16 марта 2021

Мусор в океане, как фактор изменения климата

Массированное загрязнение мирового океана началось с тех времен, как люди изобрели пластик (вторая половина 20-го века) и начали его активно внедрять в своей жизнедеятельности. Несмотря на полезность данного типа продукта в промышленности и в быту, это «достижение цивилизации» в естественных природных условиях разлагается более ста лет (а с учётом содержания ГCC этот срок достигает миллионов лет). Единый водный бассейн потому и един – выброшенный в любую реку или море пластик, благодаря океанским течениям, сбивается в огромные острова. По сути, пластик стал жертвой бичом наказания собственного успеха человечества.

На сегодняшний день, всего в мире было произведено 8,3 млрд тонн пластика. Из них примерно 6,3 млрд тонн теперь мусор, 79% которого находится на свалке или в окружающей среде. Если в конце XX века содержание мусора в океане оценивалось в 400 г/км², то к 2015 г. его было уже 1230 г/км², а 2020 г. оно перевалило за 2000 г/км². Количество мелких частиц оценивается более чем в триллион, а на крупные приходится 93% общей массы. В общей сложности эта токсичная для океана масса составляет не менее 79 млн тонн. Размер центра самого крупного мусорного пятна оценивается в миллион км², а периферия распространяется ещё на 3,5 млн. км².

Рис. Зоны скопления мусора в океане, выявленные со спутников

Проблемы антропогенного воздействия на водные ресурсы планеты имеет целый ряд взаимосвязанных последствий, влияющих на глобальное изменение климата. Однако наиболее значимыми в негативном для климатического баланса процессе выступают следующие факторы:

1. Уменьшение площади испарения в районе мусорных пятен

2. Изменение силы поверхностного натяжения морской воды

3. Изменение ХПК воды

4. Изменение электрического заряда воды и изменение процесса тучеобразования

5. Изменение редокс-потенциала воды в океане

6. Изменение электрического сопротивления воды и формирование электромагнитных вихревых полей

1. Уменьшение площади испарения.

В океане испарение воды с поверхности происходит при любой темпе­ратуре, однако с повышением температуры воды скорость испарения возрастает. Чем выше температура воды на поверхности океана - тем больше число быстро движущихся молекул, которые имеют достаточную кинетическую энергию, достаточную чтобы преодолеть силы притяжения соседних частиц и вылететь за пределы воды. Объем испарения зависит от площади: чем больше площадь свободной поверхности жид­кости, тем большее количество молекул одновременно вылетает в воздух. При этом, средняя кинетическая энергия оставшихся в жидкости молекул становится все меньше и меньше. Это означает, что внутренняя энергия испаряющейся жидкости уменьшает­ся, жидкость охлаждается.

Плавающий же на поверхности мусор (особенно в пятнах мусора в океане) значительно уменьшает поверхность испарения. Если ранее в данной части океана, за счет процесса испарения, происходил процесс уменьшения температуры воды, то в настоящий момент данный процесс отсутствует. К сожалению, этот фактор всё больше набирает силу и имеет необратимое влияние на процесс глобального потепления.

Выводы:

При наличии плавающего мусора на поверхности океана нарушается естественный баланс океан/атмосфера, сложившийся за миллионы лет, при котором:

• Температура воды океана в пятнах стремиться к увеличению

• Площадь испарения уменьшилась, что уменьшило количество испаряемой воды

1. Изменение силы поверхностного натяжения

Известно, что при температуре воды 20 С⁰ поверхностное натяжение водного раствора хлорида натрия (основной компонент морской воды) составляет 85 х 10 ^-3 Н/м². Из-за обилия мусора на поверхности океана в районах мусорных пятен, экологи и ученые начали наблюдать снижение силы поверхностного натяжения:

№ пятна

Океан

Температура С⁰

Мин. – макс.

W поверхностное натяжение (Н/м²)

в открытой воде зима/лето

1

Тихий океан северная часть

11, 7 – 14,2

22 х 10 ^-3 /40 х 10 ^-3

²

^{Индийский океан}

^{16,0 – 23,0}

^{45 х 10 -3} / 88 х 10 ^-3

³

^{Тихий океан южная часть}

^{12,5 – 17,0}

^{30 х 10 -3} / 75 х 10 ^-3

⁴

^{Атлантический океан южная часть}

^{13,0 – 18,0}

^{33 х 10 -3} / 78 х 10 ^-3

⁵

^{Атлантический океан центральная часть}

^{17,0 – 25, 3}

^{75 х 10 -3} / 92 х 10 ^-3

Исходя из представленной таблицы, фактическую испаряемость воды в мусорных пятнах по изменению силы поверхностного натяжения можно ориентировочно вычислить с учетом уменьшения поверхности испарения.

