водоростями. За розрахунками вчених, коли вміст кисню в атмосфері досяг приблизно 10 % сучасного, сформувався озоновий шар, і життя змогло вийти з моря на суходіл (до цього поверхня суші була випалена, стерилізована ультрафіолетом).

Останнім часом учені надзвичайно занепокоєні зниженням умісту озону в озоновому шарі атмосфери.

Над Антарктидою в цьому шарі виявлено «діру», в якій уміст озону менший від звичайного на 40—50 %. Площа «діри» з року в рік збільшується й сьогодні вже перевищує площу материка Антарктиди. У результаті підвищився УФ-фон у країнах, розташованих у південній півкулі, ближче до Антарктиди, передусім у Новій Зеландії. Медики цієї країни охоплені тривогою, констатуючи значне зростання захворювань, пов´язаних із підвищенням УФ-фону (рак шкіри й катаракта). Жителі Веллінгтона, столиці Нової Зеландії, які раніше намагалися використати кожний погожий день (їх там буває не так уже й багато) для відпочинку на повітрі, сьогодні побоюються з´являтися на пляжах.

Тривожні повідомлення надходять також і з північної півкулі: і тут виявлено озонову «діру» (над Шпіцбергеном), щоправда, не таку велику, як антарктична.

Зменшення вмісту озону в атмосфері загрожує зниженням урожаїв сільськогосподарських культур, захворюваннями тварин і людей, збільшенням кількості шкідливих мутацій і т. п. Якщо ж озоновий шар зникне зовсім, то це призведе до загибелі принаймні наземної біоти.

Установлено, що руйнуванню озонового шару сприяють також деякі хімічні речовини (зокрема оксиди азоту): потрапляючи в стратосферу з висхідними повітряними течіями, вони вступають у реакцію з озоном і розкладають його на кисень. Проте вміст оксидів азоту в повітрі невеликий, вони нестійкі й суттєво не впливають на кількість озону в стратосфері.

З´явилося також інше джерело озоноруйнівних речовин — діяльність людини. Сучасна промисловість широко використовує так звані фреони (хлорфторметани) — СРС13, СР2С1Вг тощо — як холодоагенти в рефрижераторах і побутових холодильниках, як аерозольні розбризкуванні в балончиках із фарбою, лаком, парфумами, для очищення напівпровідникових схем і т. п. Щорічно в світі випускається кілька мільйонів тонн фреонів. Для людини пари фреонів не шкідливі. Та вони надзвичайно стійкі й можуть зберігатися в атмосфері до 80 років. Пари фреонів із висхідними повітряними течіями потрапляють у стратосферу, де під впливом УФ-випромінювання Сонця розпадаються, вивільняючи атоми хлору. Ця речовина діє на озон як дуже сильний каталізатор, розкладаючи його молекули до кисню. Один атом хлору здатен розкласти 100 тис. молекул озону!

Призводить до руйнування озонового шару й військова діяльність, зокрема запуск балістичних ракет. їхні двигуни викидають в атмосферу дуже багато оксидів азоту. Під час кожного запуску ракети в Космос в озоновому шарі «пропалюється» величезна «діра», яка «затягується» лише за кілька годин. Світова громадськість дізналася про злочинні досліди мілітаристів щодо дії на озоновий шар планети (розробка «озонової» зброї).

Смог.

У грудні 1952 р. світові інформаційні агентства передавали тривожні повідомлення про біду, що спіткала Лондон. Через безвітряну й дуже холодну погоду над цим величезним містом утворився так званий чорний смог («смог» у перекладі з англійської означає «дим») — скупчення шкідливих газів, причиною якого була посилена робота котелень, що використовували вугілля, мазут і солярову оливу. В приземному шарі повітря різко (до 10 мг/м3, а подекуди й більше) зріс уміст отруйного оксиду азоту та інших шкідливих сполук. Це призвело до загибелі близько 4 тис. чоловік, а десятки тисяч потрапили до лікарень із захворюваннями легень.

