Условием появления и развития жизни на Земле является атмосфера — окружающая Землю газовая среда, воздушный бассейн. По объему и составу образующих газов атмосфера Земли резко отличается от газовых оболочек других планет Солнечной системы. Земная атмосфера простирается на высоту 1,5-2 тысячи километров над уровнем моря или суши, т.е. составляет около 1/3 радиуса планеты. Ее суммарная масса определяется по силе давления на поверхность Земли и равняется 5,15х1015 тонны. Атмосферный воздух — это механическая смесь газов со взвешенными каплями воды, частицами пыли, кристаллами льда и пр. Атмосферное давление и плотность с высотой убывают, и атмосфера без резкой границы постепенно переходит в космическое пространство.
Наиболее распространенными компонентами газового загрязнения атмосферы являются: оксид серы SO2 (сернистый газ); оксид углерода CO (угарный газ); диоксид углерода СO2 (углекислый газ); оксиды азота N2O; сероводород H2S; углеводороды выхлопных газов автомобилей; аммиак NН3; радиоактивные отходы атомных станций. Дымящие трубы предопределили также увеличение количества и спектра индустриальных аэрозолей, к которым относятся частицы дыма, сажи и золы, попадающие в атмосферу при сжигании органического топлива и работе промышленных комбинатов.
В XX веке технический прогресс наиболее существенно изменил содержание в воздухе углекислого газа и озона. Так, сжигание огромных количеств ископаемого топлива (угля, нефти и газа) привело к росту концентраций СO2 в атмосфере. По последним данным, в результате деятельности человека в атмосферу выбрасывается 32 миллиарда тонн СО2 в год.1 Увеличение содержания углекислого газа усугубляется массовым сведением тропических лесов, являющихся основными источниками преобразования газового состава атмосферы.
Помимо увеличения содержания в атмосфере углекислого газа произошло увеличение удельного содержания и таких газов, как метан, оксид азота, тропосферный озон. В природных условиях метан (СН4), образующийся в анаэробных условиях, поступает в атмосферу из болот и зоны разломов земной коры. По сравнению с доиндустриальной эпохой, содержание метана увеличилось вдвое и продолжает расти со скоростью около 0,8% в год. Антропогенному увеличению концентраций газа способствовало развитие сельскохозяйственного производства, в первую очередь рисовых плантаций, увеличение поголовья скота, добыча природного газа. Повышение концентрации оксида азота (N2O) связано с резким увеличением применения азотных удобрений, а также с большим количеством выбросов, получаемых при сгорании топлива у самолетов.
Кроме этого, в атмосфере появился целый ряд газов, не присутствующих в ее составе ранее. Несмотря на то, что объемы этих газов несопоставимо малы по сравнению с углекислым газом, некоторые из них еще более опасны в качестве источника изменения процессов в атмосфере. К таким газам относятся хлорфторуглеводороды, в том числе фреоны. В конце 80-х годов именно с действием этих газов антропогенного происхождения связывалось возникновение озоновых дыр, фиксируемых над той или иной территорией. Фреоны, производство которых началось в конце 30-х годов XX века, поступают в атмосферу при использовании их в холодильных установках, кондиционерах, аэрозольных баллонах, при производстве пенопластов. По различным оценкам, время их жизни в атмосфере составляет 80-170 лет. Благодаря своей устойчивости, фреоны способны достигать озонового слоя, где происходит высвобождение хлора в агрессивной среде и разрушение озона.
На загрязнении воздушного бассейна Земли сказывается и сельскохозяйственная деятельность человека. Вносимые в почву агрохимикаты распространяются в окружающую среду за счет выветривания и с почвенной влагой. Загрязнителями являются пестициды, используемые для защиты культур и леса от вредителей и болезней. От крупных животноводческих комплексов в атмосферу попадают аммиак, сероводород и другие газы с резким запахом.