Молекулы пара, находящиеся вблизи поверхности жидкости, могут притягиваться ее молекулами и вновь возвращаться в жидкость. На поверхности жидкости всегда происходят оба процесса: испарение и конденсация. Снижение силы поверхностного натяжения приводит к укрупнению частиц испаряемой воды (пара), что позволяет предположить их слабую «летучесть», приводящую к еще большему снижению процесса испарения.

1. Изменение ХПК воды

ХПК – химическое потребление кислорода. Значение ХПК включает в себя суммарное содержание в жидкости органических веществ в объеме израсходованного связанного кислорода на их окисление. ХПК – это общий количественный показатель загрязнений вод, который относится к наиболее информативным и подробным.

При разложении компонентов органической химии (и частично пластика) в соленую воду переходят сложноорганические (в том числе сложноокисляемые) соединения, что приводит к увеличению ХПК как минимум в десятки раз за счет увеличения РОВ (растворенные органические вещества). В океанской воде в районе мусорных пятен протекают реакции окисления с поглощением растворенного в воде кислорода.

Это приводит к следующим явлениям:

• Отсутствие биологической жизни в воде с высоким ХПК (фито и зоопланктон)

• Исключение участка океана из процесса выделения кислорода в атмосферу (легкие планеты)

• Поглощение кислорода из атмосферы, в результате чего образуется химическая (по кислороду) депрессионная воронка.

• Увеличению электрического сопротивления воды (снижение электропроводности)

• Формирование условий, при которых система океан/атмосфера стремиться восполнить недостаток кислорода (данные условия не изучены, но априори вызывают некий направленный поток молекул кислорода в воздухе).

1. Изменение электрического заряда воды и изменение процесса тучеобразования

Из многочисленных мезометеорологических процессов наиболь­шую роль в атмосфере играет конвекция, которая ведет к образованию кучевых и кучево-дождевых облаков. Из кучево-дождевых облаков выпадает значительная доля осад­ков в умеренных широтах и преобладающая в экваториально-тропических. Свободная конвекция, то есть мак­симальная высота подъема частиц воды, испарившихся с поверхности, соответствует уровню, на котором пло­щади «положительной» и «отрицательной» областей становятся равными друг-другу. Это возникает в тех случаях, когда страти­фикация (вертикальное расслоение) атмосферы неустойчива.

По высоте основания различают облака нижнего яруса (ниже 2 км), среднего яруса (2÷6 км) и верхнего яруса (выше 6 км). По фазовому строению различают облака: водяные (капельные), ледяные, или кристаллические, и смешенного строения.

При фазовых превращениях пар–лед, пар–вода наблюдается разделение электрических зарядов, которому приписывается немаловажная роль в процессе образования атмосферного электричества. Еще в 1770_х гг. А. Вольта демонстрировал опыт, который доказывал, что электричество возникает “от простого испарения воды” и что пары при этом заряжаются положительно. Повторяя опыты А. Вольты и разнообразя их, Т. Кавалло установил, что величина заряда тем выше, чем интенсивнее испарение (Cavallo, 1779). Кроме того, разность температур, приложенная к границам некоторой системы, способна генерировать в ней электрический ток (эффект Зеебека). Протоны и гидроксид-ионы возникают в паре благодаря тепловой ионизации молекул воды, а также поступают в пар из воды при межфазном обмене частицами. Их концентрация, исходя из опытного значения электропроводности σ = 10–13 Ом–1⋅м–1 и значения коэффициента диффузии D = 10–7 м2⋅с–1 [Бабичев и др., 1991], может составлять N пар = (σ/D)*(kT/e2) = 1,5⋅1011 м–3, где k – постоянная Больцмана; T – температура, К; e – заряд электрона.

Выводы:

• Межфазное разделение электрических зарядов при испарении с поверхности водного состава с высоким значением ХПК происходит на носителях заряда – гидроксид-ионах, что обеспечивает положительный заряд воды при испарении.

