В последние десятилетие словосочетание «парниковый эффект» практически не сходит ни с экранов телевидения, ни со страниц газет. Учебные программы сразу по нескольким дисциплинам предусматривают его тщательное изучение, причем практически всегда указывается его негативное значение для климата нашей планеты. Однако это явление на самом деле намного более многогранно, чем это преподносится обывателю.
Без парникового эффекта жизнь на нашей планете была бы под вопросом
Можно начать с того, что парниковый эффект на нашей планете существовал на протяжении всей ее истории. Такое явление просто-напросто неизбежно для тех небесных тел, у которых, как и у Земли, присутствует устойчивая атмосфера. Без него, например, Мировой океан давно бы замерз, а высшие формы жизни вообще не появились бы. Ученые уже давно научно доказали, что если бы в нашей атмосфере отсутствовал углекислый газ, наличие которого является необходимой оставляющей процесса возникновения парникового эффекта, то температура на планете колебалась бы в пределах -20 0 С, так что речь о возникновении жизни вообще бы не шла.
Причины и сущность парникового эффекта
Отвечая на вопрос: "Что такое парниковый эффект?", в первую очередь следует отметить, что свое название данное физическое явление получило по аналогии с теми процессами, которые происходят в теплице у садоводов. Внутри нее, независимо от времени года, всегда на несколько градусов теплее, чем в окружающем пространстве. Все дело в том, что растения поглощают видимые солнечные лучи, которые абсолютно свободно проходят и через стекло, и через полиэтилен, и вообще практически через любое препятствие. После этого сами растения также начинают излучать энергию, однако уже в инфракрасном диапазоне, лучи которого уже не могут свободно преодолевать то же стекло, поэтому возникает парниковый эффект. Причины этого явления, таким образом, лежат именно в дисбалансе между спектром видимых солнечных лучей и теми излучениями, которые отдают во внешнюю среду растения и другие предметы.
Физическая основа парникового эффекта
Что касается нашей планеты в целом, то парниковый эффект здесь возникает из-за наличия устойчивой атмосферы. Чтобы поддерживать свой температурный баланс, Земля должна отдавать столько же энергии, сколько она получает от Солнца. Однако наличие в атмосфере углекислого газа и воды, которые поглощают инфракрасные лучи, выполняя, таким образом, роль стекла в теплице, вызывает образование так называемых парниковых газов, часть из которых возвращается обратно к Земле. Эти газы создают "эффект одеяла", повышая температуру у поверхности планеты.
Парниковый эффект на Венере
Из вышесказанного можно сделать вывод, что парниковый эффект характерен не только для Земли, но и для всех планет и других небесных тел, обладающих устойчивой атмосферой. И действительно, проведенные учеными исследования показали, что, например, у поверхности Венеры данное явление имеет гораздо более выраженный характер, что связано, в первую очередь, с тем, что ее воздушная оболочка практически на сто процентов состоит из углекислого газа.
Парниковый эффект - это задержка атмосферой Земли теплового излучения планеты. Парниковый эффект наблюдал любой из нас: в теплицах или парниках температура всегда выше, чем снаружи. То же самое наблюдается и в масштабах Земного шара: солнечная энергия, проходя через атмосферу нагревает поверхность Земли, но излучаемая Землей тепловая энергии не может улетучиться обратно в космос, так как атмосфера Земли задерживает ее, действуя наподобие полиэтилена в парнике: она пропускает короткие световые волны от Солнца к Земле и задерживает длинные тепловые (или инфракрасные) волны, излучаемые поверхностью Земли. Возникает эффект парника. Парниковый эффект возникает из-за наличия в атмосфере Земли газов, которые обладают способностью задерживать длинные волны. Они получили название «парниковых» или «тепличных» газов.
Парниковые газы присутствовали в атмосфере в небольших количествах (около 0,1%) с момента ее образования. Этого количества было достаточно, чтобы поддерживать за счет парникового эффекта тепловой баланс Земли на уровне, пригодном для жизни. Это так называемый естественный парниковый эффект, не будь его средняя температура поверхности Земли была бы на 30°С меньше, т.е. не +14° С, как сейчас, а -17° С.
Естественный парниковый эффект ничем не грозит ни Земле, ни человечеству, поскольку общее количество парниковых газов поддерживалось на одном уровне за счет круговорота природы, более того, ему мы обязаны жизнью, при условии, что не нарушается баланс.
Но увеличение в атмосфере концентрации парниковых газов приводит к усилению парникового эффекта и нарушению теплового баланса Земли. Именно это и произошло в последние два столетия развития цивилизации. Угольные электростанции, автомобильные выхлопы, заводские трубы и другие созданные человечеством источники загрязнения выбрасывают в атмосферу около 22 миллиардов тонн парниковых газов в год.
Роль парникового эффекта
Большое влияние на климат Земли оказывает состояние атмосферы, в частности, количество водяного пара и углекислого газа, имеющихся в ней. Повышение концентрации водяного пара вызывает увеличение облачности и, следовательно, - уменьшение количества солнечного тепла, поступающего на поверхность. А изменение концентрации углекислого газа СО 2 в атмосфере является причиной ослабления или усиления парникового эффекта , при котором углекислый газ частично поглощает тепло, излучаемоеЗемлёй в инфракрасном диапазоне спектра с последующим его переизлучением в сторону земной поверхности. В итоге температура поверхности и нижних слоёв атмосферы повышается. Таким образом, явление парникового эффекта существенно влияет на смягчение климата Земли. При его отсутствии средняя температура планеты была бы на 30-40°С ниже, чем есть на самом деле, и составляла бы не +15°С, а -15°С, а то и -25°С. При таких средних значениях температуры океаны очень быстро покрывались бы льдом, превращались в огромные морозильники, а жизнь на планете стала бы невозможной. На количество углекислого газа влияет много факторов, среди которых главные - вулканическая деятельность и жизнедеятельность земных организмов.
Но самое большое воздействие на состояние атмосферы, а, следовательно, и на климат Земли в планетарном масштабе, имеют внешние, астрономические факторы, такие как изменение потоков солнечной радиации вследствие непостоянства солнечной деятельности и изменения параметров земной орбиты. Астрономическая теория колебаний климата была создана ещё в 20-ые годы ХХ века. Установлено, что изменение эксцентриситета орбиты Земли от возможного минимального 0,0163 к возможному максимальному 0,066 может привести к разнице количества солнечной энергии, падающей на поверхность Земли в афелии и перигелии, на 25% за год. В зависимости от того, летом или зимой (для северного полушария) Земля проходит свой перигелий, такая величина изменения потока солнечной радиации может привести к общему потеплению или похолоданию на планете.
Теория дала возможность вычислить время ледниковых периодов в прошлом. С точностью до погрешностей определения геологических дат, век десятка предыдущих обледенений совпал с показаниями теории. Она же позволяет ответить на вопрос, когда должно настать следующее самое близкое обледенение: сегодня мы живём в межледниковую эпоху, и ближайшие 5000-10000 лет оно нам не угрожает.
Что такое парниковый эффект?
Понятие парникового эффекта сформировано в 1863г. Тиндалем.
Бытовым примером парникового эффекта может послужить нагревание изнутри автомобиля, когда он стоит на солнце с закрытыми окнами. Причина здесь в том, что солнечный свет проникает через окна и поглощается сидениями и другими предметами в салоне. При этом световая энергия переходит в тепловую, предметы нагреваются и выделяют тепло в виде инфракрасного, или теплового, излучения. В отличие от света оно не проникает сквозь стёкла наружу, то есть улавливается внутри автомобиля. За счёт этого повышается температура. То же самое происходит и в парниках, откуда и пошло само название этого эффекта парниковый эффект (или оранжерейный эффект) . В глобальном масштабе содержащийся в воздухе углекислый газ играет ту же роль, что и стекло. Световая энергия проникает сквозь атмосферу, поглощается поверхностью земли, преобразуется в её тепловую энергию, и выделяется в виде инфракрасного излучения. Однако углекислый газ и некоторые другие газы, в отличие от других природных элементов атмосферы, его поглощают. При этом он нагревается и в свою очередь нагревает атмосферу в целом. Значит, чем больше в ней углекислого газа, тем больше инфракрасных лучей будет поглощено и тем теплее она станет.
Температура и климат, к которому мы привыкли, обеспечиваются концентрацией углекислого газа в атмосфере на уровне 0,03%. Теперь мы увеличиваем эту концентрацию, и намечается тенденция к потеплению климата.
