Глобальная система мониторинга окружающей среды и ресурсов

Размещено на http://allbest.ru

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»

Индивидуальное домашнее задание

по дисциплине: Экология

Глобальная система мониторинга окружающей среды и ресурсов

Исполнитель:

Ибраев А.И.

Студент гр. Д-1В21

Проверил:

Томск 2013



1. Экологический контроль и мониторинг

Термин "мониторинг" появился перед проведением Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде (Стокгольм, 5 - 16 июня 1972 г.).

В Федеральных законах «Об охране окружающей среды» и «О гидрометеорологической службе» понятие «мониторинг окружающей среды» определяется как комплексная система наблюдений за состоянием окружающей среды, оценки и прогноза происходящих в ней изменений под воздействием природных и антропогенных факторов.

Мониторинг включает следующие основные направления деятельности (Рис. 1)

Рис.1. Блок-схема системы мониторинга

1) наблюдение за факторами, воздействующими на окружающую природную среду, и за состоянием среды;

2) оценку фактического состояния природной среды;

3) прогноз состояния окружающей природной среды и оценку этого состояния.

Существуют различные подходы к классификации мониторинга (по характеру решаемых задач, по уровням организации, по природным средам, за которыми ведутся наблюдения). Отраженная на рис.2 классификация охватывает весь блок экологического мониторинга, наблюдения за меняющейся абиотической составляющей биосферы и ответной реакцией экосистем на эти изменения. Таким образом, экологический мониторинг включает как геофизические, так и биологические аспекты, что определяет широкий спектр методов и приемов исследований, используемых при его осуществлении.

Рис.2. Классификация экологического мониторинга

Мониторинг является многоуровневой системой. В хорологическом аспекте обычно выделяют системы (или подсистемы) детального, локального, регионального, национального и глобального уровней.

Низшим иерархическим уровнем является уровень детального мониторинга реализуемого в пределах небольших территорий (участков) и т.д.

При объединении систем детального мониторинга в более крупную сеть (например, в пределах района и т.п.) образуется система мониторинга локального уровня. Локальный мониторинг предназначен обеспечить оценку изменений системы на большей площади: территории города, района.

Локальные системы могут объединяться в более крупные - системы регионального мониторинга, охватывающие территории регионов в пределах края или области, или в пределах нескольких из них. Подобные системы регионального мониторинга, интегрируя данные сетей наблюдений, различающихся по подходам, параметрам, территориям отслеживания и периодичности, позволяют адекватно формировать комплексные оценки состояния территорий и давать прогнозы их развития.

Системы регионального мониторинга могут объединяться в пределах одного государства в единую национальную (или государственную) сеть мониторинга, образуя, таким образом, национальный уровень) системы мониторинга. Примером такой системы являлась "Единая государственная система экологического мониторинга Российской Федерации" (ЕГСЭМ) и ее территориальные подсистемы, успешно создаваемые в 90-е годы ХХ века для адекватного решения задач управления территориями. Однако, вслед за Министерством экологии в 2002г. ЕГСЭМ была также упразднена и в настоящее время в России имеются лишь ведомственно-разрозненные сети наблюдений, что не позволяет адекватно решать стратегические задачи управления территориями с учетом экологического императива.

В рамках экологической программы ООН поставлена задача объединения национальных систем мониторинга в единую межгосударственную сеть - «Глобальную систему мониторинга окружающей среды» (ГСМОС). Это высший глобальный уровень организации системы экологического мониторинга. Ее назначение - осуществление мониторинга за изменениями в окружающей среде на Земле и ее ресурсами в целом, в глобальном масштабе. Глобальный мониторинг - это система слежения за состоянием и прогнозирование возможных изменений общемировых процессов и явлений, включая антропогенные воздействия на биосферу Земли в целом. Пока создание такой системы в полном объеме, действующей под эгидой ООН, является задачей будущего, так как многие государства не имеют еще собственных национальных систем.

Глобальная система мониторинга окружающей среды и ресурсов призвана решать общечеловеческие экологические проблемы в рамках всей Земли, такие как глобальное потепление климата, проблема сохранения озонового слоя, прогноз землетрясений, сохранение лесов, глобальное опустынивание и эрозия почв, наводнения, запасы пищевых и энергетических ресурсов и др. Примером такой подсистемы экологического мониторинга является глобальная наблюдательная сеть сейсмомониторинга Земли, действующая в рамках Международной программы контроля за очагами землетрясений и др.

Следует принять во внимание, что сама система мониторинга не включает деятельность по управлению качеством среды, но является источником необходимой для принятия экологически значимых решений информации.

В осуществлении экологического мониторинга и экологического контроля общим функциональным элементом является проведение наблюдений и оценка полученных данных о параметрах (характеристиках) наблюдаемого объекта. Однако в рамках этих двух понятий существенно различаются объекты, за которыми проводятся наблюдения, а также последующие функции, реализуемые на основе полученной информации.

В экологическом контроле (в зарубежных странах вместо термина «контроль» используются «управление», «менеджмент») объектами наблюдения являются антропогенные объекты (источники выбросов и сбросов вредных веществ) или хозяйственная деятельность в целом. В ходе экологического контроля осуществляется управляющее воздействие на наблюдаемый объект, направленное на приведение его в соответствие с заранее заданными параметрами.

В мониторинге окружающей среды (экологическом мониторинге) объектами наблюдений являются атмосферный воздух, поверхностные воды и почвы. Цель наблюдений - получение объективных данных о состоянии этих компонентов природной среды, прогнозирование возможных их изменений во времени и пространстве под воздействием природных и антропогенных факторов. Задачи наблюдений - слежение за состоянием окружающей среды, выявление и прогнозирование негативных изменений и своевременное представление информации в установленном порядке. В данном случае выявление каких-либо отклонении в состоянии атмосферного воздуха, поверхностных вод, почвы (например, превышение ПДК загрязняющих веществ) является сигналом для принятия управляющих воздействий минимизации последствий негативных изменений в состоянии окружающей среды для здоровья человека и состояния систем (особенно при аварийном загрязнении).