• Положительно заряженные частицы воды (пар) имеют низкую кинетическую энергию (скорость подъема), что обеспечивает формирование в основном нижнего яруса облаков (ниже 2 км), которые не способны перемещаться на большие расстояния.

• Происходит изменение карты выпадения осадков. Особенно это касается районов, в которых за осадки отвечали ранее свободные от мусора, а теперь загрязненные части океана. То есть там, где ранее были дожди – становится сухо, а там, где ранее преобладали засухи – выпадают осадки.

1. Изменение редокс-потенциала (Eh) поверхностных слоев воды мирового океана.

Факторы формирования Eh: Природные воды содержат в себе разновалентные ионы и нейтральные молекулы одного и того же элемента, которые и составляют отдельную окислительно-восстановительную систему:

• Окислительная – характеризуется значениями Rx > + (100 - 150) мВ (чистая морская вода имеет ОВП от +100 до +200 мВ), присутствием в воде свободного кислорода, а также целого ряда элементов в высшей форме своей валентности (Fe3+, Mo6+, As5-, V5+, U6+, Sr4+, Cu2+, Pb2+).

• Переходная – определяется величинами Rx от 0 до + 100 мВ, неустойчивым геохимическим режимом и переменным содержанием сероводорода и кислорода. В этих условиях протекает как слабое окисление, так и слабое восстановление целого ряда металлов.

• Восстановительная – характеризуется значениями Rx < 0. Эта система типична для вод, где присутствуют металлы низких степеней валентности (Fe2+, Mn2+, Mo4+, V4+, U4+), а также сероводород. При том, что верхние слои воды приобретают кислотные свойства, значение редокс-потенциала уменьшается.

Выводы:

• Изменение (снижение) редокс-потенциала поверхностных слоев воды мирового океана происходит из-за его антропогенного загрязнения.

• Редокс-потенциал в районе мусорных пятен резко уменьшается. Наибольшее воздействие оказывают загрязнения сложноорганическими соединениями, т.к. данный вид соединений не окисляется и в воде проходят в основном восстановительные химические реакции.

• В районе мусорных пятен формируется разряжение статического заряда, аналогичное депрессионной воронке, что вызывает встречные процессы со стороны океанических течений, которые направлены на восстановление редокс-потенциала воды.

1. Изменение электрического сопротивления воды и формирование электромагнитных вихревых полей

Вихревые токи, или токи Фуко́ — вихревой индукционный объёмный электрический ток, возникающий в электрических проводниках при изменении во времени потока действующего на них магнитного поля.

Поскольку электрическое сопротивление массивного проводника, которым является Мировой океан (чем выше соленость – тем больше проводимость) может быть мало, то сила индукционного электрического тока, обусловленного токами Фуко, может достигать чрезвычайно больших значений. Так как токи Фуко представляют собой электрический ток в объеме проводника (воды), то за счет объективно имеющегося генератора электромагнитных волн (магнитное поле планеты) токи на поверхности океана становятся сильнее, чем в глубине (скин-эффект). При этом наибольшую устойчивость и длительность жизни в природе имеет короткий вихрь – это тор, в котором вся энергия сосредоточена в малых объёмах, и при котором в природе энергия не тратится на преодоление трения стенок вихрей о среду.

Рис. Вид электромагнитного поля Земли без мусора в океане (традиционный тор)

В районе мусорных пятен из-за постоянно увеличивающего количества тонн микрочастиц пластика на её поверхности и в толще воды, происходит изменение редокс-потенциала воды. Электропроводность объёма воды (соленая вода – электролит, а пластик – диэлектрик) падает и уменьшается с количеством пластика. При этом электрический заряд поля изменяется в сторону отрицательных значений и создаётся вихревой эффект, при котором (в соответствии с правилом Ленца) токи Фуко в объеме воды, являющейся проводником, выбирают такой путь, чтобы в наибольшей мере противодействовать причине, вызывающей их протекание.

Простыми словами, природный тор электромагнитного поля Земли из-за наличия взвешенных микрочастиц пластика на поверхности воды и в её толще начинает вытягиваться. Его графическая модель тора меняется и уже выглядит следующим образом:

Рис. Вид тора над мусорным пятном

В итоге, из-за мусорных пятен на поверхности океана, на сегодняшний день графическая модель электромагнитного поля Земли в целом выглядит следующим образом:

Из вышеприведенного следует сделать вывод о причинах возникновения смерчей/торнадо в различных точках планеты.

