Реферат: Экологические проблемы человечества

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ

УКРАИНЫ

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ

ЧЕЛОВЕЧЕСТВА

Ученицы 6-Б класса

гимназии №1 г.Сум

Липовой Надежды.

2000 г.

Экологическое состояние планеты стало глобальной проблемой мирового масштаба

в 21-ом веке, которую пытаются решить ученые многих стран мира.

Состояние природы вокруг должно заставить нас задать себе вопрос:”А будут ли

наши дети жить на голубой планете Земле?”

Накопление углекислого газа в атмосфере-одна из основных причин парникового

эффекта, возрастающего от разогревания Земли лучами Солнца.Этот газ не

пропускает солнечное тепло обратно в космос.Содержание парниковых газов-СО

2, метана и др.-неуклонно увеличивается. Правда, действует и процесс ,

направленный в обратную сторону,-это процесс фотосинтеза, в котором растения

усваивают двуокись углерода из воздуха и строят из нее свою биомассу. По

оценкам ученых, за год вся растительность суши улавливает из атмосферы 20-30

млрд. т. углерода в форме его двуокиси. Один квадратный метр быстрорастущего

тропического леса за год извлекает из воздуха 1-2 кг углерода, 1 м2

арктической тундры-раз в сто меньше, но нельзя забывать, что растительность

суши-лишь сравнительно небольшая часть всей земной флоры. Основную площадь

нашей планеты занимают океаны, а в их водах плавают массы микроскопических

водорослей. В усвоении атмосферной двуокиси углерода они играют не меньшую

роль, чем гигантские по сравнению с ними наземные растения, за год эти

микроскопические водоросли потребляют около 40 млрд. т. углерода.

Российский климатолог Н. И. Будыко еще в 1962 г. выдвинул гипотезу, что

сжигание человечеством огромного количества разнообразных топлив, особенно

возросшее во второй половине 20 в., неизбежно приведет к увеличению

содержания углекислого газа в атмосфере. А он задерживает отдачу солнечного и

глубинного тепла с поверхности Земли в космос, что приведет к эффекту ,

который мы наблюдаем в застекленных парниках. Вследствие такого парникового

эффекта средняя температура приземного слоя атмосферы должна постепенно

повышаться.

Выводы Н.И.Будыко заинтересовали американских метеорологов. Они проверили его

расчеты, сами провели многочисленные наблюдения и к концу 60-х гг. пришли к

твердому убеждению, что парниковый эффект в атмосфере Земли существует и

нарастает.

Концентрация, например, двуокиси углерода в атмосфере увеличилась по

сравнению с доиндустриальной эпохой на 28 %. Если человечество не примет

меры, чтобы сократить выбросы этих газов к середине будущего века, средняя

глобальная температура приземной атмосферы повысится на 1.5-4.5°С.

Последняя цифра относится к высоким российским широтам. Произойдет

перераспределение осадков на территории страны, увеличится число засух,

изменится режим речного стока и режим работы гидроэлектростанций. Растает

верхний слой вечной мерзлоты, занимающий в России около 10 млн. м2

(60% территории страны), что повлияет на устойчивость фундаментов инженерных

сооружений. Уровень мирового океана поднимется к 2030 г. на 20 см, что приведет

к затоплению низколежащих побережий.

Доли некоторых государств в глобальном выбросе двуокиси углерода таковы: США-

22%, Россия и Китай-по11%, Германия и Япония-по 5%.

В балансе потребления органического топлива в нашей стране природный газ

занимает 45%, в то время как в мировом топливном балансе на природный газ

приходится 25%. Таким образом, структура украинской энергетики по воздействию

на климат более нейтральна по сравнению с энергетикой других стран, так как

природный газ имеет более низкий коэффициент выброса двуокиси углерода, чем

уголь и нефть.

К газам, создающим парниковый эффект, относится и метан, поэтому очень важно

определить его потери при добыче, транспортировке по трубопроводам,

распределении в городах и населенных пунктах, при использовании на станциях

теплоснабжения и электростанциях. По некоторым украинским и зарубежным

источникам, потери газа по всей этой цепочке составляют от 10 до 30 %, по

данным Минтопэнерго Украины-1.5%, что соизмеримо с мировой нормой.

