Деннис Тейлор – Биология. В 3-х томах. Т. 3 (страница 112)

Загрязнение атмосферы

Еще в начале шестидесятых годов считали, что загрязнение атмосферы — это локальная проблема больших городов и индустриальных центров, но позже стало ясно, что атмосферные загрязнители способны распространяться по воздуху на большие расстояния, оказывая неблагоприятное воздействие на районы, находящиеся на значительном удалении от места выброса этих веществ. Таким образом, загрязнение атмосферы — это глобальное явление, и для контроля за ним необходимо международное сотрудничество. К числу наиболее распространенных загрязнителей атмосферы относятся такие газы, как хлорфторуглероды, диоксид серы (SО₂), углеводороды и оксиды азота (NO_х).

Загрязнение может привести к значительному снижению естественной концентрации газов, входящих в состав атмосферы, например озона (О₃) в стратосфере. Но поразительно другое: концентрация озона выше в тех районах, где среднемесячное содержание загрязнителей в нижних слоях атмосферы составляет 200 млн.^-1, чем там, где максимальная величина загрязнения не превышает 0,04 млн.^-1. Подобные аномалии высоких концентраций озона наносят ущерб многим сельскохозяйственным культурам, например томатам: суммарные потери урожая за счет избытка О₃ составляют в Калифорнии около 1 млрд. долларов в год. В сочетании с углеводородами и соединениями группы NO_x озон может представлять собой прямую опасность для здоровья людей, и кроме того, является одной из важных составных частей фотохимического смога. Пыль, шум, чрезмерное количество тепла, радиация и электромагнитные поля, все это — загрязнение атмосферы. Детальное обсуждение полного перечня загрязняющих веществ, эффектов их воздействия и методов контроля за ними выходит за рамки настоящего изложения (см. D. Elson, 1987. Atmospheric pollution, Blackwell). Все возрастающая концентрация диоксида углерода, вклад этого и других газов в создание планетарного парникового эффекта обсуждались в разд. 12.4.1. Ниже речь пойдет о двух других актуальных глобальных проблемах; одна из них — обеднение озонового слоя (образование озоновых дыр), другая — "кислотные дожди".

Обеднение озонового слоя. Атмосфера — это термостатический и радиационный щит Земли. В верхних слоях атмосферы на высоте 15-50 км от земной поверхности кислород и озон поглощают большую часть поступающей извне коротковолновой радиации. Это ультрафиолетовое излучение (УФ), рентгеновские и гамма-лучи, которые по своей физической природе пагубны для живых существ, так как разрушают их генетический аппарат. По оценкам, полученным в США, при уменьшении концентрации озона стратосферы на 5% интенсивность УФ-излучения у поверхности Земли возрастет на 7,5-15%, что может повлечь за собой увеличение заболеваемости раком кожи на десятки, а то и сотни тысяч случаев в год.[26] При поглощении излучения озоном происходит прогрев стратосферы, возникает хорошо выраженный слой температурной инверсии (в отличие от температуры стратосферы, температура тропосферы, т. е. нижнего слоя атмосферы, по мере возрастания высоты падает). Существование этого слоя заметно ограничивает интенсивность и масштабы конвективного перемешивания атмосферы, поэтому любые нарушения слоя инверсии приведут к резкой глобальной смене погодных условий, а значит и к изменению климата на Земле.

В верхних слоях атмосферы молекулы кислорода (О₂) диссоциируют под действием излучения на атомы (О), которые соединяются с молекулами, образуя озон (О₃). Под действием солнечного света эта реакция обратима (О₃ + О↔2О₂). В "озоновом слое" концентрация озона поддерживается на некотором равновесном уровне в 1 млн.^-1.

Хлорфторуглероды представляют собой группу химических соединений, куда входят, в частности, четыреххлористый углерод и хлороформ. Обычно хлорфторуглероды используют в качестве растворителей, распылителей аэрозолей и фреонов в холодильниках. Эти вещества сравнительно устойчивы в нижних слоях атмосферы, где часто способствуют возникновению парникового эффекта (см. разд. 12.4.1). Они очень летучи и поэтому в конечном счете оказываются в стратосфере. На высоте более 25 км хлор- и фторсодержащие соединения распадаются под влиянием солнечного света, высвобождая атомы хлора или фтора, которые реагируют с озоном, причем каждый такой атом разрушает 10⁵ молекул озона, т.е. диссоциация озона на молекулярный и атомарный кислород происходит с большей скоростью, чем обратная реакция.

Таким образом, примесь хлорфторуглеродов нарушает равновесие между кислородом и озоном. При современном уровне загрязнения этими соединениями через 20 лет количество озона уменьшится на 10%, а за полвека может разрушиться около двух его третей. В 1987 г. впервые наблюдалось полное, хотя и носившее сезонный характер, разрушение озонового слоя над Антарктидой.