Более всего в мире причиной торнадо считают грозу, а точнее грозовые облака, которые формируют быстродвижущиеся потоки воздуха, которые впоследствии образуют воронку, медленно простирающуюся к поверхности земли. При этом во всех источниках утверждается о малой изученности данного явления и значительных разногласиях в среде климатологов.

Допустимо и иное понимание, что данный эффект, вызванный токами Фуко, позволяет сформировать гипотезу о реальном происхождении смерчей-торнадо, образующихся с постоянной периодичностью в различных точках планеты.

Стандартное и постоянно происходящее природное явление отсоединения массивных глыб льда от ледников, известное как Айсберг, даёт аналогичный эффект в следствии того, что, перемещаясь в более теплые климатические зоны, за счет таяния айсберга, вокруг него образовывается достаточно большой объем пресной воды, который изменяет редокс-потенциал, силу поверхностного натяжения и резко снижает её электропроводность. Это приводит к образованию вихревых воронок в электромагнитном поле в районе айсберга, имеющих форму тора. Чем больше айсберг – тем больше образующийся тор. Через определенное время наступает эффект, аналогичный эффекту насыщения, при котором происходит некий «отрыв» данного энергетического вихря от конкретной географической точки. Электрический пробой между тучами (ионосферой и т.п.) и земной поверхностью или океанической водой в виде молний (грозы) произошедший в иной точке планеты, по закону сохранения энергии в электромагнитном контуре «Планета Земля» формирует встречный заряд (своего рода компенсационный электромагнитный вихрь) что и приводит к возникновению как ураганов, так и вихревых воздушных смерчей, именуемых «Торнадо». Место точки возникновения «компенсационного вихря» зависит от множества факторов, в том числе астрофизических, например, солнечный ветер, а также гравитационное (приливы-отливы) и электромагнитное воздействие планеты Луна на планету Земля.

Напряженность геоэлектрического поля Земли на высоте 20 км составляет порядка 130 В/м, что ведёт к сверх мощным разрядам и сбросу излишков накопленной в атмосфере энергии, и образованию стихийных явлений природы. Мусорное пятно, как диэлектрик, препятствует возникновению разряда, ведет к перераспределению энергий. Происходит разряд либо в соседней области с пятном повышенной мощности, либо напряженность поля повышается пока не произойдет пробой дополнительного диэлектрика (пятна мусора). Отсюда невиданные ранее смерчи, торнадо, тайфуны, формирующие мощные нисходящие потоки воздуха, вызывающие в свою очередь колебание воды на поверхности океана, ведущие к наводнениям и цунами. Все рассмотренные факторы в сумме вносят глобальные изменения в этот относительно сбалансированный процесс, который сформировался за миллиарды лет. Данный дисбаланс в частности выражается в изменении климата, которое происходит в последние 50 лет.

ВЫВОД

Человечеству следует задуматься и понять, что дальнейшее накопление и увеличение мусора в океанах может вызвать необратимую реакцию (аналогично цепной реакции) по рассинхронизации электромагнитной системы планеты в целом. Человечество оказалось не готовым к таким масштабным изменениям, оказывающим влияние на все уголки планеты. Наблюдаемое в настоящий момент глобальное изменение климата, по причине мусорных пятен в океанах, вызвало ряд необратимых последствий уже на каждом континенте нашей планеты.

Мы провели собственное исследование, наложив карту неблагоприятных природных факторов, произошедших в мире за последние десятилетия, и выявили четкую зависимость между географическим расположением мусорных пятен в различных океанах и изменением климата на следующих континентах:

Тихий океан северная часть: Западный участок

Восточный участок

Северная Америка

Европа

Индийский океан

Австралия, Юго-Восточная Азия

Тихий океан южная часть

Центральная Америка, Южная Америка

Атлантический океан южная часть

Южная Америка

Атлантический океан центральная часть

Центральная Америка

Основная задача человечества на сегодняшний день – переломить ситуацию и поэтапно начать решать проблему «мусор в океане» пока она не перешла в стадию необратимого процесса.