Над іншим великим містом — Лос-Анджелесом — через велику загазованість його території внаслідок роботи автотранспорту досить часто з´являється так званий білий смог. Це явище серйозно загрожує здоров´ю жителів і таких міст, як Нью-Йорк, Чикаго, Бостон, Токіо, Мілан, Мехіко, а найближчим часом може виникнути й у наших великих індустріальних містах, до того ж іще й перевантажених автотранспортом (Київ, Харків, Дніпропетровськ, Одеса, Сімферополь, Запоріжжя та ін.). Утворенню смогу сприяє спекотна безвітряна погода.

Сьогодні 400 суперміст світу щороку викидають в атмосферу близько З млрд. т відходів (газів, аерозолів, пилу та ін.). Це на 500 млн. т більше, ніж дають 578 активних вулканів нашої планети.

Дослідження вчених свідчать, що смог виникає внаслідок складних фотохімічних реакцій (тому його ще називають фотохімічним смогом) у повітрі, забрудненому вуглеводнями, пилом, сажею та оксидами азоту під дією сонячного світла, підвищеної температури нижніх шарів повітря й великої кількості озону, який утворюється в результаті розпаду діоксиду азоту під впливом олефінів у парах несповна згорілого автомобільного палива.

В сухому, загазованому, теплому повітрі з´являється синюватий прозорий туман, який має неприємний запах, викликає подразнення очей, горла, задишку, спричинює розвиток бронхіальної астми, емфіземи легень тощо. Листя на деревах в´яне, стає плямистим, жовкне. Набагато прискорюються корозія металів, руйнування мармуру, фарб, гуми, швидко псуються одяг, взуття, порушується робота транспорту.

Кислотні дощі.

Оксиди сірки й азоту, що викидаються в атмосферу внаслідок роботи теплових електростанцій (ТЕС) та автомобільних двигунів, сполучаються з атмосферною вологою й утворюють дрібні крапельки сірчаної та азотної кислот, які переносяться вітрами у вигляді кислотного туману й випадають на землю кислотними дощами. Ці дощі вкрай шкідливо впливають на довкілля:

– знижується врожайність більшості сільськогосподарських культур через ушкодження листя кислотами;

– з ґрунту вимиваються кальцій, калій і магній, що призводить до деградації рослинності й, як наслідок, — збіднення тваринного світу;

– гинуть ліси (найчутливіші до кислотних дощів кедр, бук і тис);

– отруюється вода озер і ставків, у них гине риба, зникають комахи;

– щезають водоплавні птахи й тварини, що живляться комахами;

загибель лісів спричинює в гірських районах (таких як Карпати) зсуви та селі;

– прискорюється руйнування пам´яток архітектури, споруд, особливо тих, що побудовані з вапняку, оздоблені мармуром;

– збільшується захворюваність людей (найчастіше хворобами очей, органів дихання тощо).

Взимку поблизу ТЕС і металургійних заводів іноді випадає також кислотний сніг, іще шкідливіший, ніж кислотний дощ, що пояснюється більшим вмістом у ньому кислот. Райони випадання такого снігу дістають одразу 4—5-місячну дозу забруднення, а внаслідок його танення навесні відбувається концентрація шкідливих речовин, тому тала вода інколи містить удесятеро більше кислот, ніж сам сніг.

Ядерна ніч і ядерна зима.

Сьогодні людство, на жаль, здатне спричинити не лише повільні зміни клімату, а й різкі катастрофічні, в результаті чого може бути знищена не тільки сама людина як біологічний вид, а й загалом усе живе на планеті.