Таким образом, в отличие от экологического контроля, в экологическом мониторинге на наблюдаемые объекты невозможно оказать непосредственное (прямое) являющее воздействие. Поэтому в мониторинге вместо этой функции реализуются задачи по прогнозированию изменений состояния наблюдаемых объектов.

Несмотря на то что экологический контроль и экологический мониторинг - разные понятия, в конечном счете обе системы направлены на предотвращение загрязнения окружающей среды.

Экологический контроль -- деятельность государственных органов, предприятий и граждан по соблюдению экологических норм и правил.

Различают государственный, производственный и общественный экологический контроль.

Государственный экологический надзор согласно ст. 65 Федерального закона «Об охране окружающей среды» (в ред. от 18.07.2011 № 242-ФЗ) включает:

· надзор в области обращения с отходами, охраны атмосферного воздуха и водных объектов, охраны, воспроизводства и использования объектов животного мира и среды их обитания, охраны и использования особо охраняемых природных территорий, надзор за геологическим изучением, рациональным использованием и охраной недр, надзор во внутренних морских водах и в территориальном море, на континентальном шельфе и в исключительной экономической зоне Российской Федерации;

· земельный, лесной, охотничий надзор;

· контроль (надзор) в области рыболовства и сохранения водных биоресурсов.

Государственные функции по осуществлению государственного экологического надзора в отношении его отдельных направлений распределены между многими федеральными органами (частично с передачей полномочий органам исполнительной власти субъектов Российской Федерации) и установлены в постановлениях Правительства РФ, которые определяют, с одной стороны, полномочия федеральных органов исполнительной власти, а с другой - порядок осуществления экологического надзора по его отдельным видам.

Основным органом государственного экологического надзора является Росприроднадзор. Росприроднадзор осуществляет контроль и надзор:

· в области охраны атмосферного воздуха и обращения с отходами (за исключением радиоактивных отходов);

· за использованием и охраной водных объектов;

· за геологическим изучением, рациональным использованием и охраной недр;

· за соблюдением российского законодательства и международных норм в области морской среды и природных ресурсов внутренних морских вод, территориального моря, в исключительной экономической зоне и на континентальном шельфе, за рациональным использованием минеральных и живых ресурсов на континентальном шельфе;

· в области организации и функционирования особо охраняемых природных территорий федерального значения, охраны, использования и воспроизводства объектов животного мира, находящихся на этих территориях, и охраны среды их обитания;

· лесной контроль и надзор на землях особо охраняемых природных территорий федерального значения;

· государственный земельный контроль в пределах своих полномочий.

Порядок осуществления большинства из этих видов надзора (контроля) установлен соответствующими постановлениями Правительства РФ и регламентирован приказами МПР России (до переименования в мае 2008 г.) и Минприроды России (табл. 1).

Таблица 1

Некоторые нормативные правовые акты, регулирующие выполнение государственных функций по осуществлению государственного экологического надзора Росприроднадзором

Вид надзора	Постановления Правительства РФ	Приказы министерства
В области охраны атмосферного воздуха	от 15.01.2001 № 31 «Об утверждении Положения о государственном контроле за охраной атмосферного воздуха» (в ред. от 21.04.2010)	Приказ Минприроды России от 31.10.2008 № 300 «Об утверждении Административного регламента Федеральной службы по надзору в сфере природопользования по исполнению государственной функции по контролю и надзору за соблюдением в пределах своей компетенции требований законодательства Российской Федерации в области охраны атмосферного воздуха» (в ред. от 03.09.2009)
За использованием и охраной водных объектов (федеральный контроль и надзор)	от 25.12.2006 № 801 «Об утверждении Положения об осуществлении государственного контроля и надзора за использованием и охраной водных объектов» (в ред. от 04.03.2009)	Приказ Минприроды России от 26.08.2008 № 192 «Об утверждении Административного регламента исполнения Федеральной службой по надзору в сфере природопользования государственной функции по осуществлению федерального государственного контроля и надзора за использованием и охраной водных объектов» (в ред. от 15.06.2010)
За геологическим изучением, рациональным использованием й охраной недр	от 12.05.2005 № 293 «Об утверждении Положения о государственом контроле за геологическим изучением, рациональным использованием и охраной недр» (в ред. от 02.02.2010 № 39)	Приказ МПР России от 03.12.2007 № 319 «Об утверждении Административного регламента Федеральной службы по надзору в сфере природо-пользования по исполнению государственной функции по осуществлению государственного контроля за геологическим изучением, рациональным использованием и охраной недр» (в ред. от 17.09.2009)



Росприроднадзор принимает также участие в земельном и лесном надзоре наряду с другими государственными органами.

Наиболее многочисленны федеральные органы, уполномоченные на осуществление земельного надзора (табл. 2) согласно постановлению Правительства РФ от 15.11.2006 № 689 «О государственном земельном контроле» (в ред. от 22.06.2007 № 394, от 21.04.2010 № 268, от 11.04.2011 № 267).