Все более мощными загрязнителями воздушного бассейна выступают различные виды транспорта. Бурный рост автомобильного транспорта во многих странах мира обеспечил ему первое место по загрязнению воздушной среды. Автомобильные выхлопные газы представляют собой смесь примерно 2000 веществ, основными вредными компонентами которой являются оксиды углерода и азота, углеводороды, сернистые газы. Серьезную опасность представляет авиация, так как работа реактивных двигателей связана с расходованием огромного количества кислорода. Запуск сверхмощных ракет нарушает целостность озонового слоя атмосферы и открывает доступ на Землю губительному ультрафиолетовому излучению Земли. Околоземные слои атмосферы засоряются уже нефункционирующими космическими аппаратами. В космический мусор включены части ракет и спутников, продукты жизнедеятельности человека. Общая масса искусственных спутников Земли на высоте до 2000 километров составляет около 3000 тонн и состоит из 3000 разрушенных последних ступеней ракет и весьма небольшого количества действующих спутников.2
Многие бытовые процессы также ведут к загрязнению воздушной среды, прежде всего накопление, сжигание и переработка бытовых отходов. В качестве примера можно привести отравление воздуха диоксинами в Японии в результате сжигания бытового мусора. Эти вещества возникают в результате горения пластмасс. «Диоксиновой столицей» мира стал Токио. Хотя объем выбросов этих веществ составляет в Японии всего 4кг. в год, это самый высокий уровень в мире и его более чем достаточно, чтобы вызвать раковые и другие заболевания.3
Одним из результатов деятельности человечества в ХХ веке явилось загрязнение атмосферы и других компонентов природы радиоактивными элементами. Источниками радиоактивного загрязнения воздушной среды экспериментальные взрывы при испытаниях атомных и водородных бомб, многие производства, связанные с изготовлением ядерного оружия, а так же ядерные реакторы и атомные электростанции, отходы атомных предприятий и установок. Различного рода повреждения и аварии атомных реакторов в Великобритании, Франции, Германии, США и в ряде других стран привели к выбросам в окружающую среду радиоактивных элементов. Глобальный характер радиоактивное загрязнение атмосферы приняло в результате аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году. Их суммарный выброс в атмосферу составил 77 килограммов. Для сравнения при атомном взрыве над Хиросимой их образовалось 740 гамм.4
С тех пор, как на Земле распространилось земледелие, климат на нашей планете был достаточно стабильным. Однако теперь температура Земли повышается, возможно, из-за парникового эффекта. Парниковый эффект, обусловленный разогреванием нижних слоев атмосферы у земной поверхности, был характерен для атмосферы с момента ее появления. Главной причиной этого процесса является наличие в атмосфере водяного пара, углекислого газа и некоторых других газов, к которым в первую очередь относится диоксид азота и метана. Эти газы, названные парниковыми, создают в атмосфере экран, обусловливающий нагревание поверхности планеты и нижних слоев атмосферы. Таким образом, атмосфера всегда являлась своеобразным одеялом, удерживающим тепло: в случае её отсутствия температура земной поверхности составляла бы -18°С, а благодаря ей равна +15°С.
Исходя из этого факта, увеличение парниковых газов может привести к усилению парникового эффекта и, следовательно, к увеличению средних температур как суши, так и Мирового океана. В конце XX века о процессе парникового эффекта и связанного с ним глобального потепления климата заговорил весь мир. Уже 150 лет средняя температура на Земле растет — с 1890 по 1998 годы она повысилась на 0,8°С. В 1937-1978 годах рост сменился колебаниями средне-годовых температур у этого значения. С 1978 года до настоящего времени наблюдается быстрый подъем — прирост составил еще 0,4°С, но уже не за 80 лет, а за 20.5
Вследствие увеличения средних температур началось таяние льда в районе Северного и Южного полюсов, уменьшение площади ледников в горах и подтаивание вечной мерзлоты. За сто лет площадь вечной мерзлоты в Северном полушарии сократилась на 7%, а глубина промерзания — на 35 сантиметров. По оценкам ученых, граница сплошной мерзлоты к 2020 году сместится к северу на 50-80 километров, а к 2050 году — на 150-200 километров.6
Еще один глобальный эффект, связанный с концентрацией парниковых газов в атмосфере, прогнозируют ученые США и Израиля. Ученые выяснили, что рост концентрации оксида углерода (СО2) в атмосфере сопровождается не только потеплением, но и закислением морской воды, что заметно осложнит жизнь морских организмов. По прогнозам, скорость роста концентрации СО2 и сопутствующих ему процессов будет расти, а значит и закисление океана и вымирание его обитателей неотвратимы.7
Главной причиной потепления подавляющее большинство климатологов считают антропогенный фактор, а именно: увеличение количества парниковых газов в атмосфере. Но кроме этой гипотезы существуют и другие. Так, некоторые исследователи указывают на возможность естественных климатических флуктуаций природного характера — причиной потепления может быть естественная изменчивость климата. Например, около 6тыс. лет назад был климатический оптимум голоцена, характеризовавшийся более высокими температурами по сравнению с современными, а также высокой степенью увлажнения. Кроме этого, некоторые ученые указывают на недостаточное время фиксирования метеорологических данных (около 150 лет) и соответственно считают выводы о глобальном изменении климата предварительными. В действительности — вопросов больше, чем ответов.