Когда обеспокоенные ученые еще несколько десятилетий назад предупреждали человечество об усилении парникового эффекта и угрозе глобального потепления, сперва на них смотрели как на комических стариков из старинной комедии. Но вскоре стало вовсе не до смеха. Глобальное потепление происходит, и очень быстро. Климат меняется на глазах: невиданная жара в Европе и Северной Америке вызывает не только массовые инфаркты, но и катастрофические наводнения.
В начале 60-ых годов в Томске мороз в 45° был делом обычным. В 70-ые падение столбика термометра ниже отметки 30° мороза уже вызывал смущение в умах сибиряков. Последнее десятилетие всё реже пугает нас такими холодами. Зато нормой у нас стали сильнейшие ураганы, которые разрушают крыши домов, ломают деревья, обрывают линии электропередач. Еще 25 лет назад в Томской области подобные явления были большой редкостью! Убеждать кого-то в том, что глобальное потепление стало фактом, уже не приходится достаточно посмотреть сообщения прессы, отечественной и международной. Жестокие засухи, чудовищные наводнения, ураганные ветры, невиданные доселе бури - теперь все мы стали невольными свидетелями этих явлений. В последние годы в Украине стоит невиданная жара, идут тропические ливни, которые приводят к сокрушительным наводнениям.
Деятельность человечества в начале XXI столетия приводит к стремительному повышению концентрации загрязняющих веществ в атмосфере, что вызывает угрозу разрушения её озонового слоя и резкого изменения климата, в частности, глобального потепления. Для снижения угрозы глобального экологического кризиса необходимо повсеместно значительно сократить выброс в атмосферу вредных газов. Ответственность за снижение таких выбросов должна быть разделена между всеми членами мирового сообщества, существенно различающимися по многим параметрам: уровню промышленного развития, доходу, социальной структуре и политической ориентации. В силу этих различий неизбежно возникает вопрос, в какой степени национальное правительство должно контролировать выбросы в атмосферу. Дискуссионность данной проблемы усиливается ещё и тем фактом, что до настоящего времени не достигнуто согласия по вопросу о воздействии на окружающую среду возрастающего парникового эффекта. Однако растёт понимание того, что с учётом угрозы глобального потепления со всеми вытекающими из этого разрушительными последствиями ограничение вредных выбросов в атмосферу становится задачей первостепенной важности.
Перед реальной угрозой исчезновения оказываются прибрежные районы Азовского и Черного морей. Катастрофические наводнения, с которыми мы уже имеем дело, тоже будут происходить гораздо чаще. Например, днепровские плотины, в частности Киевская, строились с учетом самых сокрушительных наводнений, когда-либо случавшихся на Днепре.
Быстрый рост промышленных и других загрязняющих атмосферу выбросов привёл к драматическому увеличению парникового эффекта и концентрации газов, разрушающих озоновый слой. Например, с момента начала промышленной революции концентрация в атмосфере углекислого газа СО 2 возросла на 26%, при этом более половины прироста приходится на период с начала 1960-х годов. Концентрация различных газообразных хлоридов, прежде всего разрушающих озоновый слой хлорфторуглеводородов (ХФУ ), лишь за 16 лет (с 1975 по 1990 годы) увеличилась на 114%. Уровень концентрации ещё одного газа, участвующего в создании парникового эффекта, метана CH 4 , возрос на 143% с начала промышленной революции, в том числе около 30% этого роста приходится на период с начала 1970-х годов. До тех пор, пока не будут приняты безотлагательные меры на международном уровне, быстрый рост населения и увеличение его доходов будут сопровождаться ускорением концентрации этих химических веществ.
С того момента, когда началось тщательное документальное фиксирование данных о погодных условиях, 1980-е годы явились наиболее тёплым десятилетием. Семь из зафиксированных наиболее жарких лет приходились на 1980, 1981, 1983, 1987, 1988, 1989 и 1990 годы, причём самым жарким за всю историю наблюдения был 1990 год. Однако до настоящего времени учёные не могут сказать наверняка, является ли подобное потепление климата тенденцией под воздействием парникового эффекта или же это всего лишь естественные, природные колебания. Ведь климат испытывал и ранее подобные изменения и колебания. В продолжение последнего миллиона лет произошло восемь так называемых ледниковых периодов, когда гигантский ледяной ковер достиг в Европе широт Киева, а в Америке - Нью-Йорка. Последний ледниковый период завершился около 18 тысяч лет назад, и в то время средняя температура была на 5° ниже, нежели сейчас. Соответственно и уровень мирового океана был на 120м ниже нынешнего.
Во время последнего ледникового периода содержание СО 2 в атмосфере падало до 0,200, тогда как для двух последних периодов потепления оно составляло 0,280. Таким оно и было в начале XIX века. Затем оно постепенно стало увеличиваться и достигло нынешнего значения, составляющего примерно 0,347. Из этого следует, что за 200 лет, прошедших с начала Промышленной революции, природный контроль за содержанием углекислого газа в атмосфере с помощью замкнутого цикла между атмосферой, океаном, растительностью и процессами органического и неорганического распада был грубо нарушен.
До сих пор неясно, являются ли указанные параметры потепления климата действительно статически значимыми. Так, например, некоторые исследователи отмечают, что данные, характеризующие потепление климата, существенно ниже показателей, рассчитанных с помощью компьютерных прогнозов на основе данных об уровне выбросов в предшествовавшие годы. Учёные знают, что некоторые виды загрязнителей на самом деле могут замедлять процесс потепления путём отражения в космическое пространство ультрафиолетовых лучей. Так что вопрос о том, происходит ли последовательное изменение климата или же эти изменения носят временный характер, маскирующий долговременное воздействие возрастающего парникового эффекта и разрушения озонового слоя, является дискуссионным. Хотя на статистическом уровне мало доказательств того, что потепление климата устойчивая тенденция, однако оценка потенциальных катастрофических последствий потепления климата вызвала всеобщие призывы к принятию предупредительных мер.
Ещё одним важным проявлением глобального потепления является потепление мирового океана. В 1989 году А. Стронг из Национального управления по исследованиям атмосферы и океана доложил: «Измерения температуры океанической поверхности, произведённые со спутников в период с 1982 по 1988 годы показывают, что мировой океан постепенно, но заметно нагревается примерно на 0,1°С в год». Это чрезвычайно важно, так как из-за своей колоссальной теплоемкости океаны почти не реагируют на случайные климатические изменения. Обнаруженная тенденция к их потеплению доказывает серьёзность проблемы.
Возникновение парникового эффекта:
Очевидная причина возникновения парникового эффекта - использование традиционных энергоносителей промышленность и автомобилистами. К менее очевидным причинам можно отнести сведение лесов, переработку отходов, и добычу угля. Значительно способствуют увеличению парникового эффекта хлорфторуглеводороды (ХФУ), углекислый газ СО 2 , метан СН 4 , окислы серы и азота.
Однако наибольшую роль в этом процессе играет всё же углекислый газ, поскольку у него относительно длинный жизненный цикл в атмосфере и во всех странах его объёмы непрестанно возрастают. Источники СО 2 могут быть разделены на две основных категории: промышленное производство и прочие, составляющие соответственно 77% и 23% общего объема его выброса в атмосферу. На всю группу развивающихся стран (примерно 3/4 мировой численности населения) приходится менее 1/3 общего объёма промышленных выбросов СО 2 . Если исключить их этой группы стран Китай, то этот показатель снизится примерно до 1/5. Поскольку в более богатых странах уровень доходов, а соответственно и потребления выше, то и объём вредных выбросов в атмосферу на душу населения значительно выше. Например, уровень выбросов на душу населения в США более чем в 2 раза превышает среднеевропейский, в 19 раз среднеафриканский и в 25 раз соответствующий показатель для Индии. Однако в последнее время в развитых странах (в частности, в США) намечается тенденция постепенного сворачивания вредного для окружающей среды и населения производства и перенесения его в менее развитые страны. Таким образом, правительство США заботится о сохранении благоприятной экологической обстановки в своей стране, сохраняя при этом своё экономическое благополучие.
