10
Сентябрь
2020

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.