Таблица 2

Полномочия федеральных органов по осуществлению земельного надзора (по постановлению правительства РФ от 15.11.2006 №689)

Орган	Полномочия
Федеральная служба государственной регистрации, кадастра и картографии (Росреестр)	Осуществляет контроль за соблюдением: -выполнения требований земельного законодательства о недопущении самовольного занятия земельных участков, самовольного обмена участками и использования участков без оформленных на них правоустанавливающих документов или без документов, разрешающих осуществление хозяйственной деятельности, порядка переуступки права пользования землей; -выполнения требований земельного законодательства об использовании земель по целевому назначению в соответствии с принадлежностью к той или иной категории земель и разрешённым использованием, о выполнении обязанностей по приведению земель в состояние, пригодное для использования по целевому назначению, выполнения требований о наличии и сохранности межевых знаков границ земельных участков; -порядка предоставления сведений о состоянии земель, исполнения предписаний по вопросам соблюдения земельного законодательства и устранения нарушений в области земельных отношений и иных требований
Федеральная служба по надзору в сфере природопользования (Росприроднадзор)	Осуществляет контроль за соблюдением: -выполнения обязанностей по рекультивации земель после завершения разработки месторождений полезных ископаемых, строительных, мелиоративных, лесозаготовительных, изыскательских и иных работ; -выполнения требований по улучшению земель и охране почв от ветровой, водной эрозии и предотвращению других процессов, ухудшающих качественное состояние земель; -выполнения требований законодательства о недопущении использования участков лесного фонда для раскорчевки и других целей без специальных разрешений на использование указанных участков; -режима использования земельных участков и лесов в водоохранных зонах и прибрежных полосах водных объектов; -выполнения иных требований земельного законодательства
Федеральная служба по ветеринарному и фитосанитарному надзору (Россельхознадзор)	Осуществляют на землях сельскохозяйственного назначения и земельных участках сельскохозяйственного использования в составе земель поселений контроль за соблюдением: -выполнения мероприятий в соответствии с Федеральным законом «0 государственном регулировании обеспечения плодородия земель сельскохозяйственного назначения»; -выполнения требований по предотвращению самовольного снятия, перемещения и уничтожения плодородного слоя почвы, а также порчи земель в результате нарушения правил обращения с пестицидами, агрохимикатами или иными опасными для здоровья людей и окружающей среды веществами и отходами производства и потребления; -выполнения иных требований земельного законодательства по вопросам использования и охраны земель в пределах установленной сферы деятельности

Дополнительно Ростехнадзором осуществляется федеральный надзор (с позиций энерго- и промышленной безопасности) за соблюдением специальных условий использования земель в границах охранных зон линейных объектов (например, по постановлению Правительства РФ от 27.02.2010 № 103 по осуществлению государственного надзора за соблюдением особых условий использования земельных участков в границах охранных зон объектов электросетевого хозяйства).

Весьма сложным и неустойчивым является распределение полномочий в области лесного надзора. В последнее десятилетие полномочия по государственному управлению в области лесных отношений, и в частности по осуществлению лесного контроля, неоднократно передавались от одного федерального органа к другому. В разные годы лесной контроль полностью осуществлял Росприроднадзор (по приказам МПР России), а затем Россельхознадзор (по приказам Минсельхоза России). В сентябре 2010 г. все полномочия в области лесных отношений были переданы Федеральному агентству лесного хозяйства (Рослесхозу).

Согласно постановлению Правительства РФ от 23.09.2010 № 736 «О Федеральном агентстве лесного хозяйства» (в ред. от 28.01.2011 № 39, от 24.03.2011 № 210 и от 30.09.2011 № 804)

Рослесхоз осуществляет государственный пожарный надзор в лесах и государственный лесной надзор на землях лесного фонда в отношении лесничеств и лесопарков (если соответствующие полномочия не переданы органам государственной власти субъектов Российской Федерации), а также в лесах, расположенных на землях обороны и безопасности.

Согласно постановлению Правительства РФ от 22.06.2007 № 394 «Об утверждении Положения об осуществлении государственного лесного контроля и надзора» (в ред. от 26.02.2009 № 176, от 25.03.2010 № 183, от 04.02.2011 № 50, от 16.04.2011 № 284) федеральными органами, осуществляющими государственный лесной надзор, являются Рослесхоз (в отношении лесничеств и лесопарков) и Росприроднадзор (только на землях особо охраняемых природных территорий федерального значения).

К государственному экологическому надзору (по ст. 65 Федерального закона «Об охране окружающей среды» в ред. от 18.07.2011 № 242-ФЗ) относится и контроль (надзор) в области рыболовства и сохранения водных биоресурсов. Федеральными органами, уполномоченными на осуществление этого контроля, являются Росрыболовство и ФСБ России.

Согласно постановлению Правительства РФ от 11.06.2008 № 444 «О Федеральном агентстве по рыболовству» (в ред. от 14.11.2011 № 933) Росрыболовство осуществляет функции по контролю (надзору) во внутренних водах Российской Федерации, за исключением внутренних морских вод, а также Каспийского и Азовского морей (что входит в полномочия пограничной службы ФСБ России), а также за исключением водных биологических ресурсов, находящихся на особо охраняемых природных территориях федерального значения и занесённых в Красную книгу РФ (что входит в полномочия Росприроднадзора).

Зоны ответственности ФСБ России и Росрыболовства по осуществлению полномочий по охране водных биологических ресурсов и государственного контроля в этой сфере (с детальным описанием границ ответственности на акваториях с указанием географических координат и береговых ориентиров) установлены распоряжением Правительства РФ от 15.03.2010 № 327-р.

Контроль со стороны Росрыболовства в значительной мере ориентирован на проверку требований к сохранению среды обитания водных биологических ресурсов и может затрагивать интересы многих предприятий, не являющихся пользователями водных биологических ресурсов.

В частности, по Федеральному закону «О рыболовстве и сохранении водных биологических ресурсов» установлены такие известные требования ко всем предприятиям, которые используют поверхностные водные объекты и их водоохранные зоны, как установление нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения (ст. 47), ограничение деятельности в рыбоохранных и рыбохозяйственных заповедных зонах (ст. 48 и 49), выполнение мер по сохранению водных биоресурсов и среды их обитания при проектировании, строительстве, реконструкции, капитальном ремонте объектов капитального строительства (ст. 50). Соблюдение этих требований, несомненно, может быть предметом проверки со стороны органов Росрыболовства.

Задачи наблюдения за состоянием природной среды в зоне влияния предприятия решаются в рамках производственного экологического контроля. В данном случае их целью является непосредственное управление источниками эроса. По экономическим и технологическим соображениям решение всех задач количественному определению содержания загрязняющих веществ в различных пробах осуществлять на единой лабораторной базе, оснащенной современными аналитическими приборами и оборудованием и обеспеченной обученным персоналом для выполнения необходимых измерений и анализов.

