6.2. Лес, озоновый слой и климат - Реинжиниринг окружающей среды - Сусуму Сато, Хиромицу Кумамото

     6.2.1. Оголение лесов

     _Земля располагается на оптимальном расстоянии от Солнца. Эта позиция -

источник  подходящих условий для  роста различных растений и лесов в течение

более  чем 4,5 миллионов лет; в результате мы имеем Землю в зелени и ставшей

голубой планетой.

     Луна  -  пустынная  планета.  Оказалось,  что Марс  является  планетой,

покрытой  бесконечным  числом кратеров;  к сожалению,  ни один  марсианин не

найден. Венера - скалистая планета, закрытая толстым слоем облаком, стонущая

под  температурой выше  400  градусов  по Цельсию и  давлением  примерно  85

атмосфер. Теперь почти точно установлено, что Юпитер и Сатурн - планеты, где

организмы неспособны выжить.

     _Земля  -  единственная планета, покрытая зелеными  лесами.  Избыточный

кислород появился  из этих  лесов.  Жизнь  на восхитительной  планете  Земля

поддерживается лесами. К сожалению, площадь лесов теперь уменьшается по двум

причинам:

     1) вырубка;

     2) кислотные дожди и туманы.

     6.2.1.1. Увеличение лесоповалов

     Деревья вырубаются для  промышленных  и  строительных  целей, получения

новых сельскохозяйственных земель и в качестве  топлива для  бедных  людей в

странах третьего  мира. Это приводит к  ежегодному уменьшению общей  площади

лесов на 1%. Другими словами, ежегодно теряется площадь  леса, эквивалентная

площади  Венгрии. Если это уничтожение продолжиться, то все  леса исчезнут с

лица Земли в течение 100 лет.

     _Вырубка    для   промышленных   и    строительных    целей   вынуждает

лесозаготовительную  промышленность  импортировать  древесину  из  Филиппин,

Индонезии и  других  стран Южной  Азии. Множество гор на Филиппинах лишилось

лесов, а  джунгли на  Борнео сохранятся  самое большое еще  в течение десяти

лет.

     _Получение  новых  сельскохозяйственных  земель -  также  важный фактор

уменьшения лесов. Уничтожение леса охватило бассейн реки Амазонки. Сожженный

лес создает плодородную почву для зерновых культур. Однако зерновые культуры

могут  выращиваться  самое  большое  в  течение  нескольких   лет,  так  как

количество  питательных веществ в  почве  уменьшается.  Поэтому  должен быть

сожжен новый лес для очередного, нового  повышения плодородия почвы, которое

снова продолжиться только  два или три года. Новых  лесов немного, и фермеры

должны возвратиться к первоначальным наделам. Если это повторение происходит

в  20-летнем  цикле,  то  ранее  уже использованная земля  снова  становится

плодородной. Однако демографический взрыв в этих районах уменьшил цикл до 10

лет.  Это  злоупотребление  землей ведет  к деградации плодородия  почвы. Не

найдя  плодородную землю,  фермеры  ищут  новых лесов  для  сжигания.  Таким

образом,  леса  в  тропических  регионах  Африки,  Америки  и  Азии   быстро

уменьшаются. 50% уничтожения леса в мире вызвано целью получения земель  для

сельского хозяйства.

     _Лесозаготовками  для  получения  топлива  также  нельзя  пренебрегать.

Население  Земли  достигло  5, 5 миллиарда  человек. Треть  людей  на  Земле

используют дрова  в качестве топлива.  Если бы только мертвые, сухие деревья

использовались для дров,  то площади  лесов не уменьшались бы. Тем не  менее

мертвые  деревья  как топливо не  могут удовлетворить почти  двум миллиардам

людей. Леса вырубаются на дрова, и они, соответственно, уменьшаются.

     6.2.1.2. Кислотные дожди и туманы

     Черный  лес  в  Западной  Германии начал  умирать  в  1982  году  из-за

кислотных дождей и туманов. В то время умерло только 8%  леса. Однако уже  в

1985 году мертвые деревья заняли 54%. Хотя мертвая часть леса уменьшилась до

52%  в 1989 году, такое незначительное  изменение объясняется тем, что ранее

умершие деревья в вычислениях уже не рассматривались.