Кислотные дожди. Кислотные дожди — не простое и не единичное явление. При сжигании ископаемых горючих материалов образуется диоксид серы (SО₂) и оксиды азота (NO_x), а при неполном сгорании образуются еще и углеводороды. Все эти вещества поступают в атмосферу в газообразном состоянии, но иногда "вымываются" оттуда, выпадая на землю с осадками. Во всех промышленных районах, таких, как восточная часть США, Западная Европа и северовосточные районы Китая и Японии, иногда выпадают дожди, рН которых значительно ниже 4,0 (в норме нижний предел кислотности дождевой воды равен 5).[27]

Частое выпадение кислотных дождей (рН < 5) нередко приводит к крупным изменениям в экосистемах и повреждению зданий. Подобные явления обычны для государств, граничащих с теми, в которых находятся наиболее мощные источники загрязнения. Так, кислотные дожди, выпадающие в Норвегии и Швеции, — это результат загрязнения воздуха в Великобритании и Западной Европе, причем вредные вещества распространяются господствующими ветрами, дующими на большой высоте. В Центральной Швеции и Северной Норвегии под действием кислотных дождей снизились уловы лосося и форели, пострадали леса. Повреждение деревьев, связанное с кислотным загрязнением, — явление, очень распространенное сейчас в Европе, и есть данные о том, что в Англии от такого загрязнения страдают бук и тисс.

Нередко обнаруживается, что там, где почва бедна карбонатами (такие почвы образуются, например, на подстилающих гранитных породах), и не в состоянии нейтрализовать воздействие кислотных осадков, страдает фауна озер и рек. Особенно чувствительными оказываются молодь и икра рыб. В частности, в Скандинавии проблема осложняется тем, что килотные загрязнители, накопившиеся за зиму в снежном покрове, быстро высвобождаются весной при таянии снега и сразу попадают в большом количестве в талую воду в самый разгар нереста и выклева мальков.

Под влиянием кислотных дождей магний и кальций вымываются из почвы и листового опада, а алюминий, марганец и тяжелые металлы постепенно проникают в почвенные воды, где могут достигать токсических концентраций, приводящих к гибели корней деревьев и к разрушению микоризы. В результате этого снижается способность деревьев получать из почвы воду и минеральные соли. Болезни, связанные с недостатком минерального питания, стали весьма обычными, причем в условиях пониженной влажности заболеваемость деревьев увеличивается. К категории кислотных дождей следует отнести озонно-кислотные туманы, служащие, видимо, одной из важнейших причин суховершинности древостоя в Шварцвальде (ФРГ), а также выпадение сухих кислотных осадков. Озон образуется при взаимодействии углеводородов и оксидов азота в самых нижних слоях атмосферы под влиянием солнечного света. Даже в том случае, когда концентрация каждого отдельного загрязнителя безвредна, смесь таких веществ, как озон, диоксид серы, оксиды азота, другие фотооксиданты и тяжелые металлы, может привести к сильному угнетению растительности. В сочетании с климатическими стрессами, особенно засухой, такой "коктейль" из загрязняющих веществ часто бывает причиной гибели деревьев.

Таким образом, выражение "кислотные дожди" фактически обозначает несколько разнообразных явлений. Методы борьбы с закислением, например внесение извести в озера (Швеция) или лесную почву (ФРГ) дают лишь кратковременный положительный эффект. Серьезных успехов в этом направлении можно достигнуть лишь одним способом-снижением количества газообразных загрязнителей, поступающих в атмосферу. Особое внимание следует сосредоточить на уменьшении выбросов диоксида серы, который поступает в атмосферу в особенно больших количествах, а источники выбросов сравнительно легко обнаружить: это промышленные предприятия, главным образом работающие на угле электростанции. Кроме того, существуют эффективные и доступные, но дорогостоящие технологии десульфуризации[28] при использовании которых диоксид серы в атмосферу не выбрасывается. В долгосрочной перспективе, видимо, также важно будет ограничить поступление в атмосферу углеводородов и оксидов азота.

Загрязнение воды

До последнего времени загрязнение воды было локальным явлением, касавшимся преимущественно промышленно развитых стран. Проблема эвтрофизации, вызванной применением чрезмерного количества удобрений при интенсивном ведении сельского хозяйства, а также сточными водами, обогащенными фосфатами, уже обсуждалась в разд. 12.4.1. Такие ситуации все чаще возникают то в одном, то в другом уголке земного шара, затрагивая не только пресноводные, но и морские экосистемы. Например, летом 1988 г. огромное, протяженностью в несколько миль пятно "цветения" планктонных водорослей покрыло часть Северного моря и достигло Балтики. Сброс плохо очищенных сточных вод из населенных пунктов побережья приводит к возникновению прямой угрозы для здоровья купающихся в море людей и для морских животных.