Что касается включения в задачи производственного экологического контроля проведения этих наблюдений, то таким образом законодатель дополнительно подчеркнул ответственность предприятия за состояние окружающей среды в зоне своего влияния и необходимость осуществления на основе полученной информации мероприятий по устранению негативных последствий деятельности для окружающей среды.

Особое значение имеют наблюдения в зоне своего влияния на опасных производственных объектах (атомные станции и предприятия ядерного топливного цикла, объекты хранения и уничтожения химического оружия и т.д.). экологический мониторинг биосфера

На таких объектах создаются автоматизированные системы наблюдений, данные которых в режиме реального времени включаются в информационно-управляющую систему объекта и используются для оперативного реагирования на выявленные отклонения в состоянии окружающей среды.



2. Причины возникновения кислотных дождей, последствия влияния на биосферу

Кислотный (кислый) дождь - дождь (и снег), подкисленный (рН ниже 5,6) из-за растворения в атмосферной влаге промышленных выбросов (SO₂, NO_x, HCl и др.).

Главные кислотообразующие выбросы в атмосферу - диоксид серы SO₂ (cернистый ангидрид, или сернистый газ) и оксиды азота NО_х (монооксид, или оксид азота NО, диоксид азота NO₂ и др.).

Природными источниками поступления диоксида серы в атмосферу являются главным образом вулканы и лесные пожары.

Естественная фоновая концентрация SО₂ в атмосфере достаточно стабильна, включена в биохимический круговорот и для экологически благополучных территорий России равна 0,39 мкг/м³ (Арктика) - 1,28 мкг/м³ (средние широты). Эти концентрации значительно ниже принятого в мировой практике предельно допустимого значения (ПДК) по SО₂, равного 15 мкг/м³.

Поступление в атмосферу больших количеств диоксида серы и окислов азота приводит к снижению рН - повышению концентрации ионов водорода в атмосферных осадках.

Это происходит из-за вторичных реакций в атмосфере, приводящих к образованию сильных кислот - серной и азотной. Растворение кислот в атмосферной влаге приводит к выпадению кислотных дождей.

Общее количество диоксида серы антропогенного происхождения в атмосфере сейчас значительно превышает ее естественное поступление и составляет в год около 100 млн. т (для сравнения: природные выбросы SO₂ в год равны примерно 20 млн. т).

Из них на долю США приходится 20%, на долю России - менее 10%. Диоксид серы образуется при сжигании богатого серой горючего, такого, как уголь и мазут (содержание серы в них колеблется от 0,5 до 5-6%), на электростанциях (~40% антропогенного поступления в атмосферу), в металлургических производствах, при переработке содержащих серу руд, при различных химических технологических процессах и работе ряда предприятий машиностроительной отрасли промышленности (~50%) (Рис.1).

Рис. 1 Источники выбросов в атмосферу оксидов серы

Техногенные мировые выбросы оксидов азота в атмосферу составляют в год около 70 млн. т (природные выбросы оксидов азота, по некоторым оценкам, равны в год 700 млн. т), примерно 30% их приходится на долю США, 25% - на долю стран Западной Европы и лишь несколько процентов - на долю России. Суммарные антропогенные выбросы оксидов азота в атмосферу больше. Дополнительный источник таких выбросов - сельское хозяйство, интенсивно использующее химические удобрения, в первую очередь содержащие соединения азота. Вклад этой отрасли мирового хозяйства в загрязнение атмосферы оксидами азота учесть трудно, по некоторым данным, поступление оксидов азота в атмосферу с сельскохозяйственных полей сопоставимо с промышленными выбросами.

В России (Рис.2) около 25% выбросов оксидов азота дает сжигание топлива на предприятиях электро- и теплоэнергетики, столько же - на предприятиях металлургической, машиностроительной и не связанной с процессами горения топлива химической отраслей промышленности (например, получение азотной кислоты и взрывчатых веществ). Главный источник техногенных оксидов азота в атмосфере - автотранспорт и другие виды моторного транспорта (около 40%).

Рис.2 Источники выбросов в атмосферу

Диоксид серы, попавший в атмосферу, претерпевает ряд химических превращений, ведущих к образованию кислот (Рис.3).

Частично диоксид серы в результате фотохимического окисления превращается в триоксид серы (серный ангидрид) SО₃

2SO₂ + O₂ > 2SO₃,

который реагирует с водяным паром атмосферы, образуя аэрозоли серной кислоты:

SO₃ + Н₂O > Н₂SO₄.



Основная часть выбрасываемого диоксида серы во влажном воздухе образует кислотный полигидрат SО₂*nH₂O, который часто называют сернистой кислотой и изображают условной формулой Н₂SО₃:

SO₂ + H₂O > H₂SO₃.

Сернистая кислота во влажном воздухе постепенно окисляется до серной:

2Н₂SО₃ + О₂ > 2Н₂SO₄.

Аэрозоли серной и сернистой кислот приводят к конденсации водяного пара атмосферы и становятся причиной кислотных осадков (дожди, туманы, снег).

При сжигании топлива образуются твердые микрочастицы сульфатов металлов (в основном при сжигании угля), легко растворимые в воде, которые осаждаются на почву и растения, делая кислотными росы.

Аэрозоли серной и сернистой кислот составляют около 2/3 кислотных осадков, остальное приходится на долю аэрозолей азотной и азотистой кислот, образующихся при взаимодействии диоксида азота с водяным паром атмосферы:

2NО₂ + Н₂О > НNО₃ + НNО₂.

Существуют еще два вида кислотных дождей, которые пока не отслеживаются мониторингом атмосферы.