Такою катастрофою була б світова ядерна війна. На Землі нагромаджено колосальний ядерний потенціал (за приблизними оцінками, лише в США й Росії сьогодні зберігається 60 тис. ядерних боєголовок, потужність вибуху кожної з яких набагато перевищує потужність вибуху бомби, скинутої в 1945 р. на Хіросиму). Як свідчить моделювання на ЕОМ, виконане американськими й, незалежно від них, російськими вченими, катастрофічні наслідки для людства мав би навіть ядерний конфлікт із використанням «лише» 1000 Мт тротилу. Цей конфлікт, хоч би де він стався, неминуче спричинить метеорологічну катастрофу глобального масштабу, яка матиме такі наслідки:

– теплове нагрівання атмосфери на 1 °С, що підніме ураганні вітри;

– забруднення атмосфери радіоактивними речовинами, які за короткий час поширяться по всій земній кулі (конфлікт, скажімо, в Європі призведе до випадання радіонуклідів і в Африці, і в Америці);

– виділення горючих газів унаслідок пожеж і руйнування промислових свердловин і газопроводів, що викличе підвищення глобальної температури атмосфери Землі на 4—5 °С у перші тижні після конфлікту;

– утворення під час ядерних вибухів великої кількості оксидів азоту; їх надходження в стратосферу призведе до руйнування від 40 до 60 % озонового шару, а отже, до збільшення УФ-опромінювання поверхні Землі;

– забруднення атмосфери величезною кількістю пилу й сажі після ядерних вибухів і пожеж.

Найстрашнішим наслідком ядерного конфлікту буде саме цей останній. Спостереження під час випробувальних наземних вибухів показали, що в результаті кожного вибуху ядерного заряду потужністю 1 Мт тротилу в повітря піднімається 5 Мт пилу. Величезна кількість гірських порід випаровується й перетворюється на аерозоль із розмірами частинок 1 мкм. Такий найдрібніший пил надовго зависає в повітрі й надходить у стратосферу. Отже, вибухи потужністю 1000 Мт тротилу піднімуть у повітря 5 млрд. т найдрібнішого пилу! Крім того, повітря забрудниться ще й мільярдами тонн сажі та попелу. В містах, де зосереджено багато займистих матеріалів (деревини, пластмас, фарб тощо), все горітиме, причому пожежі набудуть характеру вогняних смерчів колосальних розмірів.

Після такого локального ядерного конфлікту пил, попіл і сажа сильними горизонтальними течіями, що є в стратосфері, за один-два тижні затягнуть небо над усією Землею. В результаті прозорість атмосфери зменшиться в 200 разів! На Землі настане «ядерна ніч», що триватиме кілька місяців, упродовж яких загине врожай і зникне практично весь рослинний покрив планети.

Унаслідок сильного запорошення атмосфери приземний шар повітря охолоне на 15—30 °С протягом першого місяця після конфлікту. А в деяких районах, як показало моделювання, температура знизиться на 40—50 °С. Настане «ядерна зима», що триватиме кілька місяців. Це спричиниться тим, що в атмосфері встановиться не властива їй надстійка стратифікація (розшарування), коли нижні її шари сильно охолонуть, а верхні — нагріються, й припиниться вертикальне перемішування повітря.

За кілька місяців темряви й холоду пил і сажа поступово осядуть. Охолодження зміниться нагріванням атмосфери на 20—30 °С вище за норму, що породить повені й селі, передусім у гірських місцевостях. Неоднорідні температурні зміни над суходолом та океаном піднімуть ураганні вітри й снігопади в прибережних районах материків.

Люди, які вціліють після ядерних вибухів, поринуть у пекельний жах ядерної ночі та ядерної зими. Загибель рослин і тварин, радіоактивне забруднення, вихід із ладу енергетичних систем, транспорту й зв´язку, ніч і мороз, ураганні вітри викличуть такий психологічний шок, який людство пережити не зможе. Отже, локальний ядерний конфлікт спричинить глобальну загибель людства, а ймовірно, й усієї біосфери. А той політик, який віддасть наказ натиснути на «ядерну кнопку», сам собі підпише смертний вирок.

Ці результати моделювання зайвий раз переконують у тому, що ядерна зброя має бути безсуперечно заборонена й знищена.

Ми, українці, можемо пишатися тим, що наша держава усвідомила цю істину раніше за інших, заявила про свій без´ядерний статус і звільнила свою територію від ядерної зброї.