Суммарные промышленные выбросы углерода, например в России, в 1990 г.

оценивались в пределах 650-700 млн. т. К наиболее загрязняющим атмосферу

отраслям отнесены топливно-энергетическая, нефтехимическая, металлургическая

и транспортная.

Мощным источником СО2 служит дыхание почвы. На 1124.9 млн. га

северо-западной части Европы дыхание почвы составляет 1800 МтС, т.е. 3% от

глобальной эмиссии, что в три раза превосходит индустриальную эмиссию. В

условиях холодного и умеренного климата за счет замедленной скорости разложения

биомассы происходит (вместе с органическим веществом) накопление углерода.

Другим местом скопления СО2 служат болота-резервуар с временем

пребывания органического углерода в торфах до 10 тыс.лет и его аккумуляцией

45-50 МтС/г. Из-за малой скорости разложения мха углерод активно накапливается

в сфанговых болотах. Увеличение годового стока может быть достигнуто в первую

очередь облесением, а также путем сохранения и увеличения содержания гумуса в

почвах.

Анализ динамики климатических данных показал, что в 80-х и начале 90-х г.г.

среднегодовые температуры на северной половине Восточно-Европейской равнины

возросли из-за частой повторяемости теплых зим, причем отмечена сопряженность

ареалов максимальной изменчивости климатических характеристик с

географическим распределением загрязнений атмосферы.

Изменение климата в результате антропогенных выбросов парниковых газов ведет

к крупномасштабным негативным последствиям практически во всех областях

деятельности человека. Наиболее значительному потеплению подвержены высокие

широты Земли, в которых расположены значительная часть территории Европы и

Азии.

В Западной Европе изменение климата чревато для сельского, лесного и водного

хозяйства. Это связано главным образом с перераспределением осадков и

увеличением числа и интенсивности засух. В зоне вечной мерзлоты, которая

занимает около 10 млн. км2, в результате таяния льдов при потеплении

климата станет разрушаться хозяйственная инфраструктура, будет нанесен ущерб

добывающей промышленности, энергетическим и транспортным системам,

коммунальному хозяйству. Подъем уровня Мирового океана приведет к затоплению и

разрушению береговой зоны и низменной территории дельт рек с расположенными

здесь населенными пунктами. Изменение климата может оказать негативное влияние

на здоровье людей-как из-за усиления теплового стресса в южных районах, так и

из-за распространения многих видов заболеваний.

В 1992 г. страны-члены ООН подписали рамочную Конвенцию ООН об изменении

климата. Конечная цель Конвенции заключается в том, чтобы добиться

стабилизации парниковых газов в атмосфере на уровне, не допускающем опасного

антропогенного воздействия на климатическую систему.

Один из главных источников загрязнения атмосферы углекислым газом-

автомобильный транспорт. Есть несколько видов борьбы с этим видом

загрязнений: техническое совершенствование двигателей , топливной аппаратуры,

электронных систем подачи топлива; повышение качества топлива, снижение

содержания токсичных веществ в выхлопных газах в результате применения

дожигателей топлива, каталитических катализаторов; использование

альтернативных видов топлива, например сжатого природного газа.

Кроме того, открыт способ утилизации углекислого газа с помощью новейших

технологий. Диоксид углерода извлекают из дымовых газов. Операцию проводят

высокоэкономичным методом газоразделения с помощью ионообменных мембран, при

этом концентрацию углекислоты доводят до 98-99%. Очищенный диоксид углерода

закачивают в хранилища (газгольдеры), откуда он поступает на дальнейшую

переработку.

На следующей стадии углекислый газ смешивают с парами воды и подвергают

электрохимическому разложению в процессе электролиза. В результате реакции

при высокой (1100-1500°С) температуре на аноде выделяется сверхчистый

кислород, а на катоде смесь окиси углерода и водорода, т.е. синтез-газ,

служащий основным сырьем для производства углеводородных соединений, всего

спектра современных искусственных материалов-от синтетического бензина и

дизельного топлива до изделий из полимеров (пластмасс, лаков, красок,

растворителей и т.д.). Синтез-газ может использоваться и в металлургии для

бескоксового производства чугуна.

