книги / Опасные природные процессы. Вводный курс

Гшва 7. Косчогенно-кличатические опасные природные процессы

экологических регионов земного шара. Здесь проживает 1/4 человечества: в 1995 г. население региона составляло 1,4 млрд человек, к 2025 г., по оцен­ кам ООН, оно достигнет 1,7 млрд. Природные ландшафты региона очень разнообразны: от арктических пустынь и тундр на севере России до субтро­ пических лесов на юге Китая. Страны региона отличаются динамично разви­ вающейся экономикой: ежегодный рост ВВП на душу населения в 1975— 1995 гг. составлял 3,8% в год (по сравнению с мировым показателем 1,2%).

Изменение климата. За последние 100 лет средняя годовая температура в пределах умеренного пояса на востоке Азии возросла более чем на ГС, но в отдельных частях региона потепление проявлялось по-разному. Так, в Сиби­ ри и на востоке Китая средние годовые температуры возросли на 2—4°С, в то время как на юго-востоке Китая температура понизилась на 1—2°С.

Согласно разработанным климатологическим моделям в случае удвое­ ния содержания С 02 в атмосфере рост глобальных температур в 2050 г. со­ ставит 2—3°С, а по некоторым данным — 2—5°С. Более теплыми станут зи­ мы. В Евразии потепление в Сибири и во внутренних, континентальных областях будет более выраженным, чем в приморских районах, находящих­ ся под влиянием муссонной циркуляции.

Прогнозирование осадков подвержено большей неопределенности, чем прогнозирование температур. Потепление на востоке Евразии пока сопро­ вождается небольшим увеличением количества осадков. За последнее сто­ летие зафиксировано повышение средних годовых сумм осадков на 20—50% на востоке Сибири, на 10—20% — на Корейском полуострове, северо-вос­ токе Китая, в бассейне Хуанхэ. В то же время в Японии и на юго-востоке Китая количество осадков уменьшилось. Результаты климатического моде­ лирования показывают, что при повышении содержания С 02 в атмосфере увеличение количества осадков будет продолжаться в Сибири, на Корей­ ском полуострове, в Японии и юго-западе Китая. В то же время сократит­ ся продолжительность периода со снежным покровом и уменьшится тол­ щина покрова. Снижение количества осадков ожидается в густонаселенных северных, центральных и юго-восточных районах Китая, а также в Монго­ лии, что усугубит уже наметившийся в Восточной Азии водный кризис.

Изменение природных условий. Потепление климата может привести к разнообразным экологическим последствиям — сдвигу границ природных зон на север, сокращению площади вечной мерзлоты, отступлению горных ледников. Существует вероятность 50% сокращения зон тундры и тайги. Прогнозируется также снижение биомассы таежных лесов из-за повыше­ ния температуры и снижения количества летних осадков. Увеличится опас­ ность лесных пожаров. Место тайги займут низкопродуктивные травяные и кустарниковые растительные сообщества. Увеличатся площади степных ландшафтов на юге Сибири и в Монголии.

В то же время усилится аридизация внутренних пустынь Центральной Азии (Такла-Макан, Джунгария), чему будет способствовать заметное сни­

241

Раздея II. Опасные природные процессы

жение стока с гор. В пустыне Гоби будут доминировать более теплолюби­ вые виды.

Прогнозируется усиление частоты и интенсивности пыльных бурь в Центральной Азии. В настоящее время частота пыльных бурь (со скоро­ стью ветра более 17 м/с) составляет 20—40 дней в году, а в некоторых рай­ онах — до 100 дней в году.

Вгорах, вероятно, произойдет смещение высотных поясов вверх по склонам, хотя темпы таких изменений будут более медленными, чем изме­ нение климата. Площадь альпийских лугов может сократиться за счет про­ движения вверх по склонам лесных и субальпийских поясов.