Хотя доля стран третьего мира в промышленных выбросах СО 2 относительно небольшая, на них приходится практически весь объём его прочих выбросов в атмосферу. Основная причина этого применение техники выжигания лесов для вовлечения в сельскохозяйственный оборот новых земель. Показатель объёма выбросов в атмосферу по этой статье рассчитывается следующим образом: предполагается, что весь объём СО 2 , содержащийся в растениях, при сжигании попадает в атмосферу. Подсчитано, что на огневое сведение лесов приходится 25% всех выбросов в атмосферу. Наверное, ещё большее значение имеет тот факт, что в процессе сведения лесов уничтожается источник атмосферного кислорода. Влажные тропические леса представляют собой важный механизм самовосстановления экосистемы, поскольку деревья поглощают углекислый газ и выделяют в процессе фотосинтеза кислород. Уничтожение тропических лесов уменьшает способность окружающей среды поглощать углекислый газ. Таким образом, именно особенности процесса обработки земли в развивающихся странах определяют столь значительный вклад последних в повышение парникового эффекта.
В природной биосфере содержание углекислого газа в воздухе поддерживалось на одном уровне, так как его поступление равнялось удалению. Этот процесс обуславливался круговоротом углерода, в ходе которого количество углекислого газа, извлекаемого из атмосферы фотосинтезирующими растениями, компенсируется за счёт дыхания и горения. В настоящее время люди активно нарушают это равновесие, сводя леса и используя ископаемое топливо. Сжигание каждого его фунта (угля, нефтепродуктов и природного газа) приводит к образованию примерно трёх фунтов, или 2м 3 , углекислого газа (вес утраивается, поскольку каждый атом углерода топлива в процессе горения и превращения в углекислый газ присоединяет два атома кислорода). Химическая формула горения углерода выглядит следующим образом:
С + О 2 → СО 2
Каждый год сжигается около 2 млрд. т ископаемого топлива, значит, в атмосферу попадает почти 5,5 млрд. т углекислого газа. Ещё приблизительно 1,7 млрд. т его поступает туда же за счёт сведения и выжигания тропических лесов и окисления органического вещества почвы (гумуса). В связи с этим люди пытаются как можно больше сократить выбросы вредных газов в атмосферу, пытаются найти новые пути реализации своих традиционных потребностей. Интересным примером этому может послужить разработка новых, экологически безвредных кондиционеров. Кондиционеры играют немалую роль в возникновении «парникового эффекта». Их использование приводит к увеличению автомобильных выбросов. К этому необходимо добавить незначительную, но неизбежную потерю охлаждающего вещества, которое улетучивается под высоким давлением, например, через уплотнители в месте соединения шлангов. Это охлаждающее вещество имеет такое же воздействие на климат, как и остальные способствующие возникновению «парникового эффекта» газы. Поэтому исследователи занялись поиском экологически чистого охлаждающего вещества. Углеводороды, обладающие хорошими охлаждающими качествами, нельзя использовать из-за высокой воспламеняемости. Поэтому выбор ученых пал на двуокись углерода. СО 2 является естественным составляющим воздуха. Необходимый для кондиционера СО 2 появляется как побочный продукт многих промышленных производств. Кроме того, для естественного СО 2 не придется создавать целую инфраструктуру по обслуживанию и переработке. СО 2 не требует больших затрат и его можно найти по всему миру.
Двуокись углерода использовали в качестве охлаждающего вещества уже в прошлом столетии при ловле рыбы. В 30-х годах на смену СО 2 пришли синтетические и вредные для окружающей среды вещества. Они сделали возможным использование под высоким давлением более простой техники. Учёные разрабатывают компоненты совершенно новой охладительной системы с использованием СО 2 . В эту систему входят компрессор, охладитель газа, расширитель, испаритель, коллектор и внутренний теплообменник. Необходимое для СО 2 высокое давление с учетом более совершенных, чем раньше, материалов не представляет большой опасности. Несмотря на их повышенную устойчивость к давлению, новые компоненты по своим габаритам и весу сравнимы с обычными установками. Испытания нового автомобильного кондиционера показывают, что использование двуокиси углерода в качестве охлаждающего вещества позволяет на треть снизить выброс парниковых газов.
Постоянное увеличение количества сжигаемого органического топлива (угля, нефти, газа, торфа и др.) приводит к повышению концентрации СО 2 в атмосферном воздухе (в начале ХХ века - 0,029%, сегодня - 0,034%). Прогнозы показывают, что к середине XXI века содержание СО 2 удвоится, что приведёт к резкому усилению парникового эффекта, и температура на планете повысится. Возникнут ещё две опасные проблемы: быстрое таяние ледников в Арктике и Антарктике, «вечной» мерзлоты тундр и поднятие уровня Мирового океана. Такие изменения будут сопровождаться изменением климата, которые даже тяжело предусмотреть. Следовательно, проблема состоит не просто в парниковом эффекте, а в его искусственном росте, порожденном человеческой деятельностью, изменении оптимального содержания парниковых газов в атмосфере. Промышленная деятельность человека приводит к заметному их увеличению и появлению угрожающей диспропорции. Если человечество не сможет принять эффективные меры по ограничению выбросов парниковых газов и сохранению лесов, температура, согласно данным ООН, через 30 лет вырастет еще на 3°. Одним из решений проблемы являются экологически чистые источники энергии, которые не добавляли бы углекислый газ и большого количества тепла в атмосферу. Например, уже сейчас успешно используется небольшие гелиоустановки, потребляющие солнечное тепло вместо топлива.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Сущность парникового эффекта.
Воздух, которым мы дышим, является необходимым условием нашей жизни во многих аспектах. Без нашей атмосферы средняя температура на Земле составила бы около -18 0 С вместо сегодняшних 15 0 С. Весь поступающий на Землю солнечный свет (около 180 Вт/м 2) приводит к тому, что Земля излучает инфракрасные волны как гигантский радиатор. Отраженное тепло просто бы беспрепятственно возвращалось в космос.
Из-за атмосферы, однако, только часть этого тепла напрямую возвращается в космос. Оставшееся задерживается в нижних слоях атмосферы, которые содержат ряд газов - водяной пар, СО 2 , метан и другие - которые собирают исходящее инфракрасное излучение. Как только эти газы нагреваются, некоторое накопленное ими тепло вновь поступает на земную поверхность. В целом, этот процесс называется парниковый эффект, главной причиной которого является избыточное содержание в атмосфере парниковых газов. Чем больше в атмосфере будет содержаться парниковых газов, тем больше тепла, отраженного земной поверхностью, будет задерживаться. Так как парниковые газы не препятствуют поступлению солнечной энергии, то температура у земной поверхности будет повышаться.
С повышением температуры увеличится испарение воды из океанов, озер, рек и т.д. Так как нагретый воздух может содержать в себе больший объем водяного пара, это создает мощный эффект обратной связи: чем теплее становится, тем выше содержание водяного пара в воздухе, а это, в свою очередь, увеличивает парниковый эффект. Человеческая деятельность мало влияет на объем водяного пара в атмосфере. Но мы выбрасываем другие парниковые газы, что делает парниковый эффект все более и более интенсивным. Ученые считают, что увеличение объема выбросов СО 2 , в основном от сжигания ископаемого топлива, объясняет, по крайней мере, около 60 % потепления на Земле, наблюдавшегося с 1850 года. Концентрация диоксида углерода в атмосфере возрастает примерно на 0,3 % в год, и сейчас составляет примерно на 30 % выше, чем до индустриальной революции. Если это выразить в абсолютных измерителях, то каждый год человечество добавляет примерно 7 миллиардов тонн. Несмотря на то, что это небольшая часть по отношению ко всему количеству углекислого газа в атмосфере - 750 миллиардов тонн, и еще меньшая по сравнению с количеством СО 2 , содержащимся в Мировом океане - примерно 35 триллионов тонн, она остается весьма значительной. Причина: естественные процессы находятся в равновесии, в атмосферу поступает такой объем СО 2 , который оттуда изымается. А человеческая деятельность только добавляет СО 2 .
Если текущие темпы сохранятся, то содержание углекислого газа в атмосфере увеличится вдвое к 2060 году по сравнению с доиндустриальным уровнем, а к концу столетия - в четыре раза. Это очень обеспокоивает, так как жизненный цикл СО 2 в атмосфере составляет более ста лет, по сравнению с восьмидневным циклом водяного пара. Размещено на http://www.allbest.ru/
Метан, основной компонент природного газа, является причиной 15 % потепления в современное время. Генерируемый бактериями на рисовых полях, разлагающимся мусором, продуктами сельского хозяйства и ископаемого топлива, метан циркулирует в атмосфере около десятилетия. Сейчас его в атмосфере в 2,5 раза больше, чем в XVIII веке.