     _Кислотные дожди и туманы не ограничились воздействием только на Черный

лес. Данные о повреждениях других лесов следующие: 71% - в Чехословакии, 64%

- в  Греции  и  Англии, 50% - в  других  странах  Западной Европы. В среднем

примерно 35% по всей Европе. Подобные явления наблюдаются в Северной Америке

(США и Канада); там различные виды рыб не могут больше жить в более чем 1000

озерах. Детальные исследования подобного уничтожения леса еще не выполнены в

России  и  в  странах  Восточной  Европы,  где  предсказывается  даже  более

серьезное положение, чем в Западной Европе.

     _Китай  теперь  находится  в  процессе  быстрого  промышленного  роста.

Используется  большое количество угля,  из-за чего степень загрязнения стала

недопустимой. Китайские леса составляют 13% от всех произрастающих деревьев.

Эти  леса  повреждаются  кислотным дождем и туманом.  Загрязнение  не  знает

границ страны;  SО2 и NО2, произведенные  в Китае,  атакуют Японские острова

из-за преобладания западных ветров.

     _Газы,  выбрасываемые в атмосферу  заводами  и  автомобилями,  содержат

двуокиси  серы  и  азота  (SO2,  NO2),  которые  создают  дождь  или  туман,

содержащий кислотные  компоненты. Газовые  выбросы должны  контролироваться,

дабы   уменьшить  количество  кислотных   дождей  и  туманов.  К  сожалению,

промышленная активность теперь распространяется  в развивающихся  странах, и

такое  регулирование  кажется   неосуществимым.  Далее,  число   автомобилей

постоянно  увеличивается.  Ущербы  от  кислотных  дождей  и туманов, которые

начали   возникать  в   1980-х  годах,  станут  более  серьезными,  если  не

предпринять эффективного управления в производственной деятельности.

     _Окиси азота (NO2), как катализаторы химических реакций между солнечным

светом и кислородом,  являются причиной фотохимического смога в дополнение к

кислотному дождю или туману.  Такой  смог содержит  значительное  количество

озона,  который  ослабляет  жизнедеятельность деревьев.  Фотохимический смог

также вреден для людей.

     _Автомобильные выхлопы, хотя это явление еще не  исследовано полностью,

являются вредными для людей и  деревьев;  свидетельством этого является  то,

что  у деревьев, произрастающих около магистралей, наблюдается особо высокая

степень  увядания.  Кожная  аллергия  и,  в  частности  аллергия  на  пыльцу

японского  кедра  недавно  стали  широко распространенными.  Ни  одна  такая

аллергия не  вызывается одной причиной. Скорее всего, они порождены эффектом

объединения с автомобильными выхлопами, которые являются стимуляторами.

     _Площади  мировых   лесов   уменьшаются  ежегодно   на   1%  различными

лесозаготовительными действиями. Если ущерб  от  кислотного дождя или тумана

добавить к этой величине, то леса на Земле исчезнут в течение 70-80 лет.

     6.2.1.3. Крах сельского хозяйства

     Леса  помогают  выжить животным  и растениям  и  поставляют  кислород в

атмосферу  Земли. Таким образом, когда леса будут уничтожены,  Земля  станет

планетой, на которой ни животные, ни растения не смогут жить.

     _Если  значительная  часть   лесов  исчезнет,   то  способность   земли

накапливать воду  будет  потеряна,  делая  сельское  хозяйство  невозможным.

Сельское  хозяйство требует больших  лесов в качестве источника воды. Иначе,

оно требует  грунтовых вод или большой реки. Однако реки могут течь медленно

тогда и  только  тогда,  когда их русла огорожены лесом.  Реки теперь  текут

более  быстро по  руслу из-за отсутствия  деревьев;  из-за этого  возрастает

также риск наводнений, наносящих ущерб сельскому хозяйству.

     _Уничтожение леса также является причиной эрозии почвы. В США и  бывшем

СССР  очистили  непроходимые  леса, чтобы  облегчить  использование  больших

сельскохозяйственных   машин.   Это  привело  к   увеличению  эрозии   путем

выветривания  почвы.  Эрозия  почвы значительно сокращает производительность

сельского  хозяйства.  Для  компенсации  эрозии  было  использовано  большое

количество химических  удобрений. Однако эффективность удобрений уменьшается

год от года. В США ежегодно выветривается  более5  тонн  поверхностного слоя

почвы  на   один  акр.   Такое  явление  происходит   на  одной  трети  всех

сельскохозяйственных земель. Подобная  ситуация отмечена в бывшем СССР.  Это

серьезное положение, потому  что приемлемое ежегодное уменьшение поверхности

почвы находится между 1 и 5 тоннами на один акр.