Очень серьезное последствие глобального потепления климата для Ев­ разии — смещение на север границы вечной мерзлоты в результате протаивания подземных льдов. Это активизирует процессы термокарста и эрозии, изменятся инженерно-геологические условия на огромных площадях. Дегра­ дация мерзлоты сопряжена с нарушением коммуникаций, разрушением фундаментов, проседанием построек. Вечная мерзлота на северо-востоке Китая и Тибетском нагорье исчезнет полностью. К середине текущего сто­ летия, по прогнозам, горные ледники Центральной Азии потеряют до 1/4 своего объема, за исключением наиболее крупных ледников в высокогорь­ ях Памира и Тянь-Шаня. Первоначально из-за быстрого таяния сток та­ лых ледниковых вод возрастет в 3 раза, а впоследствии он резко снизится или прекратится вовсе. В результате быстрого таяния снега в горах может сократиться снеговое питание горных рек, что приведет к их обмелению.

Еще одно реальное последствие глобальных климатических измене­ ний — подъем уровня Мирового океана, происходящий сейчас со скоро­ стью 1—2,5 мм/год. Особенно негативно он скажется на густонаселенных

иэкономически развитых приморских областях Китая и Японии. Токио. Нагоя и Осака, где сосредоточено 50% промышленного производства Япо­ нии, расположены в прибрежной зоне. Уже сейчас 860 км2 жилой застрой­ ки в этих городах лежит ниже среднего уровня моря. При подъеме уровня моря на 1 м возрастут в 3 раза площади, подверженные затоплению. Соот­ ветственно увеличится стоимость защитных сооружений, для возведения и усиления которых потребуется более 80 млрд долл.

ВКитае дельтовые и приморские низменности являются ценными сельскохозяйственными угодьями. Подъем уровня моря, помимо активиза­ ции береговой эрозии, приведет к внедрению засоленных морских вод в во­ доносные горизонты и к засолению почв. Потеря ценных пахотных угодий

иухудшение ситуации с водоснабжением оцениваются в Китае как серьез­ ная угроза, для преодоления которой потребуются огромные затраты.

Влияние предстоящих климатических изменений на сельское хозяйство оценивается экспертами неоднозначно. В целом благоприятным это воздей­ ствие будет в Сибири, где возможно продвижение на север зоны зернового земледелия. В то же время на юге Сибири из-за усиления засух урожаи зер­

новых могут снизиться на 20%.

242

Глава 7. Косчогенно-климатические опасные природные процессы

ВКитае влияние климатических изменений на сельское хозяйство, ско­ рее всего, будет отрицательным. Есть, впрочем, и противоположные — опти­ мистичные — прогнозы. По разным сценариям, к 2050 г. урожайность риса либо снизится до 78%, либо увеличится до 15% от современного уровня. Уро­ жай пшеницы либо снизится от 21%. либо повысится до 55%, кукурузы — от снижения на 19% до повышения на 5%.

Внаучных публикациях преобладает мнение, что парниковый эффект

вцелом положительно скажется на развитии мирового сельского хозяйст­ ва. Действительно, при увеличении концентрации С 02 у растений уменьша­ ется транспирация, усиливается фотосинтез и растет урожайность (эффект фертилизации). Однако независимые исследования динамики урожайности зерновых под влиянием климатических изменений, проведенные в ряде стран, свидетельствуют о том, что воздействие эффекта фертилизации на урожайность таких сельскохозяйственных культур, как пшеница, рис, сор­ го, неоднозначно. Прибавка урожая в результате увеличения концентрации С 02 будет меньше, чем потери, связанные с повышением температур, уве­ личением облачности и сокращением солнечной радиации. Не следует так­ же исключать возможность роста численности вредителей, грибков, плесе­ ни, что приведет к снижению количества и качества сельскохозяйственной продукции.

Рыболовство — еще одна отрасль мирового хозяйства, которая чутко реагирует на изменения климата. Влияние глобальных климатических изме­ нений на морское рыболовство еще окончательно не исследовано. Считает­ ся, что быстрое изменение температуры воды и содержания в ней кислоро­ да приведут к увеличению популяций мелких рыб, не имеющих высокой экономической ценности. Ухудшатся условия воспроизводства проходных лососевых рыб, заходящих для нереста в реки. В то же время потепление климата благоприятно скажется на развитии аквакультуры. В странах Вос­ точной Азии производится 70% мировых морепродуктов (в том числе во­ дорослей), и, вероятно, эта доля в будущем увеличится.