Другой парниковый газ - это оксид азота, продуцируемый как сельским хозяйством, так и промышленностью - различные растворители и хладагенты, как хлорфторуглероды (фреоны), которые запрещены международным соглашением вследствие их разрушающего действия на защитный озоновый слой Земли. Неослабевающее накопление парниковых газов в атмосфере привело ученых к решению, что в нынешнем столетии средняя температура повысится от 1 до 3,5 0 С. (см. приложение № 1) Для многих это может показаться немного. Для объяснения приведем пример. Аномальное похолодание в Европе, длившееся с1570 по 1730 годы, вынудившее европейских фермеров забросить свои поля, было вызвано изменением температуры всего в пол градуса Цельсия. Можно представить какие последствия может иметь повышение температуры на 3,5 0 С.
Пути исследования изменения климата.
В современное время становится популярным изобретение разных компьютерных моделей изменения климата на Земле. Они основаны на вариантах взаимодействия различных климатических факторов, таких как почва, воздух, вода, ледники и солнечная энергия. Эти общие циркуляционные модели состоят из уравнений, показывающие изученные зависимости атмосферной физики и океанической циркуляции.
Для каждой части планеты ученые рассчитали эффект таких факторов как температура, вращение Земли, часть поверхности выше уровня моря и другие климатические условия.
Но насколько правдоподобны эти проекты? Совершенной считается модель, если при введение информации о климатических условий на Земле несколько сотен лет назад она выдает точное описание сегодняшнего климата. Очень редко сегодняшние модели выдают результат сопоставимый с настоящим глобальным климатом без различных неточностей.
От части это объясняется тем, что только самые мощные компьютеры могут справиться с этой задачей. А от части - тем, что некоторые аспекты климатического изменения не до конца изучены. Создатели моделей предупреждают, что их создания еще не достаточно совершенны, чтобы определять детальный эффект в конкретных регионах. Модели разбивают всю поверхность Земли на квадраты со стороной обычно 200 км, но такие факторы как океанические бури, шторм и облачная активность действуют на значительно меньших участках. В этих случаях модели могут определять примерный результат. Компьютерные модели обычно проектируют парниковый эффект в далеком будущем, и они все лучше и лучше приспосабливаются к быстро растущему объему знаний человечества. К тому же невероятно сложно правильно учесть влияние человека на всемирные колебание климата.
Согласно Кевину Тренберту, ведущему американскому специалисту в Национальном центре атмосферных исследований в Колорадо, все компьютерные модели предсказывают глобальное потепление, но они могут определить только пределы изменения температуры. Потепление может составить один градус Цельсия в этом веке, или оно может быть в более чем в три раза больше. «Использование таких моделей - это важный и незаменимый инструмент, - говорит Тренберт, - но они не могут решить проблему парникового эффекта».
Влияние диоксида углерода на интенсивность парникового эффекта.
Многое еще должно быть изучено о круговороте углерода и роли Мирового океана как огромного хранилища углекислого газа. Как было сказано выше, человечество каждый год добавляет 7 миллиардов тонн углерода в форме СО 2 к имеющимся 750 миллиардам тонн. Но только около половины наших выбросов - 3 миллиарда тонн - остаются в воздухе. Это можно объяснить тем, что большая часть СО 2 используется земными и морскими растениями, хоронится в морских осадочных породах, поглощается морской водой или по-другому абсорбируется. Из этой большой части СО 2 (около 4 миллиардов тонн) океаном поглощается около двух миллиардов тонн атмосферного диоксида углерода каждый год. Все это увеличивает число не отвеченных вопросов: Как именно морская вода взаимодействует с атмосферным воздухом, поглощая СО 2 ? Сколько еще углерода могут поглотить моря, и какой уровень глобального потепления может повлиять на их емкость? Какова способность океанов поглощать и сохранять тепло, задержанное изменением климата?
Роль облаков и суспензированных частиц в воздушных потоках, называемых аэрозолями не просто учесть при построении климатической модели. Облака затеняют земную поверхность, приводя к похолоданию, но в зависимости от их высоты, плотности и других условий, они так же могут задерживать тепло, отраженное от земной поверхности, повышая интенсивность парникового эффекта. Действие аэрозолей также интересно. Некоторые из них изменяют водяной пар, конденсируя его в маленькие капельки, образующие облака. Эти облака очень плотные и затеняют поверхность Земли неделями. То есть они блокируют солнечный свет, пока не выпадут с осадками. Комбинированный эффект может быть огромен: извержение вулкана Пинатуба в 1991 в Филиппинах выбросило в стратосферу колоссальный объем сульфатов, что явилось причиной всемирного понижения температуры, которое длилось два года.
Таким образом, наши собственные загрязнения, вызванные, главным образом, сжиганием серосодержащего угля и масел, могут временно сгладить эффект глобального потепления. Специалисты оценивают, что в течение ХХ века аэрозоли снизили объем потепления на 20 %. В общем, температура поднималась с 1940-х, но с 1970 года снизилась. Эффект аэрозолей может помочь объяснить аномальное похолодание в середине прошлого века.
В 1996 году выбросы углекислого газа в атмосферу составили 24 миллиарда тонн. Очень активная группа исследователей возражает против мнения о том, что одной из причин глобального потепления является деятельность человека. По ее мнению, главное заключается в естественных процессах изменения климата и повышении солнечной активности. Но, по словам Клауса Хассельмана, руководителя Немецкого климатологического центра в Гамбурге, только 5 % можно объяснить природными причинами, а остальные 95 % - это техногенный фактор, вызванный деятельностью человека. Некоторые ученые также не связывают увеличение объема СО 2 с повышением температуры. По словам скептиков, если винить в повышении температуры увеличение выбросов СО 2 , то температура должна была подняться в течение послевоенного экономического бума, когда ископаемое топливо сжигалось в огромных количествах. Однако Джерри Мэлмен, директор Геофизической лаборатории динамики жидкостей, вычислил, что увеличение использование угля и масел быстро увеличило содержание серы в атмосфере, вызывая похолодание. После 1970 года термический эффект длинного жизненного цикла СО 2 и метана подавил быстро распадающиеся аэрозоли, вызывая повышение температуры. Таким образом, можно заключить, что влияние диоксида углерода на интенсивность парникового эффекта огромно и неоспоримо.
Однако увеличивающийся парниковый эффект может не быть катастрофическим. В самом деле, высокие температуры могут приветствоваться там, где они достаточно редки. С 1900 года наибольшее потепление наблюдается от 40 до 70 0 северной широты, включая Россию, Европу, северную часть США, где раньше всего начинались промышленные выбросы парниковых газов. Большая часть потепления относится к ночному времени, прежде всего, из-за увеличения облачного покрова, который задерживал исходящее тепло. Как следствие посевной сезон увеличился на неделю.
Более того парниковый эффект может быть хорошей новостью для некоторых фермеров. Высокая концентрация СО 2 может иметь положительный эффект на растения, так как растения используют углекислый газ в процессе фотосинтеза, превращая его в живую ткань. Следовательно, больше растений означает больше поглощения СО 2 из атмосферы, замедляя глобальное потепление.
Это явление было исследовано американскими специалистами. Они решили создать модель мира с двойным содержанием СО 2 в воздухе. Для этого они использовали четырнадцатилетний сосновый лес в Северной Калифорнии. Газ нагнетался через трубки, установленные среди деревьев. Фотосинтез увеличился на 50-60 %. Но эффект, вскоре стал обратным. Задыхающиеся деревья не справлялись с таким объемом углекислого газа. Преимущество в процессе фотосинтеза было потеряно. Это еще один пример как человеческие манипуляции приводят к неожиданным результатам.
Но эти небольшие положительные аспекты парникового эффекта не идут ни в какое сравнение с отрицательными. Взять хотя бы опыт с сосновым лесом, где объем СО 2 был увеличен вдвое, а к концу этого века прогнозируется увеличение концентрации СО 2 в четыре раза. Можно представить какими катастрофическими могут быть последствия для растений. А это в свою очередь повысит объем СО 2 , так как чем меньше растений, тем больше концентрация СО 2 . парниковый эффект исследование
Глобальное потепление.
Значимость потепления, определенная американскими учеными, может побудить распространенную катастрофу. Во-первых, потепление вызовет увеличение концентрации водяного пара в атмосфере (на 6 % больше с каждым градусом повышения температуры), что вызовет увеличение осадков и возможно большую напряженность погоды, в общем.