Находящийся в атмосфере хлор (выбросы химических предприятий; сжигание отходов; фотохимическое разложение фреонов, приводящее к образованию радикалов хлора) при соединении с метаном (источники поступления метана в атмосферу: антропогенный - рисовые поля, а также результат таяния гидрата метана в вечной мерзлоте вследствие потепления климата) образует хлороводород, хорошо растворяющийся в воде с образованием аэрозолей соляной кислоты.

Очень опасны выбросы фтороводорода (производство алюминия, стекольное), который хорошо растворяется в воде, что приводит к появлению в атмосфере аэрозолей плавиковой кислоты.

Рис. 3 Схема образования кислотных дождей

Впервые кислотные дожди были отмечены в Западной Европе, в частности Скандинавии, и Северной Америке в 1950-х гг. Сейчас эта проблема существует во всем индустриальном мире и приобрела особое значение в связи с возросшими техногенными выбросами оксидов серы и азота.

За несколько десятилетий размах этого бедствия стал настолько широк, а отрицательные последствия столь велики, что в 1982 г. в Стокгольме состоялась специальная международная конференция по кислотным дождям, в которой приняли участие представители 20 стран и ряда международных организаций. До сих пор острота этой проблемы сохраняется, она постоянно в центре внимания национальных правительств и международных природоохранных организаций.

В среднем кислотность осадков, выпадающих в основном в виде дождей в Западной Европе и Северной Америке на площади почти 10 млн. км², составляет 5-4,5, а туманы здесь нередко имеют рН, равный 3-2,5.

В последние годы кислотные дожди стали наблюдаться в промышленных районах Азии, Латинской Америки и Африки. Например, в Восточном Трансваале (ЮАР), где вырабатывается 4/5 электроэнергии страны, на 1 км² выпадает около 60 т серы в год в виде кислотных осадков. В тропических районах, где промышленность практически неразвита, кислотные осадки вызваны поступлением в атмосферу оксидов азота за счет сжигания биомассы.

В России наиболее высокие уровни выпадений окисленной серы и оксидов азота (до 750 кг/км² в год) на значительных по площади ареалах (несколько тыс. км²) наблюдаются в густонаселенных и промышленных регионах страны - в Северо-Западном, Центральном, Центрально-Черноземном, Уральском и других районах; на локальных ареалах (площадью до 1 тыс. км²) - в ближнем следе металлургических предприятий, крупных ГРЭС, а также больших городов и промышленных центров (Москва, Санкт-Петербург, Омск, Норильск, Красноярск, Иркутск и др.), насыщенных энергетическими установками и автотранспортом.

За последние пять лет, согласно результатам измерений Росгидромета, наблюдается неизменное повышение кислотности дождей (минимальные значения рН = 3,1-3,4) на Урале и в Предуралье, на северо-западе и юге европейской территории России.

Специфическая особенность кислотных дождей - их трансграничный характер, обусловленный переносом кислотообразующих выбросов воздушными течениями на большие расстояния - сотни и даже тысячи километров. Этому в немалой степени способствует принятая некогда «политика высоких труб» как эффективное средство против загрязнения приземного воздуха. Почти все страны одновременно являются «экспортерами» своих и «импортерами» чужих выбросов. Наибольший вклад в трансграничное подкисление природной среды России соединениями серы вносят Украина, Польша, Германия. В свою очередь, из России больше всего окисленной серы направляется в страны Скандинавии. Соотношения здесь такие: с Украиной - 1:17, с Польшей - 1:32, с Норвегией - 7:1. Экспортируется «мокрая» часть выбросов (аэрозоли), сухая часть загрязнений выпадает в непосредственной близости от источника выброса или на незначительном удалении от него.

Обмен кислотообразующими и другими загрязняющими атмосферу выбросами характерен для всех стран Западной Европы и Северной Америки. Великобритания, Германия, Франция больше направляют окисленной серы к соседям, чем получают от них. Норвегия, Швеция, Финляндия больше получают окисленной серы от своих соседей, чем выпускают через собственные границы (до 70% кислотных дождей в этих странах - результат «экспорта» из Великобритании и Германии). Трансграничный перенос кислотных осадков - одна из причин конфликтных взаимоотношений США и Канады.

Рис. 4. Влияние на окружающую среду кислотных дождей



Кислотные дожди оказывают многоплановое влияние на окружающую среду (рис. 4).

В первую очередь отрицательному воздействию подвергаются водные экосистемы, почва и растительность.

Природные поверхностные воды обладают буферными способностями по отношению к посторонним водородным и гидроксильным ионам, т. е. способностью поддерживать постоянную величину рН вблизи нейтральной точки; за пределами интервала значений рН = 4-13 буферная способность полностью утрачивается. Главным буферным соединением в воде является гидрокарбонат-ион HCO₃-, образующийся при диссоциации угольной кислоты и способный нейтрализовать кислоты и основания:

НСО₃- + Н⁺ Н₂СО₃,

НСО₃- + ОН- СО₃^2- + Н₂О

Таким образом, гидрокарбонат-ион принимает на себя более или менее значительную часть добавляемых водородных или гидроксильных ионов, благодаря чему рН раствора меняется незначительно. Особенно высокими буферными способностями обладает морская вода, рН которой составляет в общем от 7 до 8,5, что соответствует слабощелочной реакции.

Снеговые воды, а также большинство пресных водоемов, особенно в северных областях земного шара, обладают слабыми буферными свойствами и имеют кислую реакцию: 7 > рН > 4.

Самый богатый животный мир присущ водам, рН которых лежит в нейтральной или слабощелочной области. Он во много раз богаче, чем животный мир кислых или щелочных вод. Водоемы с очень кислыми водами необитаемы, жизни в них нет, как нет жизни и в водоемах со значениями рН больше 11.

Первыми жертвами кислотных дождей стали озера и реки. Сотни озер в Скандинавии, на северо-востоке США и на юго-востоке Канады, в Шотландии превратились в кислотные водоемы. Кислотные дожди привели к резкому снижению продуктивности 2500 озер Швеции. В Норвегии примерно половина поверхностных вод имеет повышенную кислотность, из 5000 озер в 1750 исчезла рыба. В провинции Онтарио (Канада) пострадало 20% озер, а в провинции Квебек - до 60% озер.