Глобальные изменения климата затронут и энергетику. Так, возрастет потребление электроэнергии на нужды охлаждения. Например, в 2050 г. в Японии потребности в электричестве возрастут в пиковые часы на 10%. Сокращение речного стока в целом может негативно сказаться на выработ­ ке электроэнергии ГЭС. Резко усложнятся условия добычи нефти и при­ родного газа в районах с вечной мерзлотой. В России потепление климата на 1—2°С существенно не повлияет на экономичность энергоснабжающих предприятий, снизятся только потребности в электроэнергии у мелких по­ требителей, главным образом в сельском хозяйстве.

Существенные изменения затронут и сферу транспорта. Прежде всего увеличится продолжительность навигации по морям Северного Ледовито­ го океана, и Северный морской путь станет функционировать дольше — до 4 мес. в году. Снизятся также расходы на проведение ледокольных опера­

243

Раздел И. Опасные природные процессы

ций. Но таяние вечной мерзлоты на огромных пространствах Евразии со­ пряжено с риском нарушения инженерно-геологических условий, что мо­ жет резко увеличить финансовые затраты на поддержание железных и ав­ томобильных дорог в безопасном состоянии.

Потепление непосредственно скажется и на здоровье населения. Меди­ ки считают, что в будущем следует ожидать увеличения заболеваемости и смертности от сердечно-сосудистых заболеваний, вызванных тепловым ударом. Исследования, проведенные в Шанхае, свидетельствуют, что при температуре воздуха выше 34°С резко возрастает смертность людей стар­ ше 65 лет. До сих пор не изучено совместное влияние высоких температур и загрязнения воздуха в городах и промышленных центрах (особенно окисла­ ми азота), а это весьма неблагоприятный фактор для здоровья людей. С по­ теплением климата изменятся границы ареалов трансмиссивных болез­ ней — малярии, шистосоматоза. Так, ареал малярии, передаваемой кома­ ром Anopheles, захватит некоторые районы умеренного пояса. Возрастет риск инфекционных заболеваний, в частности, передаваемых водой (холе­ ра), так как с повышением температур активизируется деятельность микро­ организмов.

7.5

Поблема озоновых дыр. Стратегия снижения риска

От ультрафиолетового излучения (солнечной ради­ ации) Землю предохраняет так называемый озоновый слой. Химический озон — это молекула, состоящая из трех атомов кислорода (молекула кис­ лорода содержит два атома). Озон образуется под воздействием высокоэнергетичной солнечной радиации, стимулирующей реакцию между 0 2 и свободными атомами кислорода. Под воздействием умеренной радиации он распадается, абсорбируя энергию этой радиации. Таким образом, этот ци­ кличный процесс «съедает» опасный ультрафиолет.

Концентрация озона в атмосфере очень мала, и небольшие изменения количества озона приводят к серьезным изменениям интенсивности ульт­ рафиолета, достигающего земной поверхности.

Однако прямое доказательство этой новой для человечества экологи­ ческой опасности было получено осенью 1984 г., когда британские ученые над Южным полюсом с помощью наземных и спутниковых систем слеже­ ния обнаружили озоновую дыру размером с территорию США. В ней со­ держание озона упало на 40Я6, причем мониторинговые наблюдения в те­

244

I.iaea 7. Косчогенно-клииатические опасные природные процессы

чение предшествующих 10 лет показали непрерывное уменьшение озона. Зимой 1991— 1992 гг. заметное понижение содержания озона было отмече­ но над Северной Европой. В 1993 г. беспрецедентное снижение произошло над всей территорией США. В штатах Мэн и Вирджиния дефицит достигал 18%, в среднем же он составлял 12.6%. Аналогичные данные были получе­ ны в Канаде. В 1995 г. процесс разрушения резко усилился над бывшей тер­ риторией СССР. Наиболее сильная потеря озона (около 40%) наблюдалась в октябре над северо-восточной частью России на протяжении 25 суток. Кроме того, значительные по глубине и времени проявления отрицатель­ ные аномалии наблюдались над озерами Байкал, Балхаш, над Прикаспий­ ской впадиной, Полярным Уралом, Памиром и плато Путоран. В результа­ те специальных экспедиций, наземных и аэростатических измерений озона и аэрозольных частиц над Гренландией, островами Шпицберген, Северной Европой также были обнаружены озоновые дыры, хотя и меньших разме­ ров, чем над Антарктидой.