В Институте нефтехимического синтеза им. А.В.Топчиева РАН разработаны

новейшие технологии превращения углекислого газа в метанол (метиловый

спирт) и диметиловый эфир, увеличивающие в 2-3 раза производительность

аппаратов при значительном уменьшении расхода электроэнергии. Здесь был

создан реактор нового типа, в котором производительность увеличена в 2-3

раза.

Введение этих технологий снизит накопление углекислого газа в атмосфере и

поможет не только создать альтернативное сырье для синтеза многих

органических соединений, основой для которых сегодня служит нефть, но и

решить важные экологические проблемы.

В перспективе возможно, хотя пока это относительно дорого, извлекать диоксид

углерода непосредственно из атмосферы крупных промышленных городов.

Интересно, что его запасы в атмосфере и гидросфере, накопленные за 100 лет

промышленной цивилизацией, существенно превышают ( в пересчете на

углеводороды, полученные по предлагаемой технологии) оставшиеся на планете

залежи нефти, а это около 400 млрд.т.

Стратосферный озоновый слой защищает людей и природу от жесткого

ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучения в ультрафиолетовой части

солнечного спектра. Каждый потерянный процент озона в масштабах планеты

вызывает до 150 тыс. дополнительных случаев слепоты из-за катаракты, на 2,6%

увеличивает число раковых заболеваний кожи. Установлено, что жесткий

ультрафиолет подавляет имунную систему организма.

Озон-трехатомные молекулы кислорода-рассеян над Землей на высоте от 15 до 50

км; озоновая защитная оболочка очень невелика: всего 3 млрд. т. газа ,

наибольшая концентрация-на высоте от 20 до 25 км. Если гипотетически сжать

эту оболочку при нормальном атмосферном давлении, получится слой всего в 2

мм, однако без него жизнь на планете невозможна.

Запуск мощных ракет, ежедневные полеты реактивных самолетов в высоких слоях

атмосферы, испытания ядерного и термоядерного оружия, ежегодное уничтожение

природного озонатора-миллионов гектаров леса-пожарами и хищнической рубкой,

массовое применение фреонов в технике, парфюмерной и химической продукции в

быту-главные факторы, разрушающие озоновый экран Земли.

В последние годы над Северным и Южным полюсами возникли «озоновые дыры» площадью

свыше 10 млн. км2 каждая, появились громадные «озоновые дыры» над

многими странами Европы, над Украиной. Разрушение озонового экрана Земли

сопровождается рядом опасных явных и скрытых негативных воздействий на человека

и живую природу.

Прорыв через «озоновые дыры» солнечных рентгено- и ультрафиолетовых лучей,

энергия фотонов которых превышает энергию лучей видимого спектра в 50-100

раз, увеличивает число мощных лесных пожаров. В1996 г. горели леса в

Австралии, Северной и Южной Америке, Африке, Европе, Юго-Восточной Азии.

Индонезийский лесной пожар 1997 г., бушевавший почти 5 месяцев, покрыл дымом

не только Индонезию, но и Малую Азию, Сингапур, достиг Южно-Китайского моря.

Люди задыхались от дыма, потерпел катастрофу авиалайнер.

В 1996 г. Нобелевской премией по химической экологии удостоены ученые-химики

Шервуд Роуланд, Марио Малина из Калифорнийского университета в Беркли (США) и

Поль Крутцен из Германии за научную гипотезу, выдвинутую ими еще в 1974 г. Их

догадка состоит в том, что разрушителями озона являлись синтезированные

человеком химические вещества, получившие название хлорфторуглероды (ХФУ).

Инертные, негорючие, неядовитые, несложные в производстве, они получили

широкое распространение-в баллончиках с аэрозолями различного назначения, а

также как охлаждающие жидкости в холодильниках и кондиционерах, как

растворители (тетрахлорметан, метилхлороформ, бромистый метил), в

производстве пестицидов.

Бромистый метил используется в качестве дезинфицирующего вещества для почв и

товаров (включая карантинную обработку некоторых продуктов, предназначенных

для международной торговли ), применяется в качестве добавки к

автомобильному топливу. Из бромистого метила высвобождается бром, который в

30-60 раз разрушительнее для озона, чем хлор. Другие химические соединения,

разрушающие озоновый слой , используются в баллонах для тушения пожара, при

изготовлении полистироловых стаканчиков и современных упаковок для фасовки

продуктов и полуфабрикатов.