Хотя частота дождей и снегопадов может увеличиться, наиболее ожидаемый эффект, который заключается в том, что средние колебания осадков могут быть еще более выраженными, как утверждает Томас Карл, американский специалист в области изменения климата. В местностях, предрасположенных к затоплениям и водным эрозиям, прогнозы будут ужасными. Увеличение осадков будет крайне неравномерно, затопляя наиболее влажные территории, сделает сухие местности еще более засушливыми.
В дополнение Карл предполагает, что тепловые волны могут стать еще серьезнее там, где местность имеет маленький шанс охладится ночью. Трехградусное повышение средней температуры увеличит возможность возникновения опасных тепловых волн (выше 35 0 С) в средних широтах от одного раза в 12 лет до одного раза в 4 года.
Такие жестокие картины становятся все более и более правдоподобными. Существует единодушное согласие, что глобальная средняя температура повысилась на пол градуса Цельсия с конца XVIII века, и 13 самых жарких лет наблюдались после 1980 года. По некоторым оценкам 1997 был самым жарким. Это неоспоримое доказательство, что человечество причастно к глобальному потеплению.
Еще потепление может быть частью естественного цикла колебаний средней температуры, которая изменялась в пределах 6 0 С за последние 150 000 лет. Климатические колебания в течение тысячелетий зависят от периодических изменений солнечной активности, орбиты и наклона Земли, то есть от количества тепла, поступаемого на Землю.
Вращение Земли не сохраняет постоянную позицию по отношению к Солнцу. В 1930-х сербский математик Милутин Миланкович установил, что существует зависимость между тремя основными циклами движения Земли и ее климатом: 100 000-летний цикл земной орбиты, 41 000-летний цикл наклона земной оси, 23 000-летний цикл раскачивания земной оси.
Эффект этих циклов можно последить по графику изменения объема ледяных покровов относительно солнечного освещения, который увеличивался, когда интенсивность солнечного освещения падала, позволяя снежному покровы продлевать период таяния и накапливаться со временем.
Согласно этим циклам мы сейчас находимся в середине периода похолодания. А в настоящее время наблюдается повышение температуры, как если бы мы находились в период потепления.
Доказательства этих климатических изменений были взяты из состава льда, добытого из недр древних ледников Гренландии и Антарктиды и среди останков морских организмов в осадочных породах на морском дне.
Повышение и понижение температуры за последние 750 000 лет было также исследовано путем анализа древнего тибетского 300 метрового ледника - самого большого в средних широтах. Образцы льда были собраны с различных глубин. В каждом образце было измерено содержание особого изотопа кислорода 18 О. Чем больше было его содержание, тем выше была температура в соответствующем периоде.
На основе этого исследования был построен график. Полученная температура была наложена на график колебания интенсивности солнечного освещения, согласно 100 000-летнему циклу Миланковича.
Возможно, что около 1860 года, когда ученые впервые занялись проблемой глобального потепления, планета еще находилась в периоде аномального похолодания. Настоящее потепление может быть вызвано окончанием этого периода, и парниковый эффект может быть наложен на это направление колебаний климата.
Однако в опровержение этого мнения, для многих ученых критическим аспектом является скорость сегодняшнего климатического потепления, которая не может быть сопоставлена со скоростями естественных колебаний климата. В ХХ веке потепление составило 0,5 0 С, оно необычно большое, внезапное и распространенное.
За последние 150 лет уменьшение ледяных покровов вследствие глобального потепления наблюдается по всей планете. А за последние 40 лет температура в Антарктиде повысилась на 2,5 0 С, одно из крупнейших ледяных полей уменьшилось на одну треть, а другое за один только 1995 год подтаяло на 1300 м 2 . Таяние ледников уже привело к повышению уровня Мирового океана на 10-25 см в прошлом столетии. Известно, что если уровень Мирового океана поднимется на 1 метр, то многие прибрежные города будут затоплены.
Уменьшение ледяного покрова можно рассмотреть на примере ледника в Швейцарии, который 150 лет назад был в составе Альпов. «Если климат продолжит изменяться с этими невероятными скоростями, а мы полагаем - будет, значение будущего парникового эффекта будет огромно даже по геологической шкале», считает Томас Кровли, американский океанограф.
Последствия парникового эффекта.
Какова срочность действий, рассмотренных в 1997 на конференции по изменению климата в Киото, Япония, на которой промышленные нации принципиально согласились сократить выбросы парниковых газов? Не один другой вопрос не оспаривается так горячо среди ученых и политиков как этот. Некоторые считают, что немедленные действия неоправданны: ощутимые изменения климата, говорят они, достаточно постепенны, чтобы мы могли адаптироваться к ним. И даже если все выбросы парниковых газов в атмосферу прекратятся завтра, планета все равно будет еще нагреваться несколько десятилетий, из-за длинного жизненного цикла газов в атмосфере.
С другой стороны, есть доказательства, что некоторые события могут радикально изменить климат период нескольких десятков дней. Возможно наибольший страх - это внезапный крах огромного Атлантического транспортировочного пояса - системы, которая приносит теплую воду к северу от экватора, делающей Европу на несколько градусов теплее. Испарение этого приходящего потока оставляет этот пояс с большей концентрацией соли, чем оставшуюся Северную Атлантику, которая содержит устойчивый избыток воды из континентальных бассейнов. Пояс становится холоднее и плотнее по мере того, как он достигает Гренландии, где совсем тонет.
Но что, если порожденное человеком глобальное потепление изменит температурную разницу между потоками и, в то же время увеличит количество осадков, разбавляя соленость направленного на север потока? Весь Атлантический транспортировочный пояс может прекратиться, как свидетельствуют океанические осадочные породы, это уже было несколько раз в прошлом. Эффект будет губительный. По некоторым расчетам, в Ирландии будет такая же температура, как сегодня в Шпицбергене, который расположен на сотни километров выше полярного круга. Почти вся северная Европа будет непригодна для жизни.
Но никто не знает наверняка, случатся ли такие вещи. Помимо этого, специфический эффект человека на изменение климата останется еще долгое время неопределенным, пока наши знания увеличатся, а модели улучшатся. «Следующие десять лет покажут», говорит Тим Барнетт, климатолог из Института океанографии, Калифорния «Мы должны подождать этот срок, чтобы по-настоящему все увидеть».
Факторы изменения климата.
После проведенной оценки мнений различных специалистов можно определить, что климат изменяется вследствие различных комбинаций различных климатических факторов, механизм многих из которых еще не понят современной наукой. Приведем перечень основных климатических факторов.
Солнечная радиация. Пролетевший 149 миллиардов километров, солнечный свет нагревает верхний слой атмосферы с интенсивностью 180 Вт/м 2 . Одна треть этого тепла отражается обратно в космос. Оставшаяся часть проходит сквозь атмосферу, нагревая земную поверхность
Атмосфера. Тонкий баланс газов в атмосфере дает Земле среднюю температуру 15 0 С. Парниковые газы - водяной пар, СО 2 , метан, оксиды азота и другие - задерживают энергию, отраженную земной поверхностью, и отражают ее обратно на землю.
Океаны. Покрывая 71 % площади земной поверхности, океаны являются главным источником атмосферного водяного пара. Океаны могут долгое время сохранять тепло и транспортировать его на тысячи километров. Когда теплая вода собирается в одном месте, испарение и образование облаков могут увеличиться. Морские организмы потребляют огромное количество диоксида углерода.
Круговорот воды. Повышение температуры воздуха может означать увеличение испарения воды и таяния льда на воде и земле. Также водяной пар это самый действенный и эффективный парниковый газ. Однако образование облаков может иметь эффект похолодания.
Облака. Роль облаков не до конца изучена, но известно, что облака имеют двоякое действие: охлаждают, затеняя земную поверхность, и нагревают, задерживая отраженное земной поверхностью тепло.
Ледники и снежные покровы. Яркий белый цвет ледников и снежных покровов отражает солнечный свет обратно в космос, охлаждая планету. Таяние льдов в океанах понижает температуру воды. В Северном полушарии площадь снежных покровов уменьшилась за последние 25 лет на 10 %, но существенного уменьшения объема льдов в Антарктиде еще не наблюдалось. Хотя вероятность, что это случится, непрерывно возрастает.
Земная поверхность. Когда солнечная энергия попадает на земную поверхность, она превращается в тепло, часть которого быстро отражается в атмосферу. Поэтому топография (взаимное расположение отдельных пунктов местности 1) и обработка земли оказывают огромное влияние на климат. Горные ряды могут блокировать движение облаков, создавая засушливые местности по направлению ветра. Рыхлые земли могут впитывать большее количество влаги, делая воздух более сухим. Тропический лес может поглотить большой объем углекислого газа, но если лес будет вырублен, эта же самая местность станет источником метана. Если же такой лес сжечь, выделится большое количество углекислого газа. В среднем по планете на сжигание лесов приходится половина увеличения объема СО 2 в атмосфере.