Считается, что существенное влияние на концентрацию стратосферно­ го озона могут оказывать следующие факторы и процессы:

1)вариации солнечной активности;

2)вариации магнитного поля Земли;

3)динамика атмосферы;

4)химические факторы, т.е. поступление в стратосферу или образова­ ние в ней разрушающих озон веществ, которые по своей природе могут быть техногенными, биогенными и эндогенными.

Озон разрушается под воздействием соединений хлора, известных как фреоны, которые, распадаясь под воздействием солнечной радиации, осво­ бождают хлор, отрывающий от молекул озона «третий» атом. Хлор соеди­ нения не образовывает, но служит катализатором «разрыва». Полагают, что соединения хлора способны оставаться в атмосфере от 50 до 1500 лет (в за­ висимости от состава вещества). Озон разрушается окислами азота (метаном), окислами хлора, серой и фреонами, попадающими в стратосферу. Актив­ но разрушается озоновый слой при запуске ракетоносителей (при запуске космических кораблей многоразового использования типа «Шаттл»): при этом в атмосферу выбрасывается около 190 т хлора и его соединений, а од­ на молекула хлора способна уничтожить до 100 000 молекул озона. При од­ ном только запуске «Шаттла» может быть уничтожено около 0,3% общего содержания озона во всей земной атмосфере. Если же в течение года будет 60 запусков, то уничтожено будет около 18% озона.

Основными поставщиками хлора служат соединения, обычно называ­ емые хлорфторуглеводородами. Однако это не совсем правильно. В специ­ альной литературе различают собственно хлорфторуглеводороды (ХФУВ) и хлорфторуглероды (ХФУ): в первых из них не все, а во вторых — все ато­ мы водорода замещены атомами хлора и фтора. Более опасны для озоново­ го слоя ХФУ — летучие и нерастворимые в воде (потому не вымываемые из

245

Раздел II. Опасные природные процессы

атмосферы); время пребывания ХФУ в стратосфере исчисляется десятками и сотнями лет. В 1974 г. американские ученые Ш. Роуленд и М. Молина опубликовали свою гипотезу о том, что именно ХФУ попадают в страто­ сферу и разрушают озоновый слой. (В 1995 г. эти исследователи за свое от­ крытие были удостоены Нобелевской премии по химии.) Действительно, ХФУ на первый взгляд казались одними из самых полезных соединений, синтезированных человеком. Эти вещества нетоксичны и стабильны, не горят, практически не реагируют с другими соединениями, обладают вы­ сокой теплоизоляционной способностью и еще многими преимуществами. Благодаря этому область их применения чрезвычайно широка, а производ­ ство экономически выгодно — ХФУ используются как охладители, вспениватели жидких пластмасс, средства для очистки компьютерных микросхем, заполнители аэрозольных баллончиков и т.д. Еще более опасны так называ­ емые галлоны. В них наряду с атомами хлора и фтора присутствуют атомы брома — более активного, чем хлор, разрушителя озона. Также способно­ стью разрушать озон обладают метилхлороформ и четыреххлористый угле­ род. Важнейшие химические агенты, разрушающие озоновый слой, предста­ влены в табл. 7.2.

Озоновый слой — это широкий атмосферный пояс, простирающийся на высоте от 10 до 50 км над поверхностью Земли. Максимум озона отме­ чен у высот 21 км.

Наблюдения за озоновым слоем планеты проводились антарктически­ ми экспедициями с середины 50-х годов. Озоновая дыра над Антарктидой, увеличивающаяся по весне и уменьшающаяся к осени, была обнаружена в 1985 г. Открытие метеорологов вызвало цепь последствий экономического характера, о которых будет сказано ниже. Дело в том, что в существовании дыры была обвинена химическая промышленность, которая производит ве­ щества, содержащие фреоны, способствующие разрушению озона (от дезо­ дорантов до холодильных установок).

