Сущность парникового эффекта

Введение

  Охрана окружающей природной среды и рациональное использование естественных ресурсов - одна из актуальных глобальных проблем современности. Ее решение неразрывно связано с борьбой за мир на Земле, за предотвращение ядерной катастрофы, разоружение, мирное сосуществование и взаимовыгодное сотрудничество государств.

Все мы в последние десятилетия  наблюдаем резкое повышение температуры, когда зимой в место отрицательных температур, мы месяцами наблюдаем оттепели до 5 – 8 градусов тепла, а в летние месяцы – засухи и суховеи, иссушающие почву земли и ведущие к ее эрозии. Почему это происходит?

Ученые утверждают, что  причиной, прежде всего, является губительная  деятельность человечества, приводящая к глобальному изменению климата

 Земли.

Сжигание топлива в  электростанциях, резкое увеличение количества отходов от производственной деятельности человека, увеличение автомобильного транспорта и как следствие увеличение выбросов углекислого газа в атмосферу  Земли при резком сокращении лесопарковой зоны, привело к возникновению  так называемого парникового  эффекта Земли.

Глава 1. Сущность парникового эффекта

  Что, же происходит с климатом Земли?

Человеческая деятельность может привести к нагреву земного шара сверх предельно допустимых возможностей.

 Есть противоположенные  мнения, что климат Земли изменяется, наоборот, в сторону похолодания.  И, вообще, в последние годы  метеорологи разных стран приходят  к выводу, что во всеобъемлющей  системе погоды на земном шаре  что- то расстроилось. По их мнению, климат на земле начинает меняться не в лучшую сторону. Некоторые метеорологи считают, что приближается всеобщая стихийная катастрофа, которую будет трудно предотвратить. Чего опасаться нам: засухи, неурожая, голода или, наоборот, рассчитывать на постепенное улучшение погоды и возвращение к климатическим условиям первой половины 20-ого века, считающимся наилучшими в мировой истории.

 Большинство ученых  сходятся во мнении, что атмосфера, тем не менее, скорее не охлаждается, а нагревается. Причиной тому – грандиозные изменения, произведенные человеком. Сейчас, как утверждают метеорологи, человеческая деятельность становится все более важным фактором, влияющим на климатический баланс Земли. Причиной тому могут служить разные факторы, однако, многие ученые связывают это с парниковым эффектом.

1. Что такое парниковый эффект

   Если говорить кратко, то парниковый эффект представляет собой явление, при котором способность атмосферы пропускать необходимое ей количество солнечной энергии – ультрафиолетовых лучей, существенно снижается.

 Благодаря подобному явлению на поверхности нашей планеты, в нижних слоях атмосферы происходит значительное потепление, большее, чем в том случае, если бы атмосферы не было совсем. По мнению ученых, без атмосферы температура поверхности Земли составляла бы -17 градусов, в настоящее же время она составляет 15 градусов.

 Вопреки некоторым мнениям, парниковый эффект – явление естественное и довольно полезное, так как без него жизни на Земле могло бы не быть. Также, достаточно интересным можно назвать тот факт, что парниковый эффект существует не только на Земле, но и на всех планетах, атмосфера которых состоит из подходящего газа. Например, на Венере атмосфера состоит из углекислого газа на 96%, а температура на этой планете составляет 450 градусов.

 К сожалению, неправильных ход парникового эффекта может способствовать и возникновению негативных последствий. Тяжесть такого явления, особенно в краткие промежутки времени, препятствует нормальному функционированию жизни людей и других живых организмов.

 Все последствия глобального потепления предсказать практически невозможно, но всегда необходимо помнить о том, что изменение одного параметра неизбежно влечет за собой изменение другого, так как в природе все взаимосвязано. Среди последствий парникового эффекта можно отметить вымирание животных и растений, нехватка воды, истощение почвы, сокращение площадей, климатические аномалии.

Как показывает история изменений  тяжелый парниковый эффект может  стать причиной глобального потепления на Земле. Для того, чтобы достичь прежнего баланса, планете может понадобиться много лет, для восстановления организмов нужно еще больше времени, при этом вернуться к жизни смогут, конечно, не все.

Наиболее важными газами для создания парникового эффекта  считаются метан, оксиды азота, двуокись углерода, озон и хлорфторуглерод.

Парниковый эффект может  оказаться довольно опасным явлением в том случае, если изменение климата  будет носить резкий, лавинообразный характер, конечного результата не сможет предсказать никто, однако, такие изменения однозначно окажут негативное влияние на жизнь людей.