Пик мирового производства озоноразрушающих веществ пришелся на 1987-1988 гг.

и составил около 1,2-1,4 млн. т в год. Около 35% производимого объема

приходилось на США, 40%-на страны ЕЭС, 10-12% производила Япония.

Механизм действия фреонов таков: попадая в верхние слои атмосферы, эти

вещества, инертные у земной поверхности, преображаются. Под воздействием

ультрафиолетового излучения химические связи в молекулах ХФУ нарушаются. В

результате выделяется хлор, который при столкновении с молекулой озона

вышибает из нее один атом. Озон перестает быть озоном , превращается в

обычный кислород. Хлор же, соединившись временно с кислородом, вскоре опять

оказывается свободным и «пускается в погоню» за следующей «жертвой». Его

активности хватает, чтобы разрушить десятки тысяч молекул озона.

В Токио в 1995 г.был опубликован доклад международной экологической

организации, в котором сделана попытка установить «авторство» «озоновых дыр»

над Антарктидой. В списке основных озоновых «вредителей» 25 стран, но

бесспорный приоритет принадлежит США, Японии и Великобритании. Признано, что

из всех промышленных корпораций самый большой вред озоновому слою (13,7%

мировых озоновых повреждений) нанесла американская компания «Дюпон».

Термин «кислотные дожди» ввел в 1872 г.английский инженер Роберт Смит в книге

«Воздух и дождь: начало химической климатологии». Кислотные дожди, содержащие

растворы серной и азотной кислот, наносят значительный ущерб природе. Земля,

водоемы, растительность, животные и постройки становятся их жертвами. В крупных

промышленных городах Украины с кислотными дождями на землю в год выпадает до

1500 кг серы на 1км2.

При сжигании любого ископаемого топлива (угля, горючего сланца, мазута) в

составе окисляющегося газа содержатся диокиси серы и азота. В зависимости от

состава топлива их может быть меньше или больше. Особенно насыщенные

сернистым газом выбросы дают высокосернистые угли и мазут. Миллионы тонн

диоксидов серы, выбрасываемые в атмосферу, превращают выпадающие дожди в

слабый раствор кислот.

Окислы азота образуются при соединении азота с кислородом воздуха при высоких

температурах, главным образом в двигателях внутреннего сгорания и котельных

установках. Получение энергии, увы, сопровождается загрязнением окружающей

среды. Дело осложняется еще и тем, что трубы теплоэлектростанций стали расти

в высоту и достигают 250-300, даже 400 м, следовательно, выбросы в атмосферу

теперь рассеиваются на огромные территории.

Дождевая вода , образующаяся при конденсации водяного пара, должна иметь

нейтральную реакцию, т.е. рН (рН-показатель, характеризующий кислотные или

щелочные свойства раствора). Но даже в самом чистом воздухе всегда есть

диоксид углерода, и дождевая вода, растворяя его, чуть подкисляется (рН 5,6-

5,7). А вобрав кислоты, образующиеся из диоксидов серы и азота, дождь

становится заметно кислым. Уменьшение рН на одну единицу означает увеличение

кислотности в 10 раз, на две-в 100 раз и т.д. Мировой рекорд принадлежит

шотландскому городку Питлокри, где 20 апреля 1974 г. выпал дождь с рН 2,4-это

уже не вода, а что-то вроде столового уксуса.

В 70-х гг. в реках и озерах скандинавских стран стала исчезать рыба, снег в

горах окрасился в серый цвет, листва с деревьев раньше времени устлала землю.

Очень скоро те же явления заметили в США, Канаде, Западной Европе. В Германии

пострадало 30%, а местами 50% лесов. И все это происходит вдали от городов и

промышленных центров. Выяснилось, что причина всех этих бед-кислотные дожди.

Показатель рН меняется в разных водоемах, но в ненарушенной природной среде

диапазон этих изменений строго ограничен. Природные воды и почвы обладают

буферными возможностями, они способны нейтрализовать определенную часть

кислоты и сохранить среду. Однако очевидно, что буферные способности природы

небеспредельны.