Однако степень вины человека в образовании озоновых дыр пока не ясна. Точка зрения «зеленых»: да, безусловно, человек виноват. Производство соединений, приводящих к разрушению озона, следует свести к минимум}, а лучше — вообще прекратить, т.е. отказаться от целого сектора промыш­ ленности с оборотом в миллиарды долларов. А если не отказаться — то пе­

ревести ее на «безопасные» рельсы, что тоже требует больших денег. Точка зрения скептиков: человеческое влияние на атмосферные про­

цессы, при всей его разрушительности в локальном плане, в планетарном масштабе ничтожно. Антифреоновая кампания «зеленых» имеет вполне про­ зрачную экономическую и политическую подоплеку. С ее помощью крупные американские корпорации («Дюпон», например) душат своих зарубежных конкурентов, принуждают принимать соглашения по «охране окружающей среды» на государственном уровне и насильно навязывают новый технологи­ ческий виток, который более слабые в экономическом отношении государ­ ства выдержать не в состоянии.

246

Глава 7. Косчогенно-климатические опасные природные процессы

Деструкция озоносферы с научной точки зрения имеет два аспекта. Первый аспект — это образование озоновых дыр, т.е. локальных (сотни ты­ сяч — миллионы квадратных километров), кратковременных (дни — неде­ ли), но глубоких (десятки процентов) снижений общего содержания озона. Другой аспект, несомненно, связанный с первым — глобальная убыль кон­ центрации стратосферного озона.

Таблица 7.2

Основные химические соединения, разрушающие озоновый слой

247

Раздел II. Опасные природные процессы

Современное отношение

кпроблеме озона

В1970 г. профессор Поль Крузен выдвинул предпо­

ложение, что окисел азота, который «выбрасывают» сверхзвуковые самолеты и распылители удобрений, отрицательно влияет на озоновый слой. Это было одной из причин закрытия проекта «Конкорд» — сверхзвукового пассажир­ ского самолета (и Ту-144 тоже). В 1974 г. профессоры Ш. Роуленд и М. Мо­ лина обнаружили эффект распада атмосферного озона под воздействием хлора, входящего в состав фреонов. Через 21 год после открытия им дали Нобелевскую премию за это. Далеко не все специалисты сочли эту премию заслуженной.

Первая международная конвенция по мерам предохранения озонового слоя была заключена в Вене в 1985 г. Через несколько месяцев после этого была обнаружена озоновая дыра в Южном полушарии. Позднее в Монреа­ ле был подписан протокол, обязывающий страны-участницы избавляться от вредных фреонов. В 1990, 1992 и 1997 гг. список разрушительных веществ пополнялся. В случае его соблюдения всеми странами (Китай, например, и Индия конвенцию не подписали, рассудив, что она им невыгодна) прогно­ зисты обещали восстановление озонового слоя к 2150 г. Главными произво­ дителями вредных для озона соединений (90% общемирового объема) назы­ ваются развивающиеся страны (которые по сути являются потребителями устаревшей продукции «цивилизованных» стран) и страны бывшего СССР.

Вто же время заявлено, что выброс фреонов в атмосферу, в 1986 г. до­ стигавший 1,1 млн т, к 1996 г. снизился до 160 тыс. т. Без Монреальской конвенции к 2010 г. он бы достиг 8 млн т в год. На рис. 7.18 и 7.19 показа­ но развитие озоновой дыры в стратосфере Антарктиды по материалам, по­ лученным в 1984—1985 гг. с американского спутника «Нимбус-7» (показаны среднемесячные данные за сентябрь). Сиреневый и фиолетовый цвета — это область дыры. Максимальной дыра была в 1987 г. (рис. 7.19).

Впоследнее время появилась научно обоснованная российским уче­ ным В.Л. Сывороткиным другая точка зрения (рис. 7.20). Возникновение ряда областей, причем не только в околополюсных пространствах с утон­ ченным озоновым слоем, может быть объяснено газовым дыханием в ак­ тивных рифтовых областях Земли и зонах глубинных активных разломов.

Эта точка зрения крайне важна, ибо снимает значительную политиче­ скую подоплеку по данной теме. Снижение выпуска хладогенов. вспенивателей, средств для очистки микросхем и др. нанесло бы существенный эко­ номический удар по странам Европы и по России в том числе. Поэтому выяснение всего спектра причин является актуальной не только научной, но и практической задачей. Примерно такая же ситуация возникла в свя­ зи с проблемами изменения климата.

248