     _Уничтожение  лесов  ведет  к  нехватке  наземной  воды  для  сельского

хозяйства.  Южная  часть Великой равнины  в  США  была  занята под  сельское

хозяйство,  орошаемое грунтовыми водами,  качаемыми с  определенного уровня.

Однако подземные  водные запасы истощились,  и ирригация сельского хозяйства

теперь  ориентируется  на использование только  дождевой  воды.  Способность

сохранять воду утрачивается из-за уничтожения лесов, и  сельское  хозяйство,

зависящее от дождевой воды, стоит перед большими проблемами.

     6.2.1.4. Опустошение почвы и увеличение пустыни

     Уничтожение  леса  имеет  даже  более  серьезные  эффекты,  чем  только

воздействие   на   сельское   хозяйство.   Оставленные  возделываемые   поля

превращаются  в  пустоши,  а  затем в  пустыни.  Каждый  год по  всему  миру

рождается новая пустыня, размером в половину Калифорнии. В настоящее время в

США  производится  огромное  количество  зерновых культур  в  индустриальном

сельском хозяйстве. США  экспортируют по  низким ценам зерновые  культуры во

многие   страны,  вызывая   протесты   фермеров   в  этих  странах.  В   США

индустриальное  сельское  хозяйство  напугано  истощением  почвы  в  течение

нескольких десятилетий из-за эффекта уничтожения леса.

     _Когда   американское   сельское   хозяйство   потерпит   неудачу,   то

страны-импортеры зерна  будут  стоять  перед возможностью голода,  если  они

значительно зависят от импорта  зерна. Много  голодающих стран  находится  в

Африке.  Эта область  нищеты и голода распространится на север, и  всемирный

голод начнется намного раньше, нежели человечеством будут полностью леса.

     6.2.2. Разрушение озонового слоя

     Хлорфторуглероды  (CFCs)  используются  как  пропеленты  в  баллончиках

аэрозоля,   охладители  в  рефрижераторах  и  воздушных  кондиционерах,  при

изготовлении  пластика  для продуктовых пакетов  и как  очищающие вещества в

электронной  промышленности.  CFCs  -   синтетический  химикат  без  запаха,

неядовитый, не воспламеняющийся  и химически инертный [3]. Наиболее типичные

хлорфторуглероды   -   F-11  (CCl3F)   и   F-12   (CCl2F2).   Они  поглощают

ультрафиолетовые  лучи  с  линой  волны  меньше,  чем 240  нанометров  (один

нанометр - одна миллиардная метра). Озоновый слой блокирует ультрафиолетовые

лучи солнца.  Таки образом,  CFCs не  распадаются  оптически ниже  озонового

слоя. Однако, когда CFCs поднимаются выше 20 тысячи метров, они подвергаются

воздействию  ультрафиолетовых   лучей  в  длинами  волн  между   200  и  220

нанометров, и начинаются следующие химические реакции:

     CCl3F + UV ! Cl + CCl2F, (6.1.)

     CCl2F2 + UV ! Cl + CClF2. (6.2.)

     Свободный  хлор,  произведенный  таким  образом,  служит  катализатором

цепной реакции:

     Cl + O3 ! ClO + O2, (6.3.)

     ClO + O ! Cl + O2. (6.4.)

     Две  названные реакции  с  катализатором Cl могут быть перезаписаны как

реакция:

     O + O3 ! O2 + O2. (6.5.)

     Другими словами,  озон O3 в стратосфере превращается в  кислород O2,  и

таким   образом  количество  первого  уменьшается.   К  сожалению,  механизм

уменьшения  озона неограничен вышеприведенными реакциями.  Побочные продукты

CCl2F  и  CClF2  химически  активны,  потому  что  они имеют нечетное  число

электронов. Химические  реакции,  включающие  атомы  кислорода,  повторяются

через процесс восстановления электронов, которые высвобождают дополнительные

атомы хлора как катализатора и в конечном итоге, уменьшают количество озона.