При повышении кислотности воды (еще до критического порога выживания водной биоты, например для моллюсков таким порогом является рН = 6, для окуней - рН = 4,5) в ней быстро нарастает содержание алюминия за счет взаимодействия гидроксида алюминия придонных пород с кислотой:

Аl(ОН)₃ + 3H⁺ > Al³⁺ + 3Н₂О

Даже небольшая концентрация ионов алюминия (0,2 мг/л) смертельна для рыб. В то же время фосфаты, обеспечивающие развитие фитопланктона и другой водной растительности, соединяясь с алюминием, становятся малодоступными этим организмам.

Повышение кислотности приводит к появлению в воде высокотоксичных ионов тяжелых металлов - кадмия, свинца и других, которые прежде входили в состав нерастворимых в воде соединений и не представляли угрозы живым организмам.

Дефицит питательных веществ и интоксикация воды приводят к своеобразной «стерилизации» водоемов. Закисленная и токсичная вода разрушает скелеты рыб и раковины моллюсков, а главное - снижает репродуктивные процессы. В свою очередь, это приводит к сокращению популяций наземных животных и птиц, связанных с водной биотой трофическими цепями (цепи питания).

«Мертвая вода» усиливает дефицит пресной воды, обусловленный возрастающими масштабами хозяйственного и бытового использования и ее загрязнением.

Что касается состояния рек и озер России, то качество воды большинства водных объектов в течение всех последних лет наблюдений и контроля со стороны Госкомэкологии не отвечает нормативным требованиям из-за сильного загрязнения промышленными сточными водами. Все основные реки России и их крупные притоки оцениваются как «загрязненные» или «сильно загрязненные». При таком положении кислотные осадки мало изменяют качественные характеристики воды.

Почвенные организмы более приспособлены к пониженным значениям рН почвенной влаги, но и они угнетаются возрастающей кислотностью, особенно азотфиксирующие бактерии и грибницы. Разрыхляющие почву дождевые черви могут жить в слабокислых почвах, в таких условиях они «нейтрализуют» почвенные кислоты с помощью выделяемой ими извести; в кислой почве дождевые черви погибают. Среди других нарушений, происходящих в почве вследствие ее подкисления, следует отметить нарушение процессов питания растений, разрушение их корневой системы.

Почвенное подкисление считается одной из основных причин усыхания лесов умеренной зоны северного полушария, причем этот фактор долгодействующий, который может проявиться через много лет после прекращения вредных кислотообразующих выбросов в атмосферу. Больше всего страдают елово-пихтовые и дубовые леса. Непосредственное воздействие кислотных осадков приводит к нарушению листовой поверхности, процессов транспирации (испарение с поверхности листа) и фотосинтеза за счет разрушения хлорофилла (это воздействие можно определить зрительно по побурению листьев и игл).

Многообразно косвенное влияние: загрязнения выступают в роли пусковых механизмов биологических и биохимических процессов, ослабляющих растение, нарушающих его рост, повышающих чувствительность к климатическим изменениям, делающих его менее устойчивым к вредителям - грибам, бактериям, жукам и др.

В то же время подкисление почвы азотокислыми дождями стимулирует развитие лесных вредителей.

Наибольший урон кислотные дожди нанесли лесам Центральной Европы, в частности 35% лесов Германии (на площади более 2,5 млн. га) повреждены ими. Ущерб от кислотных дождей для европейских лесов оценивается в 118 млн. м³ древесины в год (из них около 35 млн. м³ на европейской территории России). В меньшей степени от кислотных дождей страдают сельскохозяйственные растения, поскольку подкисление почв здесь можно контролировать агрохимикатами.

Воздействию кислотообразующих газов и кислотных осадков подвергаются органические материалы - кожа, бумага, ткани, резина, красители. Бумага, большинство тканей, кожа образованы гидрофильными веществами, которые накапливают воду между волокнами. Кислоты постепенно гидролизуют макромолекулы (главным образом целлюлозы и белков), в результате чего эти материалы становятся хрупкими и разрушаются. Как восстановитель диоксид серы вызывает обесцвечивание красителей, что приводит к выцветанию тканей.

Известняк, мел, мрамор, туф, содержащие карбонат кальция, разрушаются под действием кислотных дождей:

СаСО₃ + Н₂SО₄ > Са²⁺ + SO₄^2-+ СО₂ + Н₂О

СаСО₃ + 2HNO₃ > Са²⁺ + 2NО₃- + СО₂ + Н₂О

Многие скульптуры и здания в Риме, Венеции и других городах, памятники зодчества, такие, как Акрополь в Афинах, Кёльнский собор и другие, за несколько последних десятилетий получили значительно большие повреждения, чем за все предыдущее время. Под угрозой полного разрушения в результате действия кислотных осадков находятся более 50 тыс. скульптур скального «Города Будд» под Юньанем в Китае, построенного 15 веков назад.

Из бетона и других минеральных строительных материалов, а также стекла под действием кислотных дождей выщелачиваются не только карбонаты, но и силикаты. Если рН осадков достигает значений, равных 4,5-3, то ионы алюминия начинают вымываться из кристаллической решетки. С уменьшением рН интенсивно протекает разрушение силикатной кристаллической структуры, как, например, в полевом шпате (сырье для производства керамики, стекла, цемента):

3KAlSi₃O₈ + 12Н₂О + 2H⁺ > КAl₃Si₃O₁₀(ОН)₂ + 6H₄SiO₄ + 2К⁺

2КAl₃Si₃O₁₀(ОН)₂ + 18Н₂О + 2Н⁺ > 3Al₂O₃(Н₂О)₃ + 6H₄SiO₄ + 2К⁺

Подобным образом кислотные дожди разрушают древние оконные стекла церквей, соборов и дворцов. Старинное стекло из-за повышенного содержания оксидов щелочных и щелочно-земельных металлов более подвержено действию кислот, чем современное.