В водоемы, пострадавшие от кислотных дождей, новую жизнь могут вдохнуть

небольшие количества фосфатных удобрений; они помогают планктону усваивать

нитраты, что ведет к снижению кислотности воды. Использование фосфата

дешевле, чем извести, кроме того, фосфат оказывает меньшее воздействие на

химию воды.

Земля и растения, конечно, тоже страдают от кислотных дождей: снижается

продуктивность почв, сокращается поступление питательных веществ, меняется

состав почвенных микроорганизмов.

Огромный вред наносят кислотные дожди лесам. Леса высыхают, развивается

суховершинность на больших площадях. Кислота увеличивает подвижность в почвах

алюминия, который токсичен для мелких корней, и это приводит к угнетению

листвы и хвои, хрупкости ветвей. Особенно страдают хвойные деревья, потому

что хвоя сменяется реже, чем листья, и поэтому накапливает больше вредных

веществ за один и тот же период. Хвойные деревья желтеют, у них изреживаются

кроны, повреждаются мелкие корни. Но и у лиственных деревьев изменяется

окраска листьев, преждевременно опадает листва, гибнет часть кроны,

повреждается кора. Естественного возобновления хвойных и лиственных лесов на

происходит.

Все больший ущерб кислотные дожди наносят сельскохозяйственным культурам:

повреждаются покровные ткани растений, изменяется обмен веществ в клетках,

растения замедляют рост и развитие, уменьшается их сопротивляемость к

болезням и паразитам, падает урожайность.

Специалисты американского университета штата Северная Каролина изучили

воздействие, оказываемое кислотными дождями на растения в период их

максимальной восприимчивости к факторам внешней среды. Под влиянием кислотных

дождей непосредственно после опыления в початках кукурузы формировалось

меньше зерен, чем при орошении чистой водой. Причем, чем больше в дождевой

воде содержалось кислоты, тем меньше зерен образовывалось в початках. Вместе

с тем выяснилось, что кислотные дожди, прошедшие до опыления, не оказывали

заметного влияния на формирование зерен.

Проведены исследования степени восприимчивости к кислотным дождям 18 видов

сельскохозяйственных культур и 11 видов декоративных растений на ранних

стадиях роста. Наиболее подверженными вредоносному воздействию оказались

листья томатов, сои, фасоли, табака, баклажанов, подсолнечника и хлопчатника.

Наименее восприимчивыми-озимая пшеница, кукурузу, салат, люцерна и клевер.

Кислотные дожди не только убивают живую природу, но и разрушают памятники

архитектуры. Прочный, твердый мрамор, смесь окислов кальция (СаО и СО2

), реагирует с раствором серной кислоты и превращается в гипс (СаSО4

). Смена температур, потоки дождя и ветер разрушают этот мягкий материал.

Исторические памятники Греции и Рима, простояв тысячелетия, в последние годы

разрушаются прямо на глазах. Такая же судьба грозит и Тадж-Махалу-шедевру

индийской архитектуры периода Великих Моголов, в Лондоне-Тауэру и

Вестминстерскому аббатству. На соборе Св. Павла в Риме слой портлендского

известняка разъеден на 2,5 см. В Голландии статуи на соборе Св.Иоанна тают, как

леденцы. Черными отложениями изъеден королевский дворец на площади Дам в

Амстердаме.

Страдают от кислотных дождей и люди, вынужденные потреблять питьевую воду,

загрязненную токсическими металлами -ртутью, свинцом, кадмием и т.п.

Спасать природу от закисления необходимо. Для этого придется резко снизить

выбросы в атмосферу окислов серы и азота, но в первую очередь сернистого

газа, так как именно серная кислота и ее соли на 70-80% обусловливают

кислотность дождей , выпадающих на больших расстояниях от места промышленного

выброса.

Наблюдения за химическим составом и кислотностью осадков ведут станции,

отбирающие на химический анализ суммарные пробы, на которых в оперативном

порядке измеряют только величину рН. Пробы осадков на содержание от 11 до 20

компонентов анализируются в пяти кустовых лабораториях.

В заключение нужно отметить, что каждый должен задуматься над тем, что он

сделал сегодня для того, чтобы жизнь на планете завтра не умерла.