Методи боротьби із забрудненнями атмосфери.

До основних і найефективніших із них належать економічні методи. В багатьох розвинених країнах діє продумана система заохочувальних і заборонних заходів, що допомагають уникнути забруднень. Фірми, які впроваджують безвідходні технології, найновіші системи очищення й т. п., мають істотні податкові пільги, що дає їм переваги над конкурентами. Водночас фірми й підприємства, які забруднюють атмосферу, змушені платити дуже великі податки й штрафи. В багатьох країнах, крім державних санітарно-епідеміологічних служб, за станом атмосфери слідкують також численні громадські організації («зелені» товариства).

У Швейцарії, наприклад, власник фабрики може отримати листа такого змісту: «Ваша фабрика забруднює повітря понад визначені норми. Якщо Ви не встановите очисні фільтри й не ліквідуєте забруднення, наша екологічна організація розпочне в пресі кампанію проти Вашої продукції, в результаті чого збитки Вашої фірми перевищать ті затрати, які Вам потрібні для поліпшення системи очищення». Як правило, такі попередження діють дуже ефективно, оскільки в цій країні дістати ярлик забруднювача природного середовища значить приректи себе до швидкого економічному краху — ніхто не купуватиме продукції «брудної» фірми.

Карстові печери й кам´яні осипи на схилах гір є своєрідними природними кондиціонерами: через різницю температур зовнішнього повітря й повітря всередині печери або осипу виникає активний рух (узимку повітря всмоктується крізь тріщини, входи, порожнини, відфільтровується, очищується, а влітку очищене повітря виштовхується назовні; крім того, відбувається добовий обмін повітря в печерах та осипах). За рахунок сезонного «дихання» карстові масиви й гірські осипи поглинають та акумулюють величезні маси забруднювачів атмосфери.

Є також організаційні, технологічні та інші методи боротьби із забрудненнями атмосфери:

– зменшення кількості ТЕС за рахунок будівництва потужніших, забезпечених найновішими системами очищення й утилізації (корисного використання) газових і пилових викидів. Як відомо, одна потужна ТЕС забруднює повітря менше, ніж сотня котелень тієї ж сумарної потужності. Гази, що виходять із топок ТЕС, перш ніж потрапити в атмосферу, очищаються в спеціальних установках. Деякі країни навіть мають таким чином економічну вигоду. Наприклад, Франція забезпечує свої потреби в сірчаній кислоті, вловлюючи її з відходних газів ТЕС (власних родовищ сірки, з якої в інших країнах виготовляється сірчана кислота, у Франції немає);

– очищення вугілля від піриту (сірчаного колчедану) перед його спалюванням у топках ТЕС. Це стає необхідним у зв´язку з використанням для ТЕС вугілля чимраз нижчої якості зі значним умістом піриту (окиснюючися в топках ТЕС, пірит розкладається з виділенням). В результаті ефективного очищення вугілля від піриту вміст оксидів сірки в димах ТЕС зменшується на 98—99 %;

– заміна вугілля й мазуту для ТЕС екологічно чистішим паливом — природним газом. ТЕС, що працюють на природному газі, викидають в атмосферу тільки СО2 та оксиди азоту (останні також можна вловити з диму), й не забруднюють повітря іншими шкідливими викидами;

– регулювання двигунів внутрішнього згоряння в автомобілях, установлення на них каталізаторів, що нейтралізують чадний газ (СО) до СО2; заміна екологічно небезпечного етильованого бензину (який забруднює повітря свинцем) менш шкідливим паливом; озеленення міст і селищ; правильне планування житлових і промислових районів у межах міста. Треба розташовувати їх якомога далі один від одного, а між ними обов´язково створювати зони зелених насаджень. Автомобільні траси з напруженим рухом (особливо вантажівок) необхідно планувати в обхід житлових районів; використання звукопоглинальних матеріалів під час будівництва житлових і промислових споруд;

– улаштування ліній електропередач (ЛЕП) за межами сіл і міст.