Металлы под действием кислотных дождей, туманов и рос разрушаются еще быстрее, чем строительные материалы и стекло. Корка образующегося на поверхности железных изделий гигроскопичного сульфата железа (II) окисляется кислородом воздуха, при этом образуется основная соль сульфата железа (III), являющаяся составной частью ржавчины:

2FeSO₄ + Н₂О + 0,5O₂ >2Fe(ОН)SO₄.

Такой же ущерб претерпевают изделия из бронзы, на которых образуется так называемая патина, состоящая из карбонатов и сульфатов. Слои пыли и копоти на поверхности создают пленку, которая удерживает влагу и в которой постоянно растворяются кислотообразующие газы. Кислота разъедает металл, переводя его в виде ионов в раствор, что становится заметным при отслаивании корки налета, достигающей миллиметровой толщины. Изделие при этом теряет свою первоначальную форму.

Загрязнение воздуха кислотообразующими выбросами оказывает многообразное вредное влияние и на организм человека.

Вдыхание влажного воздуха, содержащего диоксид серы, особенно опасно для пожилых людей, страдающих сердечнососудистыми и легочными заболеваниями, в тяжелых случаях может возникнуть отек легких. Вредно это и для здоровых людей, поскольку SO₂ и сульфатные частицы обладают канцерогенным действием. Установлена тесная взаимосвязь между повышением смертности от бронхитов и ростом концентрации диоксида серы в воздухе. Во время трагического лондонского тумана 1952 г. более 4000 смертей было отнесено за счет повышенного содержания во влажном воздухе диоксида серы и сульфатных частиц.

Многочисленные исследования показали увеличение числа заболеваний дыхательных путей в районах, воздух которых загрязнен диоксидом азота NО₂. Попадая в дыхательные пути, он взаимодействует с гемоглобином крови, затрудняя перенос кислорода к органам и тканям, вызывает респираторные, астматические и сердечные заболевания. В феврале 1972 г. в Японии по этой причине заболело более 70 000 человек, для многих из них заболевание имело летальный исход.

Кислотные дожди подобным образом действуют и на животных, однако систематических исследований здесь не проводилось, за исключением обитателей водных экосистем.

Чистота атмосферного воздуха планеты - одно из приоритетных направлений природоохранной деятельности национальных правительств, которая развивается в рамках программы, принятой на ХIX специальной сессии Генеральной Ассамблеи Организации Объединенных Наций в июне 1997 г.

Международными соглашениями установлены критические нормы выбросов диоксида серы и оксидов азота, ниже которых их воздействие на наиболее чувствительные компоненты экосистем не обнаруживается, а также ряд рекомендаций по осуществлению снижения этих выбросов.

Основными на сегодняшний день методами снижения загрязнения атмосферы, в том числе кислотообразующими выбросами, являются разработка и внедрение различных очистных сооружений и правовая защита атмосферы.

Ведутся исследования по снижению загрязнений от выхлопных газов автомобилей. Наибольшие трудности здесь вызывает именно уменьшение выбросов оксидов азота, которые помимо образования кислотных осадков ответственны за появление фотохимических загрязнителей (фотохимический смог) и разрушение озонового слоя в стратосфере. Для решения этой проблемы ведутся работы по созданию различных каталитических конвертеров, преобразующих оксиды азота в молекулярный азот.

Среди эффективных методов борьбы с выбросами окисленной серы в атмосферу через дымовые трубы следует отметить различные газоочистители, такие, как электрические фильтры, вакуумные, воздушные или жидкие фильтры-скрубберы.

Восстановление нормальной кислотности водоемов возможно за счет известкования, при этом не только уменьшается кислотность воды, но и повышается ее буферная способность, т. е. сопротивляемость по отношению к будущим кислотным осадкам.

Известкование можно применять и для защиты лесов от кислотных дождей, используя распыление с самолетов свежемолотого доломита (СаСО₃*MgCO₃), который реагирует с кислотами с образованием безвредных веществ:

СаМg(СО₃)₂ + 2Н₂SО₃ = СаSО₃ + МgSО₃ + 2СО₂ + 2Н₂О

СаМg(СО₃)₂ + 4НNО₃ = Са(NО₃)₂ + Мg(NО₃)₂ + 2СО₂ + 2Н₂О

Для защиты памятников культуры и ценных архитектурных сооружений используют покрытия из высокомолекулярных соединений - силиконов или производных эфиров кремниевой кислоты; для защиты металлических изделий - покрытие их лаком, масляной краской или легирование сталей, образующих устойчивую к кислотам оксидную пленку.

Перспективна замена бензина в автомобилях другими видами топлива (например, смесью спиртов), применение газобаллонных автомобилей, использующих природный газ, и электромобилей; использование на электростанциях в качестве топлива природного газа.

Реально заменить горючие ископаемые могут возобновимые экологически чистые энергетические ресурсы, такие, как солнечная энергия, ветер, морские приливы, термальные источники недр Земли. Пока возможности таких энергопроизводств относительно ограничены, но тем не менее, например, в Дании ветровые электростанции дают около 12% энергии (столько же дают все АЭС в России).

3. Раскройте признаки глобального экологического кризиса

Глобальный экологический кризис - это современное состояние устойчивого нарушения равновесия между человеческим обществом и Природой, проявляющееся в деградации окружающей природной среды.

Человеческие связи: ресурсные, промышленные, торговые, политические, экономические, религиозные, культурные превратили Землю в настоящее время в единую социальную коммуникативную систему. Поэтому и кризис экологический характеризуется масштабом всей планеты.

