Озонные дыры и гибель человечества

Исключительно важной малой составляющей атмосферы является метан. От его количества зависит климат на Земле. Содержание метана в земной атмосфере растет. Почему это происходит?

Метан попадает в атмосферу разными путями. Прежде всего метан в атмосфере имеет биогенное происхождение. Кроме того, значительное количество этого газа попадает в атмосферу в результате газовых выбросов. Он поступает и при разработке газовых и нефтяных месторождений. Измерения показывают, что в районах эксплуатации газовых и нефтяных месторождений концентрация метана повышена, и она сильно меняется как во времени, так и в пространстве.

Чем выше температура атмосферы, тем больше биологическая активность. Значит, тем больше метана в нижней тропосфере. Поэтому на низких широтах, где температура выше, метана в нижней тропосфере больше, чем в высоких широтах. Количество метана в нижней тропосфере меняется с сезоном. В средних широтах северного полушария наибольшее его количество имеется в марте — апреле и в августе — сентябре. От земной поверхности метан поднимается вверх, в атмосферу, и, по некоторым оценкам, в течение года от поверхности Земли уходит примерно 10 миллиардов тонн метана.

Метан образуется в естественных микробиологических процессах в застойных и почвенных водах и в кишечнике травоядных, а также в технологических процессах с включением натурального газа, сгорания биомассы и сжигания угля.

За период с 1979 по 1982 год количество метана увеличивалось со скоростью 1,8 % в год.

Количество атмосферного метана растет приблизительно с 1700 года. До этого на протяжении миллионов лет его количество было неизменным. Метан увеличивается за последние 30 лет примерно на 1 % в год. За последнее столетие отношение смеси этого газа удвоилось. В южном полушарии источников метана значительно меньше, чем в северном.

_{Рис. 54. Изменение количества ОН, СО и СН4 после 1960 г.}

Принципиальным для будущего Земли, ее климата является вопрос о дальнейшем изменении количества метана. Будет ли оно продолжать увеличиваться и с какой скоростью? Увеличение метана происходит (и будет происходить) по двум причинам. Во-первых, его больше образуется. Все биологические источники метана, несомненно, будут функционировать более интенсивно. Во-вторых, разрушение метана происходит все менее эффективно. Это значит, что сток метана в атмосфере уменьшается. Количество метана в атмосфере связано с количеством там СО и ОН. Количество ОН имеет тенденцию уменьшаться, тогда как количество СО, как и метана, увеличивается, как это показано на рис. 54. Здесь показаны изменения, которые наблюдались в период с 1960 по 1980 год.

Тенденция этих изменений была взята за основу для того, чтобы рассчитать изменения метана за последующие 50 лет. Они будут вызывать соответствующие изменения озона. Количество метана и СО зависит от интенсивности деятельности человека, в частности от его сельскохозяйственной деятельности.

Можно рассуждать так. Если количество метана за последующие 50 лет будет увеличиваться со скоростью 1 % в год (как и сейчас), то к 2035 году его отношение смеси достигнет величины (2,9–3,0) × 10^-6. Можно рассчитать, как будет уменьшаться количество ОН из-за увеличения СО. Считается, что примерно 1/3 всех источников СО (в 1985 году) находится на поверхности Земли (или вблизи нее) и обусловлена деятельностью человека. Остальные 2/3 количества СО образуются в фотохимических реакциях с СН₄ и С₂Н₆ с ОН. Можно прикинуть (с учетом роста населения на земном шаре и развитием промышленности), что за период с 1985 по 2035 год количество СО увеличится вдвое.

Количество метана, СО и ОН очень тесно связано с количеством NО_х. Это приводит к изменению озона и ОН.

Проведенные расчеты показывают, что за последующие 50 лет (до 2035 года) количество СО может удвоиться, а количество метана может возрасти от 1,6–1,7 до 2,9 × 10^-18. Количество ОН зависит от принятой величины NО_х. Оно может уменьшиться за этот период на 15–30 %. Возможные изменения количества метана, СО и ОН за последующие 50 лет показаны на рис. 55.

_{Рис. 55. Возможные изменения количества СН4, СО и ОН до 2030 г.}

Рассмотрим более детально роль окислов азота. Основным источником окислов азота в стратосфере является закись азота Np. Сама по себе закись очень малоактивна. Она не реагирует с какими-либо составляющими атмосферы, малорастворима в воде и не реагирует с водой.