     _Окиси азота NOx как катализаторы в разнообразных протекающих процессах

также уменьшают количество озона.

     NO + O3 ! NO2 + O2 . (6.6.)

     NO2 + O ! NO + O2 . (6.7.)

     По  оценкам  специалистов,  примерно  4  -   5  миллиардов  тонн  озона

существует в стратосфере на высотах между 15 и 50 км. Если бы это количество

озона было распределено по поверхности  земли на уровне моря, то атмосферное

давление формировало бы экран  из озона с  толщиной только 3 мм. Этот тонкий

озоновый слой нейтрализует ультрафиолетовые лучи  с  длинами волн меньше чем

290 нанометров.  Эти ультрафиолетовые лучи вредны, потому что они уничтожают

нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) и частицы белка.

     _Ультрафиолетовые лучи  с длинами  волны между  290 и  320  нанометрами

называются UV-B. Небольшое количество  UV-B  достигает  Земли и вызывает рак

кожи  у белых людей,  имеющих наиболее  чувствительную  кожу. UV-B уменьшают

иммунные способности  и увеличивают  риск инфекции и  опухолей независимо от

цвета  кожи.  Исследователи  в США предсказали,  что  появится  25 000 новых

случаев катаракты, когда количество озона уменьшится на 1%.

     _Разрушение озонового  слоя  позволит жестким ультрафиолетовым лучам  с

длинами  волны между  240 и 290 нанометрами достигать поверхности  Земли.  В

таком случае произойдут  катастрофические последствия и  живые  организмы не

смогут больше существовать.

     _Динамическое равновесие озона поддерживается в стратосфере повторением

процессов  создания  и  распада.  Это  равновесие являлось  обязательным для

организмов, живущих на этой Земле. К сожалению, синтетические материалы типа

CFCs,   искусственно   произведенные   человечеством,  теперь  нарушают  это

равновесие. В результате количество озона начало сокращаться. Теперь жесткие

ультрафиолетовые   лучи,   вредные   для   живущих   на  Земле   организмов,

непосредственно достигают их.

     _Наличие озоновой дыры уже  наблюдалось в  районе Южного  полюса в 1982

году.  В 1987  году  размер  дыры достиг размера  по площади  сопоставимой с

площадью США, а его  глубина достигала 8 км. По  оценкам экспертов, озоновая

дыра в 1993 году стала намного больше, чем в  предыдущие годы. Рост озоновой

дыры  на  Южном  полюсе  не  определяется  погодными  условиями.  Уменьшение

озонового слоя наблюдается и в других областях, например, в южных широтах до

45г градуса южной широты. Эта широта  пересекает Южную  Америку, Австралию и

южную  часть Новой Зеландии. По оценкам  экспертов, это  уменьшение  вызвано

оттоком озона  в  область Южного полюса  для компенсации уменьшения там слоя

озона.

     _Наблюдения  показывают,   что   стратосферный   озон   уменьшается   в

значительной степени  во всем мире. Выполняются исследования и  иного  рода,

чтобы подтвердить это наблюдение.

     _Разрушение озонового  слоя синтетическим веществом CFCs  теперь  почти

несомненно.  Одна треть CFCs,  выпущенных  в  атмосферу, достигла  озонового

слоя. Далее  CFCs  могут оставаться в атмосфере в течение более чем 100 лет.

Поэтому со временем положение может стать еще более серьезным. Использование

CFCs должно быть запрещено как можно быстрее.

     _Одна  из модификаций  хлорфторуглеводородов  HCFC была  предложена для

замены CFCs,  но  она также уничтожает  озоновый слой, хотя  медленнее,  чем

обычные  хлорфторуглероды.  Новым  соглашением было  постановлено  уменьшить

производство  CFCs на  99,5%  в 2020  году с последующей полной отменой  его

производства  в   2030  году.  Этот  график  следует  признать  как  слишком

медленный.

     _Сельскохозяйственный  химикат, называемый метилбромид, используется  в

качестве стерилизатора  и  глистогонного средства.  При распаде  метилбромид

выделяет  бром,  который  также   уничтожает  озоновый  слой.  Было  принято

постановление  о том, что общее количество  производства метилбромида в 1995

году должно было  быть  заморожено на уровне 1991 года. Немедленная и полная

отмена его производства была бы лучшим выбором.