Воздействие человека. Добавляя парниковые газы в атмосферу, человечество вызывает глобальное потепление. Сжигание топлива - это главная причина увеличения концентрации СО 2 . Скотоводство, сеяние риса и мусорные свалки увеличили уровень содержания метана в атмосфере. Аэрозоли, промышленные выбросы сульфатов отражают поступающий солнечный свет, образуя временный локализованный эффект похолодания.
В 1992 году в Рио-де-Жанейро ведущие индустриальные страны взяли на себя обязательство к 2000 году уменьшить выбросы в атмосферу углекислого газа до уровня 1990 года. При вступлении в должность в 1993 году президент США Билл Клинтон подчеркивал важность достижения намеченных в Рио-де-Жанейро целей. Но в конце октября 1999 года заявил, что только к 2008 году промышленные страны могут вернуться к уровню выбросов парниковых газов в 1990 году, да и то лишь в том случае, если Китай тоже возьмет на себя обязательства принять в своей стране соответствующие законы.
Сейчас в среднем житель США сжигает ежегодно столько топлива, что высвобождается 19 тонн углекислого газа (в Германии - 11 тонн, в Китае - две, в Индии - одна тонна).
Парниковые газы.
Парниковые газы - газы, которые предположительно вызывают глобальный парниковый эффект.
Основными парниковыми газами, в порядке их оцениваемого воздействия на тепловой баланс Земли, являются водяной пар, углекислый газ, метан, озон, галоуглероды и оксид азота.
Водяной пар
Водяной пар - основной естественный парниковый газ, ответственный более, чем за 60 % эффекта. Прямое антропогенное воздействие на этот источник незначительно. В то же время, увеличение температуры Земли, вызванное другими факторами, увеличивает испарение и общую концентрацию водяного пара в атмосфере при практически постоянной относительной влажности, что, в свою очередь, повышает парниковый эффект. Таким образом, возникает некоторая положительная обратная связь. С другой стороны, облака в атмосфере отражают прямой солнечный свет, тем самым увеличивая альбедо Земли, что несколько уменьшает эффект.
Углекислый газ
Источниками углекислого газа в атмосфере Земли являются вулканические выбросы, жизнедеятельность организмов, деятельность человека. Антропогенными источниками является сжигание ископаемого топлива, сжигание биомассы (в т. ч. сведение лесов), некоторые промышленные процессы (например, производство цемента). Основными потребителями углекислого газа являются растения. В норме биоценоз поглощает приблизительно столько же углекислого газа, сколько и производит (в т. ч. за счет гниения биомассы).
Основными антропогенными источниками метана являются пищеварительная ферментация у скота, рисоводство, горение биомассы (в т. ч. сведение лесов). Как показали недавние исследования, быстрый рост концентрации метана в атмосфере происходил в первом тысячелетии нашей эры (предположительно в результате расширения сельхозпроизводства и скотоводства и выжигания лесов). В период с 1000 по 1700 годы концентрация метана упала на 40 %, но снова стала расти в последние столетия (предположительно в результате увеличения пахотных земель и пастбищ и выжигания лесов, использования древесины для отопления, увеличения поголовья домашнего скота, количества нечистот, выращивания риса). Некоторый вклад в поступление метана дают утечки при разработке месторождений каменного угля и природного газа, а также эмиссия метана в составе биогаза, образующегося на полигонах захоронения отходов. Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Природа и количественное определение парникового эффекта. Парниковые газы. Решения проблемы изменения климата в разных странах. Причины и последствия парникового эффекта. Интенсивность солнечной радиации и инфракрасного излучения поверхности Земли.
курсовая работа , добавлен 21.04.2011
Сущность парникового эффекта. Пути исследования изменения климата. Влияние диоксида углерода на интенсивность парникового эффекта. Глобальное потепление. Последствия парникового эффекта. Факторы изменения климата.
реферат , добавлен 09.01.2004
Причины изменения климата. Комплексность климатической системы Земли. Понятие и сущность парникового эффекта. Глобальное потепление и воздействие на него человека. Последствия глобального потепления. Меры, необходимые для предотвращения потепления.
реферат , добавлен 10.09.2010
Причины и последствия "парникового эффекта", обзор методов решения данной проблемы. Экологическое прогнозирование. Пути снижения воздействия парникового эффекта на состояние климата Земли. Киотский протокол к Рамочной конвенции ООН об изменении климата.
контрольная работа , добавлен 24.12.2014
Понятие парникового эффекта. Потепление климата, повышение среднегодовой температуры на Земле. Последствия парникового эффекта. Накопление в атмосфере "парниковых газов", пропускающих кратковременные солнечные лучи. Решение проблемы парникового эффекта.
презентация , добавлен 08.07.2013
Причины возникновения парникового эффекта. Отрицательные экологические последствия парникового эффекта. Положительные экологические последствия парникового эффекта. Эксперименты протекания парникового эффекта в разных условиях.
творческая работа , добавлен 20.05.2007
Причины возникновения парникового эффекта. Парниковый газ, его особенности и характеристика проявлений. Последствия парникового эффекта. Киотский протокол, его сущность и описание основных положений. Прогнозы на будущее и методы решения этой проблемы.
реферат , добавлен 16.02.2009
Проблема парникового эффекта. Причины изменения климата. Основные принципы инвентаризации выбросов и стоков парниковых газов. Рамочная конвенция ООН по изменению климата. Киотский протокол - механизм торговли квотами. Проекты совместного осуществления.
дипломная работа , добавлен 13.06.2013
Анализ основных причин глобального изменения климата. Понятие и особенности парникового эффекта. Рассмотрение отрицательных и положительных последствий глобального потепления, выводы специалистов. Характеристика проблем нового ледникового периода.
реферат , добавлен 19.10.2012
Функции атмосферы Земли, возникновение, роль и состав парниковых газов. Причины предполагаемого потепления климата. Положительные и отрицательные последствия парникового эффекта для органического мира. Пути решения глобальной экологической проблемы.
Средняя температура поверхности Земли (или другой планеты) повышается за счет наличия у нее атмосферы.
Садоводы хорошо знакомы с этим физическим явлением. Внутри парника всегда теплее, чем снаружи, и это помогает выращивать растения, особенно в холодное время года. Вы можете почувствовать аналогичный эффект, когда находитесь в автомобиле. Причина его состоит в том, что Солнце с температурой поверхности около 5000°С излучает главным образом видимый свет — часть электромагнитного спектра , к которой чувствительны наши глаза. Поскольку атмосфера в значительной степени прозрачна для видимого света, солнечное излучение легко проникает к поверхности Земли. Стекло также прозрачно для видимого света, так что солнечные лучи проходят внутрь парника, и их энергия поглощается растениями и всеми объектами, находящимися внутри. Далее, согласно закону Стефана—Больцмана , каждый объект излучает энергию в какой-либо части электромагнитного спектра. Объекты с температурой около 15°С — средней температурой у поверхности Земли — излучают энергию в инфракрасном диапазоне. Таким образом, объекты в парнике испускают инфракрасное излучение. Однако инфракрасное излучение не может легко проходить сквозь стекло, поэтому температура внутри парника повышается.
Планета с устойчивой атмосферой, такая как Земля, испытывает практически такой же эффект — в глобальном масштабе. Чтобы поддерживать постоянную температуру, Земле необходимо самой излучать столько же энергии, сколько она поглощает из видимого света, излучаемого в нашу сторону Солнцем. Атмосфера служит как бы стеклом в парнике — она не столь прозрачна для инфракрасного излучения, как для солнечного света. Молекулы различных веществ в атмосфере (важнейшие из них — углекислый газ и вода) поглощают инфракрасное излучение, действуя как парниковые газы . Таким образом, инфракрасные фотоны, излучаемые земной поверхностью, не всегда уходят прямо в космос. Некоторые из них поглощаются молекулами парниковых газов в атмосфере. Когда эти молекулы вторично излучают энергию, которую они поглотили, они могут излучать ее как в сторону космоса, так и внутрь, обратно к поверхности Земли. Присутствие таких газов в атмосфере создает эффект укрывания Земли одеялом. Они не могут прекратить утечку тепла наружу, но позволяют сохранить тепло около поверхности более долгое время, поэтому поверхность Земли значительно теплее, чем была бы в отсутствие газов. Без атмосферы средняя температура поверхности составляла бы —20°С, что намного ниже точки замерзания воды.
