Антропогенные процессы в атмосфере

Изменение состава воздуха связано с хозяйственной деятельностью человека, в результате которой всё более нарушается природное соотношение кислорода и углекислого газа.

С одной стороны, природное содержание кислорода в приземном слое атмосферы постепенно сокращается из-за:

- сжигания топлива (ежегодно сжигается 9 млрд. т условного топлива, на что потребляется 15,8 млрд. т кислорода);

- авиации, особенно реактивной (только один реактивный самолёт на трассе Европа — Америка сжигает за полёт 35 т кислорода, которого хватило бы для дыхания 12 тыс. чел. в течение суток);

- автотранспорта (автопарк мира за год расходует более 5 млрд. т кислорода);

- вырубки лесов, то есть сокращения лесопокрытых площадей (леса — поставщики кислорода, а, например, тропические леса на планете сокращаются со скоростью 44 га/мин.);

- производственных процессов (имеются в виду металлургические, химические и другие технологические процессы, потребляющие кислород);

- процессов окисления (металлов, окисления при разложении органических остатков и др.).

Ежегодная антропогенная убыль кислорода в приземном воздухе оценивается в 10–31,5 млрд. т, а содержание кислорода в воздухе крупных промышленных центров снижается до 19%, содержание же кислорода в воздухе, пригодном для дыхания человека, должно быть не менее 17%. Люди расходуют кислорода на 15–20% больше, чем его вырабатывают растения планеты. Так, некоторые страны (США, Швейцария, страны с преобладанием пустынных ландшафтов) находятся уже на «кислородном иждивении» стран, имеющих большие площади лесов, — Канады, Бразилии, России, так как общепланетарная циркуляция атмосферы в определённой степени компенсирует антропогенную убыль кислорода в отдельных регионах. На территории России имеются регионы, которые тоже имеют отрицательный баланс кислорода. Например, в пределах Центрального экономического района (ЦЭР) в результате только сжигания предприятиями около 100 млн.т горючего ежегодно нарастает дефицит кислорода, превышающий 120 млн.т, несмотря на то, что общая площадь лесов, восстанавливающих запасы кислорода, составляет не менее 45% территории ЦЭР.

С другой стороны, увеличивается выделение углекислого газа в атмосферу из-за:

- сжигания топлива (на предприятиях, транспортом и в котельных),

- лесных пожаров,

- сокращения лесопокрытых площадей и ряда других причин.

В результате роста концентрации в атмосфере, в первую очередь, углекислого газа в последнее время наблюдается усиление парникового эффекта.

Парниковый (тепличный) эффект атмосферы — её защитное действие в процессе лучистого теплообмена Земли с мировым пространством. Атмосфера достаточно хорошо пропускает к земной поверхности солнечную радиацию, но длинноволновое излучение земной поверхности сильно поглощается атмосферой: водяной пар задерживает около 60% теплового излучения Земли и углекислый газ — до 18%. Нагретая таким образом атмосфера посылает к земной поверхности встречное излучение, в значительной мере компенсирующее радиационную потерю тепла земной поверхностью (рис.11). В отсутствие атмосферы средняя температура земной поверхности была бы -23°, а в действительности она составляет +15°С.

Рис. 11. Механизм формирования парникового эффекта

Таким образом, углекислый газ поглощает радиацию в инфракрасной части спектра и поэтому способствует уменьшению длинноволновой радиации поверхностью Земли. При этом сокращается тепловое излучение и повышаются температуры приземного слоя воздуха. За последние 50 лет содержание углекислого газа в атмосфере возросло с 0,027 до 0,036%. Это привело к повышению среднегодовой температуры на планете на 0,6°. Если этот процесс продолжится и температуры приземного слоя атмосферы поднимутся ещё на 0,6°–0,7°, произойдёт интенсивное таяние ледников Антарктиды и Гренландии. Это приведёт к повышению уровня воды в океанах и затоплению до 5 млн. км² низменных, наиболее густо заселенённых равнин.

Вследствие антропогенных процессов происходит поступление в тропосферу целого ряда других газов, выбрасываемых автотранспортом и промышленными предприятиями. Ежегодное антропогенное попадание загрязняющих газов в тропосферу неуклонно растёт, что видно из таблицы 7.

Таблица 7

Рост антропогенного поступления в мире загрязняющих
воздух газов в тропосферу

Антропогенные процессы поставляют в воздух тропосферы ряд аэрозолей:

- при сгорании топлива поступают твёрдые частицы дыма, сажи, пепла;

- промышленными предприятиями выбрасываются капли кислот;

- при испытательных взрывах атомных и термоядерных бомб в воздух попадают продукты искусственного радиоактивного распада.

Особенно много антропогенных аэрозолей поступает в воздух больших городов, где в 1 см³ воздуха содержатся десятки тысяч аэрозольных частиц, а за год на каждый квадратный километр выпадают из атмосферы сотни тонн аэрозолей. В сельской местности воздух содержит на порядок, а над океанами — на два порядка меньше аэрозолей, чем воздух крупных городов.