2. Исторические сведения

  Идея о механизме парникового эффекта была впервые изложена в 1827 году Жозефом Фурье в статье «Записка о температурах земного шара и других планет», в которой он рассматривал различные механизмы формирования климата Земли, при этом он рассматривал как факторы, влияющие на общий тепловой баланс Земли (нагрев солнечным излучением, охлаждение за счёт лучеиспускания, внутреннее тепло Земли), так и факторы, влияющие на теплоперенос и температуры климатических поясов (теплопроводность, атмосферная и океаническая циркуляция).

 При рассмотрении влияния атмосферы на радиационный баланс Фурье проанализировал опыт М. де Соссюра с зачернённым изнутри сосудом, накрытым стеклом. Де Соссюр измерял разность температур внутри и снаружи такого сосуда, выставленного на прямой солнечный свет. Фурье объяснил повышение температуры внутри такого «мини-парника» по сравнению с внешней температурой действием двух факторов: блокированием конвективного теплопереноса (стекло предотвращает отток нагретого воздуха изнутри и приток прохладного снаружи) и различной прозрачностью стекла в видимом и инфракрасном диапазоне.

 Именно последний фактор и получил в позднейшей литературе название парникового эффекта — поглощая видимый свет, поверхность нагревается и испускает тепловые (инфракрасные) лучи; поскольку стекло прозрачно для видимого света и почти непрозрачно для теплового излучения, то накопление тепла ведёт к такому росту температуры, при котором количество проходящих

через стекло тепловых лучей  достаточно для установления теплового  равновесия.

 Фурье постулировал, что оптические свойства атмосферы Земли аналогичны оптическим свойствам стекла, то есть её прозрачность в инфракрасном диапазоне ниже, чем прозрачность в диапазоне оптическом.

3. Человек и парниковый эффект

  Приверженцы последней гипотезы, отводят ключевую роль в глобальном потеплении человеку, который кардинальным образом меняет состав атмосферы, способствуя росту парникового эффекта атмосферы Земли.

 Парниковый эффект в атмосфере нашей планеты вызван тем, что поток энергии в инфракрасном диапазоне спектра, поднимающийся от поверхности Земли, поглощается молекулами газов атмосферы, и излучается обратно в разные стороны, в результате половина поглощенной молекулами парниковых газов энергии возвращается обратно к поверхности Земли, вызывая её разогрев. Следует отметить, что парниковый эффект – это естественное атмосферное явление. Если бы на Земле вообще не было парникового эффекта, то средняя температура на нашей планеты была бы около -21°С, а так, благодаря парниковым газам, она составляет +14°С. Поэтому, чисто теоретически, деятельность человека, сопряжённая с выбросом парниковых газов в атмосферу Земли, должна приводить к дальнейшему разогреву планеты.

 Познакомимся подробнее с парниковыми газами, способными потенциально вызвать глобальное потепление. Парниковым газом номер один является водяной пар, его вклад в существующий атмосферный парниковый эффект составляет 20,6 °С. На втором месте находится СО2, его вклад составляет около 7,2°С. Рост содержания в атмосфере Земли углекислого газа сейчас вызывает наибольшую озабоченность, так как растущее активное использование углеводородов человечеством продолжится и в ближайшем будущем. За последние два с половиной века (с начала индустриальной эры) содержание СО2 в атмосфере уже выросло приблизительно на 30%.

 На третьем месте нашего «парникового рейтинга» находится озон, его вклад в общее глобальное потепление составляет 2,4 °С. В отличие от других парниковых газов, деятельность человека наоборот вызывает уменьшение содержания озона в атмосфере Земли. Далее следует закись азота, её вклад в парниковый эффект оценивается в 1,4°С. Содержание закиси азота в атмосфере планеты имеет тенденцию к росту, за последние два с половиной века концентрация этого парникового газа в атмосфере выросла на 17%. Большое количество закиси азота поступает в атмосферу Земли в результате сжигания различных отходов. Список основных парниковых газов завершает метан, его вклад в суммарный парниковый эффект составляет 0,8°С. Содержание метана в атмосфере растёт очень быстро, за два с половиной столетия этот рост составил 150%.

 Основными источниками метана в атмосфере Земли являются разлагающиеся отходы, крупный рогатый скот, а также распад природных соединений, содержащих в своём составе метан. Особое опасение вызывает то, что способность поглощать инфракрасное излучение на единицу массы у метана в 21 раз выше, чем у углекислого газа.