Важно понимать, что парниковый эффект на Земле был всегда. Без парникового эффекта, обусловленного наличием углекислого газа в атмосфере, океаны давно бы замерзли, и высшие формы жизни не появились бы. В настоящее время научные дебаты о парниковом эффекте идут по вопросу глобального потепления : не слишком ли мы, люди, нарушаем энергетический баланс планеты в результате сжигания ископаемых видов топлива и прочей хозяйственной деятельности, добавляя при этом излишнее количество углекислого газа в атмосферу? Сегодня ученые сходятся во мнении, что мы ответственны за повышение естественного парникового эффекта на несколько градусов.
Парниковый эффект имеет место не только на Земле. В действительности самый сильный парниковый эффект, о котором мы знаем, — на соседней планете, Венере. Атмосфера Венеры почти целиком состоит из углекислого газа, и в результате поверхность планеты разогрета до 475°С. Климатологи полагают, что мы избежали такой участи благодаря наличию на Земле океанов. Океаны поглощают атмосферный углерод, и он накапливается в горных породах, таких как известняк — посредством этого углекислый газ удаляется из атмосферы. На Венере нет океанов, и весь углекислый газ, который выбрасывают в атмосферу вулканы, там и остается. В результате мы наблюдаем на Венере неуправляемый парниковый эффект.
Парниковый эффект – процесс повышения температуры у поверхности земли из-за увеличения концентрации парниковых газов (Рисунок 3).
Парниковые газы – это газообразные соединения, которые интенсивно поглощают инфракрасные лучи (тепловые лучи) и способствуют нагреванию приземного слоя атмосферы; к ним относятся: в первую очередь CO 2 (углекислый газ), а также метан, хлорфторуглероды (ХФУ), оксиды азота, озон, водяной пар.
Эти примеси препятствуют длинноволновому тепловому излучению с земной поверхности. Часть этого поглощенного теплового излучения возвращается обратно к земной поверхности. Следовательно, с повышением концентрации в приземном слое атмосферы парниковых газов увеличивается и интенсивность поглощения исходящего с поверхности земли инфракрасного излучения, а значит, увеличивается температура воздуха (потепление климата).
Важная функция парниковых газов – поддержание относительно постоянной и умеренной температуры на поверхности нашей планеты. За сохранение благоприятных температурных условий у поверхности Земли ответственны главным образом диоксид углерода и вода.
Рисунок 3. Парниковый эффект
Земля находится в тепловом равновесии со своим окружением. Это означает, что планета излучает в космическое пространство энергию со скоростью, равной скорости поглощения солнечной энергии. Поскольку Земля является относительно холодным телом с температурой 254 К, излучение таких холодных тел приходится на длинноволновую (с низкой энергией) часть спектра, т.е. максимум интенсивности излучения Земли находится вблизи длины волны 12 000 нм.
Большая часть этого излучения задерживается СО 2 и Н 2 О, поглощающим его и в инфракрасной области, тем самым эти компоненты не дают рассеиваться теплу и поддерживают пригодную для жизни равномерную температуру у поверхности Земли. Пары воды играют важную роль в поддержании температуры атмосферы в ночное время, когда земная поверхность излучает энергию в космическое пространство и не получает солнечной энергии. В пустынях с очень засушливым климатом, где концентрация паров воды очень мала, днем невыносимо жарко, зато ночью очень холодно.
Основные причины усиления парникового эффекта – значительное поступление в атмосферу парниковых газов и возрастание их концентраций; что происходит в связи с интенсивным сжиганием ископаемого топлива (угля, природного газа, нефтепродуктов), сведением растительности: вырубка лесов; усыхание лесов из-за загрязнений, выгорание растительности в процессе пожаров и т.п. В итоге нарушается природный баланс между потреблением растениями CO 2 и его поступлением в процессе дыхания (физиологического, гниения, горения).
Как пишут ученые, с вероятностью более чем в 90% именно человеческая деятельность по сжиганию природного топлива и вызванный этим парниковый эффект в большой степени объясняет глобальное потепление в последние 50 лет. Вызванные деятельностью человека процессы подобны потерявшему управление поезду. Остановить их практически невозможно, потепление будет продолжаться как минимум несколько веков, а то и целое тысячелетие. Как установили экологи, до сих пор львиную долю тепла поглощал мировой океан, но емкость этого гигантского аккумулятора на исходе - вода прогрелась до глубины трех километров. Итог – глобальное изменение климата.
Концентрация основного парникового газа (CO 2) в атмосфере в начале XX века составляла » 0,029 %, к настоящему времени достигла 0,038%, т.е. выросла почти на 30%. Если допустить сохранение существующих воздействий на биосферу к 2050 году концентрация CO 2 в атмосфере удвоится. В связи с чем прогнозируют повышение температуры на Земле на 1,5 °C - 4,5 °C (в полярных районах до 10 °C, в экваториальных – 1 °C –2 °C).
Это в свою очередь может привести к критическому повышению температуры атмосферы в аридных зонах, что повлечет гибель живых организмов, снижение их жизнедеятельности; опустынивание новых территорий; таянию полярных и горных ледников, а значит к поднятию уровня мирового океана на 1,5 м, подтоплению прибрежных зон, усилению штормовой деятельности, миграции населения.
Последствия глобального потепления:
1. В результате глобального потепления прогнозируется изменение циркуляции атмосферы , изменение распределения осадков, изменение структуры биоценозов; в ряде районов снижение урожайности сельскохозяйственных культур.
2. Глобальное изменение климата . Австралия пострадает сильнее. Климатологи предрекают Сиднею климатическую катастрофу: к 2070 году средняя температура в этом австралийском мегаполисе поднимется примерно на пять градусов, лесные пожары опустошат его окрестности, а гигантские волны уничтожат морские пляжи. Европу опустошит изменение климата. Экосистема будет дестабилизирована беспощадно повышающимися температурами, прогнозируют ученые ЕС в докладе. На севере континента урожаи сельскохозяйственных культур вырастут с увеличением длительности сезона роста и периода без заморозков. И без того теплый и засушливый климат этой части планеты станет еще теплее, что приведет к засухам и высыханию многих резервуаров пресной воды (Южная Европа). Эти изменения станут настоящим испытанием для фермеров и лесоводов. В Северной Европе теплые зимы будут сопровождаться повышением уровня осадков. Потепление на севере региона приведет и к позитивным явлениям: расширению лесных массивов и росту урожаев. Однако они будут идти рука об руку с наводнениями, разрушением прибрежных районов, исчезновением некоторых видов животных и растений, таянием ледников и районов вечной мерзлоты. В Дальневосточном и Сибирском регионах количество холодных дней уменьшится на 10-15, а в европейской части - на 15-30.
3. Глобальные изменения климата уже обходятся человечеству в 315 тысяч жизней ежегодно, и эта цифра постоянно увеличивается с каждым годом. Оно вызывает болезни, засухи и другие погодные аномалии, от которых уже гибнут люди. Эксперты организации приводят и другие данные - по их подсчетам в настоящее время более 325 миллионов человек, как правило из развивающихся стран, испытывают на себе влияние изменения климата. Влияние глобальное потепления климата для мировой экономики специалисты оценивают в 125 миллиардов долларов ущерба ежегодно, а к 2030 году эта сумма может вырасти до 340 миллиардов долларов.
4. Обследование 30 ледников в различных регионах Земного шара, проведенное Всемирной службой наблюдения за ледниками, показало, что за 2005 год толщина ледяного покрова уменьшилась на 60-70 сантиметров. Эта цифра в 1,6 раз превышает среднегодовой показатель 90-х годов и в 3 раза – средний показатель 1980-х. Как полагают некоторые специалисты, при том, что толщина ледников составляет всего несколько десятков метров, если их таяние продолжится такими темпами, через несколько десятилетий ледники исчезнут совсем. Самые драматические процессы таяния ледников отмечены в Европе. Так, норвежский ледник Брейдалбликкбреа (Breidalblikkbrea) в 2006 году потерял более трех метров, что в 10 раз больше, чем в 2005 году. Угрожающие таяния ледников отмечены в Австрии, Швейцарии, Швеции, Франции, Италии и Испании.В зоне Гималайских гор. Текущая тенденция таяния ледников позволяет предположить, что такие реки, как Ганг, Инду, Брахмапутра (самая высокогорная реки в мире) и другие реки, пересекающие северную равнину Индии, могут стать сезонными реками в ближайшем будущем вследствие климатических изменений.