     6.2.3. Глобальное потепление

     Двуокись  углерода CO2  приносит парниковый эффект. В 1850 году,  когда

началась  индустриальная революция, концентрация  CO2  составляла  270  ppm.

Концентрация  увеличилась до 315  ppm  в 1957 году и достигла 356 ppm к 1990

году. Когда концентрация CO2 достигнет 540 ppm, то есть станет вдвое больше,

чем  в 1850  году,  средняя температура в  мире  увеличится на 2 градуса  по

Цельсию. Такая концентрация, вероятно, будет достигнута в 2030 году.

     _Двуокись  углерода - не единственный  вкладчик  в  парниковый  эффект.

Хлорфторуглероды  также  вносят  свой  вклад.  Например,  29%  F-11  и  F-12

причиняют такой же эффект,  как СО2. Концентрация  хлорфторуглеродов сегодня

достигла  уровня в десять  раз большего,  чем в  начале 1970-х  годов.  Есть

мнение,  что  возникновение  парникового  эффекта от хлорфторуглеродов более

опасно, чем разрушение ими озонового слоя.

     _Метан - это второй  по  величине  вкладчик в  парниковый  эффект;  39%

метана имеют столь же негативный эффект, как двуокись углерода.

     Следует отметить,  что средняя температура  в ледниковом  периоде  было

более чем на 5 градусов ниже, чем в других  периодах.  Поэтому температурное

различие в 2 или 3 градуса внесет существенные изменения в климат Земли.

     _Море, занимающее 70% всей поверхности Земли, непосредственно воспримет

вредные  последствия парникового эффекта. Некоторые ученые  считают, что лед

на  Южном полюсе не  начнет таять  при  прогнозируемом повышении температуры

потому, что  температура льда  в том регионе на  несколько десятков градусов

ниже ноля. Однако температурное различие в 2 или 3 градуса -  только среднее

число. Температура вокруг экватора может остаться неизменной, в то время как

температура в высоких широтах  увеличится  на 4 - 5 градусов. Тогда  ледяные

шапки Южного полюса,  конечно, уменьшатся, а  уровень моря  повысится. Когда

средняя температура морских вод  увеличится на 2  или  3 градуса по Цельсию,

результирующее тепловое расширение вызовет повышение  уровня моря на 40  или

60  см. Повышение уровня  моря  из-за  сокращения ледяных шапок и  теплового

расширения значительно уменьшит поверхность суши Земли.

     _Глобальное потепление  вызовет изменение климата;  количество  осадков

увеличится  в одних областях и уменьшится  в  других. Их малое  количество и

высокая температура приведут  к засухе,  образованию пустынь  и желтой пыли.

Динамика атмосферы изменится драматично; ливни и засухи будут чередоваться.

     _Стратосфера имеет более высокую температуру, нежели в целом атмосфера,

потому что частицы озона в  стратосфере поглощают солнечные ультрафиолетовые

лучи.  Разрушение  озонового слоя  хлорфторуглеродами  обычно  происходит на

высоте  40  км. Уменьшение  толщи  озона  на  этой  высоте дает  возможность

ультрафиолетовым  лучам проникать в низкие области, где кислород реагирует с

ультрафиолетовым  светом  и таким  образом образуются частицы озона. Явление

самовосстановления озона наиболее  существенно в районах, расположенных выше

экватора, где  свет  солнца  наиболее интенсивен к  поверхности  Земли.  Это

явление полезно для защиты организмов, живущих около экватора. Однако данное

явление ослабевает  в высоких широтах, и среди людей это приводит к высокому

риску заболевания раком кожи.

     _Уменьшение  озона  и  парниковый   эффект  привели  бы   к  уменьшению

температуры  на 30 градусов  по Цельсию  на  высоте 40 км.  Ниже этой высоты

парниковый  эффект и  проникновение  ультрафиолетовых  лучей  привели  бы  к

увеличению  температуры  атмосферы. И  тогда  изменение  климата  произойдет

непредсказуемым образом.

     Имеется неотложная  задача  остановить глобальное потепление, вызванное

CO2, метаном и хлорфторуглеродами. Единственным правильным  решением  был бы

полный  запрет  хлорфторуглеродов  и  значительное сокращение  использования

твердого топлива.