Характерные признаки глобального кризиса:

1. Наиболее известный глобальный эффект технологической деятельности человеческой цивилизации - изменение климата, общее потепление на планете. Принято считать, что парниковый эффект вызван накоплением в атмосфере Земли парниковых газов: двуокиси углерода (СО₂), окислов азота и метана (СН₄), образующихся в основном в процессе сжигания органического топлива, а также паров воды. Парниковый эффект - современный процесс нарушения теплового баланса планеты с постепенным, ускоряющимся ростом температуры на Земле. Анализу ситуации с глобальным потеплением климата посвящены сотни работ (например, Акимова, Хаскин, 1998; Воробьев, Пучков, 2006; Марфенин, 2001, и др.), в которых приводятся конкретные экспериментальные данные по изменению содержания газов в атмосфере, температуры и другим эффектам. Рассчитано, что сжигание органического топлива приводит к ежегодному выбросу в атмосферу 27 млрд. т СО₂.

По оценке Всемирной метеорологической службы при существующем уровне выбросов парниковых газов прирост средней температуры на планете составит 1 ^оС за 40 лет. С учетом возрастания выбросов повышение средней температуры на планете составит к середине века 2-3,5 °С, а затем и выше. Результаты такого процесса точно не прогнозируются.

За последние 100 лет произошли следующие изменения:

- средняя температура земной поверхности с 1866 по 1997 гг. возросла на 0,9 °С;

- уровень Мирового океана за 100 лет повысился на 15 см;

- за последние 100 лет в Альпах и на Кавказе ледники уменьшились в объёме наполовину, а на горе Килиманджаро - на 73 %;

- с 1990 по 2004 гг. было 9 лет, рекордно теплых за всю историю метеорологических наблюдений (с 1860 г.);

- число случаев естественных катастроф в мире (засухи, наводнения, тайфуны, неурожаи, землетрясения) возросло от 17 в год в 80-х годах до 30 в 90-х годах прошлого века;

- на территории Российской Федерации по данным наблюдений за 1891-1993 гг. тренд повышения средней годовой температуры составил 0,57 °С за 100 лет.

Таким образом, тенденции глобальных термодинамических изменений в биосфере очевидны. Ситуация усугубляется снижением площади фотосинтеза из-за уничтожения лесов, особенно тропических, (например в долине р. Амазонка) и сокращением фитопланктона в Мировом океане, а также из-за изменения реакции биосферы. Устойчивость биосферы может быть обеспечена только в случае, если скорость поглощения СО₂биотой равна его приросту в окружающей среде. С начала прошлого столетия биота суши перестала поглощать избыток СО₂ в атмосфере. Более того, она сама начала его выбрасывать, увеличивая, а не уменьшая изменения в окружающей среде в результате промышленной деятельности, т. е. биота и окружающая среда потеряли устойчивость.

Эти результаты подтверждаются самыми последними наблюдениями Сибирского института физиологии и биохимии растений РАН над сибирскими лесами (тайга). Они показали, что «начиная с 90-х годов XX века тайга задышала, превращая кислород в углекислый газ чересчур активно, даже в светлое время суток. То есть лес, вместо того чтобы спасать природу от пагубного воздействия цивилизации, сам так же активно, как и промышленность, поставляет углекислый газ».

2. Озоновый слой в атмосфере - это воздух на высотах 7-18 км с повышенной концентрацией озона О₃, поглощающего губительное для живого ультрафиолетовое излучение Солнца. Основной причиной снижения концентрации озона считаются выбросы в атмосферу хлор- и фторсодержащих соединений.

При истощении озонового слоя возрастает поток ультрафиолетового излучения, достигающего поверхности Земли, что может иметь своим следствием поражение глаз (рост катаракт), подавление иммунной системы людей, снижение продуктивности и урожайности растений. Однако существуют и другие гипотезы.

Например, более вероятная - об определяющей роли изменения магнитного поля Земли, усиливающееся распространением радиосвязи, телекоммуникационных и навигационных систем, электропередач. В подтверждение данной гипотезы формирования «озоновых дыр» свидетельствуют отмеченные колебания геомагнитного поля Земли с семидневным периодом (изменение нагрузки в электрических сетях) и расположение «озоновых дыр» над полюсами планеты, где сходятся геомагнитные линии планеты.

3. В последнее время начались изменения биосферной деятельности - заметно активизировались планетарные геологические силы (экзогенные процессы).

Увеличение числа и разрушительности природных явлений статистически очевидно, оно не должно восприниматься как случайность, т. к. хорошо коррелируется с нарастанием антропогенной деятельности и потому должно рассматриваться как вынужденная реакция биосферы на такое вмешательство. За первую половину века было отмечено 12 землетрясений мощностью свыше 7 баллов и погибло 740 тыс. человек, а во второй половине - 24 землетрясения и погибло более миллиона человек (Китай, 1976 г. - 500 000 жертв; Армения, 1988 г. - погибло более 25 000 человек; Иран, 1990 г. - 40 000 жертв; Индия, 2001 г. - больше 100 000 погибших).

Среднее число жертв на Земле от циклонов, тайфунов, землетрясений и наводнений составляло за последние 50 лет XX века 46 000 человек в год. По данным мировых страховых компаний объём материального ущерба, наносимого климатическими катастрофами в среднем за год, возрос за период с 1965 по 1995 гг. более чем в 3 раза и превысил 90 млрд. долл. в год.

4. Интенсификация человеческой деятельности ведет к изменению ландшафтов (эндогенных процессов) на всей территории планеты. Нарушение экосистем биосферы характеризуется тем, что на планете осталось только около 28 % площади (не считая материковых льдов), не затронутой хозяйственной деятельностью. Из 150 млн. км²площади суши под прямым контролем человека находится около 50 млн. км² (агропромышленные комплексы, города, полигоны, коммуникации, добыча ископаемых и т. д.).

На протяжении последних 5 тыс. лет человек уничтожил 60 % мировых лесов. Только за минувшие 40 лет Африка потеряла 23 % своих лесов, а Латинская Америка - 38 %. Всего за период с 1970 по 2004 гг. территория лесных массивов на планете уменьшилась на 12 %. На планете идут многие другие процессы изменения биосферы:

...