5. Стремительное таяние вечной мерзлоты из-за потепления климата представляет сегодня серьезную угрозу российским северным регионам, половина которых и находится в так называемой "зоне вечной мерзлоты". Эксперты из МЧС РФ дают прогнозы: по их подсчетам площадь вечной мерзлоты в России за ближайшие 30 лет сократится более чем на 20%, а глубина оттаивания грунта - и вовсе на 50%. Наибольшие изменения в климате могут произойти в Архангельской области, Республике Коми, Ханты-Мансийском автономном округе и Якутии. Специалисты прогнозируют, что таяние вечной мерзлоты приведет к значительным изменениям ландшафта, полноводью рек, образованию термокарстовых озер. Кроме того, из-за таяния вечной мерзлоты возрастет скорость эрозии российских арктических берегов. Как ни парадоксально, из-за изменения берегового ландшафта территория России может сократиться на несколько десятков квадратных километров. Из-за потепления климата от эрозии береговой линии страдают и другие северные страны. Так, например, процесс волновой эрозии приведет [ http://ecoportal.su/news.php?id=56170 ] к полному исчезновению самого северного острова Исландии уже к 2020 году. Остров Колбинси (Kolbeinsey), который считается самой северной точкой Исландии, полностью скроется под водой к 2020 году в результате ускорения процесса абразии - волновой эрозии берегов.
6. Уровень Мирового океана к 2100 году может подняться на 59 сантиметров, говорится в докладе экспертной группы ООН. Но это не предел, если будут таять льды Гренландии и Антарктики, то уровень Мирового океана может подняться ещё выше. На местоположение Санкт-Петербурга тогда будут указывать только торчащие из воды верхушка купола Исаакиевского собора и шпиль Петропавловской крепости. Похожая участь постигнет Лондон, Стокгольм, Копенгаген и другие крупнейшие приморские города.
7. Тим Лентон эксперт по климату Университета Восточной Англии с коллегами с помощью произведённых математических расчётов установил, что повышение среднегодовой температуры даже на 2°C в течение 100 лет станет причиной гибели 20-40% Амазонских лесов вследствие надвигающейся засухи. Повышение температуры на 3°C вызовет гибель 75% лесов в течение 100 лет, а рост температуры на 4°C и вовсе станет причиной исчезновения 85% всех лесов Амазонки. А они эффективнее всего поглощяют CO 2 (Фото: NASA, презентация).
8. При нынешних темпах глобального потепления к 2080 году до 3,2 млрд человек на земном шаре столкнутся с проблемой нехватки питьевой воды . Ученые отмечают, что трудности с водой коснутся прежде всего Африки и Ближнего Востока, однако критическая ситуация может сложиться также в Китае, Австралии, некоторых частях Европы и США. ООН опубликовало список стран, которые больше всего пострадают от климатических изменений. В нем лидируют Индия, Пакистан и Афганистан.
9. Климатические мигранты . Глобальное потепление приведет к тому, что к концу 21 века к различным категориям беженцев и мигрантов может прибавиться еще одна - климатическая. К 2100 году численность климатических мигрантов может составить порядка 200 миллионов человек.
В том, что потепление существует, никто из ученых не сомневается - это очевидно. Но существуют альтернативные точки зрения . Например, член-корреспондент Российской Академии наук, доктор географических наук, профессор, заведующий кафедрой рационального природопользования МГУ Андрей Капица , считает изменение климата нормальным природным явлением. Идет глобальное потепление, оно чередуется с глобальным похолоданием.
Сторонники "классического" подхода к проблеме парникового эффекта исходят из предположения шведского ученого Сванте Аррениуса о прогреве атмосферы в результате того, что "парниковые газы" свободно пропускают солнечные лучи к поверхности Земли и в то же время задерживают излучение земного тепла в космос. Однако процессы теплообмена в земной атмосфере оказались значительно сложнее. Газовая "прослойка" регулирует поступление солнечного тепла иначе, чем стекло приусадебного парника.
На самом деле газы типа двуокиси углерода не приводят к возникновению парникового эффекта. Это было убедительно доказано российскими учеными. Академик Олег Сорохтин, работающий в Институте океанологии РАН, первым создал математическую теорию парникового эффекта. Из его расчетов, подтвержденных измерениями на Марсе и Венере, следует, что даже значительные выбросы техногенного углекислого газа в земную атмосферу практически не меняют тепловой режим Земли и не создают парникового эффекта. Напротив, нам следует ожидать небольшого, на доли градуса, похолодания.
Не повышенное содержание CО2 в атмосфере приводило к потеплению, а в результате потепления происходил выброс в атмосферу гигантских объемов углекислого газа - заметьте, без всякого человеческого участия. 95 процентов CО 2 растворено в мировом океане. Достаточно толщам воды прогреться на полградуса - и океан "выдохнет" углекислоту. Извержения вулканов и лесные пожары тоже вносят существенный вклад в накачивание земной атмосферы CО 2 . При всех издержках промышленного прогресса выброс тепличных газов из труб заводов и теплоэлектростанций не превышает нескольких процентов от общего оборота углекислоты в природе.
Известны ледниковые периоды, которые чередовались глобальным потеплением, и сейчас мы находимся в периоде глобального потепления. Нормальные колебания климата, которые связаны с колебаниями активности Солнца и орбиты Земли. Вовсе не с человеческой деятельностью.
Нам удалось заглянуть на 800 тысяч лет назад в прошлое Земли благодаря скважине, пробуренной в толще ледника в Антарктиде (3800 м).
По пузырькам воздуха, сохранившимся в керне, определили температуру, возраст, содержание углекислого газа и получили кривые примерно за 800 тысяч лет. По соотношению изотопов кислорода в этих пузырьках ученые определили температуру, при которой выпадал снег. Полученные данные охватывают большую часть четвертичного периода. Разумеется, в далеком прошлом человек не мог воздействовать на природу. Но установлено, что содержание CО 2 тогда менялось очень сильно. Причем каждый раз именно потепление предшествовало повышению концентрации CО 2 в воздухе. Теория парникового эффекта предполагает обратную последовательность.
Существуют определенные ледниковые периоды, которые чередовались с периодами потепления. Сейчас мы как раз находимся в периоде потепления, причем оно идет с малого ледникового периода, который был в XV - XVI веке, с XVI века примерно идет потепление на один градус в столетие.
Но то, что называют "парниковым эффектом" - это явление не является доказанным фактом. Физики показывают, что СО 2 не влияет на парниковый эффект.
В 1998 году бывший президент Национальной академии наук США Фредерик Зейтц представил на рассмотрение научной общественности петицию, призывающую правительства США и других стран отклонить подписание достигнутых в Киото соглашений об ограничении выбросов парниковых газов. К петиции прилагался обзор, из которого следует, что на протяжении последних 300 лет на Земле наблюдается потепление. И влияние человеческой деятельности на изменение климата достоверно не установлено. Кроме того, Зейтц утверждает, что повышенное содержание CО2 стимулирует фотосинтез у растений и тем самым способствует повышению продуктивности сельского хозяйства, ускоренному росту лесов. Петицию подписали 16 тысяч ученых. Однако в администрации Клинтона отмахнулись от этих обращений, дав понять, что дебаты о природе глобального изменения климата закончены.
На самом деле, к серьезным переменам климата приводят космические факторы. Температуру меняют колебания солнечная активность, а также изменения наклона земной оси, периода обращения нашей планеты. Такого рода флуктуации в прошлом, как известно, приводили к наступлению ледниковых периодов.
Вопрос глобального потепления - это вопрос политический . И здесь идет борьба двух направлений. Одно направление - это те, кто использует топливо, нефть, газ, уголь. Они всячески доказывают, что вред наносится переходом к ядерному топливу. А сторонники ядерного топлива доказывают обратное, что как раз наоборот - газ, нефть, уголь дают СО 2 и вызывают потепление. Вот это идет борьба двух крупных экономических систем.
Публикации на эту тему полны мрачных пророчеств. Я не согласен с такими оценками. Повышение среднегодовой температуры в пределах одного градуса за столетие не приведет к фатальным последствиям. Требуется огромное количество энергии, чтобы растопить лед Антарктиды, границы которой за все время наблюдений практически не ужались. По крайней мере в XXI веке климатические катаклизмы человечеству не грозят.