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ ДО САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ № 2

Тема. Педосфера, її роль у геосистемі Землі.

План.

1. Особливості використання земельних ресурсів.

2. Основи земельного законодавства.

3. Наслідки радіаційного забруднення земель в Україні.

4. Заходи з раціонального використання земель.

1. ОСОБЛИВОСТІ ВИКОРИСТАННЯ ЗЕМЕЛЬНИХ РЕСУРСІВ.

Земельний фонд — усі землі, що перебувають у розпорядженні якої-небудь частини населення. Розрізняють земельний фонд країни — усі землі держави та світовий земельний фонд — уся поверхня суші. Загальна площа світового земельного фонду становить 149 млн км², або 14 900 млн га. Якщо не враховувати територію крижаних «царств» Антарктики й островів Арктики, то вийде, що людство має 13 400 млн га землі. З окремих макрорегіонів най­більшим земельним фондом володіють Азія (43,4 млн км²) і Афри­ка (ЗО млн км²), а найменшим — Європа (10,5 млн км²) і Австралія (7,6 млн км²). Однак якщо розглядати забезпеченість макрорегіонів земельними ресурсами з розрахунку на душу населення, то ре­зультат буде протилежним: максимальні показники в Австралії, мінімальні — в Азії. Серед країн світу земельними ресурсами виділяються Канада, Росія, США й Бразилія.

До земельного фонду входять: землі, освоєні в сільськогоспо­дарському відношенні (сільськогоспод арські угіддя); землі, зайняті лісами, внутрішніми водоймами, населеними пунктами, дорогами, промисловими підприємствами; малопродуктивні землі (пустелі, тундри, високогір'я, льодовики, болота, яри, бедленди й водойми суші). Співвідношення площ усіх цих земель становить структуру земельного фонду.

Людство годують лише сільськогосподарські угіддя. Вони включають: поля, засіяні зерновими, технічними й іншими культурами, простіше кажучи — ріллі; сади, виноградники й плантації тропічних культур, іншими словами, багаторічні насадження, а також луги й пасовища. На сьогодні загальна площа сільськогосподарських угідь становить приблизно 4,8 млрд га (37 % земельного фонду планети). Найбільше серед них лугів і пасовищ — понад 3,3 млрд га. Частка оброблюваних земель (ріллі й багаторіч­них насаджень) вище в країнах з найбільш родючими ґрунтами, сприятливими кліматичними умовами й високою щільністю населення. Так, в Україні оброблювані землі становлять понад 50 % від усього земельного фонду, в Індії — близько 58 %; у Польщі — 47 %; Італії — 40 %; Франції — 35 %; Німеччині — 34 %.

Близько третини земельних ресурсів становлять малопродук­тивні землі. Приблизно така сама частина планети покрита лісами й чагарниками. Решта (приблизно 2,5 %) — це населені пункти, інженерні спорудження, у тому числі дороги, канали, аеропорти.

Для структури земельного фонду України характерна значна доля ріллі, яка займає 54 % площі; на сіножаті припадає 4 %, на пасовища — 9,2 %, сади й виноградники — понад 1 %. За останні кілька років структура земельного фонду трохи змінилася, зокрема, площа сільськогосподарських земель зменшилася на 128,9 тис. гектарів (тільки за 2009 р. — на 31,1 тис. га). Позитивну динаміку мають ліси й лісопокриті території, площа яких збільшилася на 88,2 тис. га; забудованих земель стало на 31,6 тис. га більше; від­критих заболочених — на 13,4 тис. га.

Структура земельного фонду планети постійно змінюється під впливом двох протилежних процесів. Один — боротьба людей за розширення земель, придатних для використання (освоєння перелогових земель, меліорація, осушення, зрошення, освоєння прибережних ділянок морів); другий — погіршення земель, вилучення їх із сільськогосподарського обігу в результаті ерозії, спустелювання, промислової й транспортної забудови, відкритої розробки ко­рисних копалин, заболочування, засолення.