 Наибольшая роль в имеющем место глобальном потеплении отводиться водяному пару и углекислому газу. На их долю приходится более 95% всего парникового эффекта. Именно благодаря этим двум газообразным веществам происходит разогрев атмосферы Земли на 33°С. Антропогенная деятельность оказывает наибольшее влияние на рост в атмосфере Земли концентрации углекислого газа, а содержание водяного пара в атмосфере растёт вслед за температурой на планете, вследствие увеличения испаряемости. Общий техногенный выброс СО2 в атмосферу Земли составляет 1.8 млрд. т/год, общее количество углекислого газа, которое связывает растительность Земли в результате фотосинтеза составляет 43 млрд. т/год, но почти всё это количество углерода в результате дыхания растений, пожаров, процессов разложения снова оказывается в атмосфере планеты и только 45 млн.т/год углерода оказывается депонированной в тканях растений, болотах суши и глубинах океана. Эти цифры показывают, что деятельность человека потенциально может являться ощутимой силой, влияющей на климат Земли.

Глава 2. 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. В1930-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.

«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.

2.1. Парниковый эффект, как феномен глобального потепления

  Парниковый эффект относится к числу проявлений глобального потепления. Эта тенденция наметилась в связи с увеличением в атмосфере концентраций углекислого газа, метана и некоторых других парниковых газов.

В последние десятилетия  и, особенно в последние годы, парниковый эффект стал крупной научной проблемой. Как отклик на озабоченность тенденциями  глобального изменения климата, эта проблема нашла достаточно широкое  освещение в научных публикациях, оценках экспертов ООН и программах проведения исследований.

 Важнейшей причиной изменений климатической системы является накопление в атмосфере антропогенных парниковых газов и вызываемое ими нарушение радиационного баланса атмосферы. Существуют и другие причины, в частности, накопление аэрозолей в атмосфере, разрушение озонового слоя, загрязнение атмосферы, гидросферы и др.

 Возрастание диоксида углерода в атмосфере усиливает парниковый эффект, так как СО2 успешно пропускает длинноволновые лучи солнечного света к поверхности Земли и задерживает коротковолновое излучение. Поэтому чем выше концентрация СО2 в атмосфере, тем меньше тепла рассеивает Земля, тем выше средняя температура у земной поверхности. Потеплению климата Земли способствует также поступление тепла в атмосферу за счет сжигания нефтепродуктов, угля, торфа, работы разнообразных двигателей. Повышение средних температур на земном шаре может существенно изменить ход природных процессов биосферы.

 В результате антропогенных выбросов парниковых газов изменяется климат, что ведет к негативным последствиям практически во всех областях деятельности человека.

2.2. Факторы, ускоряющие и замедляющие глобальное потепление

  Планета Земля настолько сложная система, что существует множество факторов, которые прямо или косвенно влияют на климат планеты, ускоряя или замедляя глобальное потепление.

 Факторы, ускоряющие глобальное потепление:

+ эмиссия CO2, метана, закиси  азота в результате техногенной  деятельности человека;

+ разложение, вследствие  повышения температуры, геохимических  источников карбонатов с выделением  СО2. В земной коре содержится в связанном состоянии углекислого газа в 50000 раз больше, чем в атмосфере;

+ увеличение содержания  в атмосфере Земли водяного  пара, вследствие роста температуры,  а значит и испаряемости воды  океанов;

+ выделение CO2 Мировым  океаном вследствие его нагревания (растворимость газов при повышении  температуры воды падает). С ростом  температуры воды на каждый  градус растворимость в ней  CO2 падает на 3%. В Мировом океане  содержится в 60 раз больше CO2, чем  в атмосфере Земли (140 триллионов  тонн);

+ уменьшение альбедо  Земли (отражающей способности  поверхности планеты), вследствие  таяния ледников, смены климатических  зон и растительности. Морская  гладь отражает значительно меньше  солнечных лучей, чем полярные  ледники и снега планеты, горы  лишённые ледников, также обладаю меньшим альбедо, продвигающая на север древесная растительность обладает меньшим альбедо, чем растения тундр. За последние пять лет альбедо Земли уже уменьшилось на 2,5%;

+ выделение метана при  таянии вечной мерзлоты;

+ разложение метангидратов – кристаллических льдистых соединений воды и метана, содержащихся в приполярных областях Земли.

 Факторы, замедляющие  глобальное потепление:

- глобальное потепление  вызывает замедление скорости  океанических течений, замедление  тёплого течения Гольфстрим вызовет  снижение температуры в Арктике;

- с увеличением температуры  на Земле растёт испаряемость, а значит и облачность, которая  является определённого рода  преградой на пути солнечных  лучей. Площадь облачности растет  приблизительно на 0,4% на каждый  градус потепления;

- с ростом испаряемости  увеличивается количество выпадающих  осадков, что способствует заболачиванию  земель, а болота, как известно, являются  одними из главных депо CO2;