"Парниковый эффект" и климат Земли

СТОЛИЧНАЯ ФИНАНСОВО-ГУМАНИТАРНАЯ АКАДЕМИЯ

Факультет государственной службы и финансов

Специальность: государственное  и муниципальное управление

РЕФЕРАТ

Дисциплина «Экология»

Тема: «Парниковый эффект» и климат Земли

Выполнил:

 Студент  2-го курса  ГМ-10з

______________

Руководитель:

__________________________

Москва, 2012

Оглавление

Введение

1. Сущность «парникового эффекта»
2. Факторы, вызывающие «парниковый эффект»
3. Последствия «парникового эффекта»
4. Пути снижения воздействия «парникового эффекта» на состояние климата Земли

Заключение

Список литературы

Введение

Все мы в последние десятилетия  наблюдаем резкое повышение температуры, когда зимой вместо 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.

Тема реферата является актуальной, так как охрана окружающей природной  среды и рациональное использование естественных ресурсов - одна из глобальных проблем современности.

Целью данного реферата является определение  сущности «парникового эффекта» и его  влияние на климат Земли. Для достижения вышеуказанной цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. раскрыть понятие «парникового эффекта»;
2. рассмотреть факторы, вызывающие «парниковый эффект»;
3. определить последствия «парникового эффекта»;
4. найти пути снижения воздействия «парникового эффекта» на состояние климата Земли.

1. Сущность «парникового эффекта»

Парниковый эффект – это явление, при котором атмосферные газы (водяной пар, углекислый газ, метан  и озон) удерживают восходящее от Земли  тепло в тропосфере, не давая ему  подниматься в более высокие  слои атмосферы. При этом происходит нагревание, как самой атмосферы, так и земной поверхности.

Причиной парникового эффекта  является свойство атмосферных газов  поглощать и испускать тепловое инфракрасное излучение и в природе  это явление присутствовало всегда. Тревогу вызывает то, что в последние  столетия явление парникового эффекта  усиливается, а причиной усиления парникового  эффекта является всё увеличивающиеся  выбросы в атмосферу газов, возникающих  в результате жизнедеятельности  человечества. 
Автомобильные выхлопы, трубы заводов, ТЭЦ и даже сжигание бытового мусора загрязняют атмосферу парниковыми газами уже не одно десятилетие, парниковый эффект усиливается и последствием его может стать опасное для человечества глобальное потепление климата Земли.

Парниковый эффект, его причины  и последствия были впервые проанализированы учёными ещё в XIX веке. 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, однако количественные данные по поглощению атмосферы в инфракрасном диапазоне долгое время являлись предметом дискуссий.

Сегодня существует несколько сценариев развития влияния глобального потепления на судьбы человечества – от оптимистичных до катастрофических.

Есть противоположные 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, не- урожая, 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.

2. Факторы, вызывающие «парниковый эффект»

Многолетние наблюдения показывают, что в результате хозяйственной  деятельности изменяется газовый состав и запыленность нижних слоев атмосферы. С распаханных земель во время  пыльных бурь поднимаются в воздух миллионы тонн частиц почвы. При разработке полезных ископаемых, при производстве цемента, при внесении удобрений  и трении автомобильных шин о  дорогу, при сжигании топлива и  выбросе отходов промышленных производств  в атмосферу попадает большое  количество взвешенных частиц разнообразных  газов. Определения состава воздуха  показывают, что сейчас в атмосфере  Земли углекислого газа стало  на 25% больше, чем 200 лет назад. Это, безусловно, результат хозяйственной деятельности человека, а также вырубки лесов, зеленые листья которых поглощают  углекислый газ.

С повышением концентрации углекислого  газа в воздухе связан парниковый эффект, который проявляется в  нагреве внутренних слоев атмосферы  Земли. Это происходит потому, что  атмосфера пропускает основную часть  излучения Солнца. Часть лучей  поглощается и нагревает земную поверхность, а от нее нагревается  атмосфера. Другая часть лучей отражается от поверхности Планеты и это  излучение поглощается молекулами углекислого газа, что способствует повышению средней температуры  Планеты.

Действие парникового эффекта  аналогично действию стекла в оранжерее или парнике (от этого возникло название " парниковый эффект").

 Основными парниковыми газами, в порядке их оцениваемого воздействия на тепловой баланс Земли, являются водяной пар, углекислый газ, метан и озон.

Главный вклад в парниковый эффект земной атмосферы вносит водяной пар или влажность воздуха тропосферы, влияние других газов гораздо менее существенно по причине их малой концентрации.

Вместе с тем, концентрация водяного пара в тропосфере существенно зависит  от приповерхностной температуры: увеличение суммарной концентрации «парниковых» газов в атмосфере должно привести к усилению влажности и парникового  эффекта, который в свою очередь  приведет к увеличению приповерхностной температуры.

При понижении приповерхностной температуры  концентрация водяных паров падает, что ведет к уменьшению парникового  эффекта, и, одновременно с этим при  снижении температуры в приполярных  районах формируется снежно-ледяной  покров, ведущий к повышению альбедо  и, совместно, с уменьшением парникового  эффектом, вызывающим понижение средней  приповерхностной температуры.

Таким образом, климат на Земле может  переходить в стадии потепления и  похолодания в зависимости от изменения альбедо системы Земля - атмосфера и парникового эффекта.

1. ПАРНИКОВЫЕ ГАЗЫ

Рассмотрим, что происходит с телами в стеклянной оранжерее. Излучение  высокой энергии проникает в  оранжерею через стекло. Оно поглощается  телами внутри оранжереи. Затем они  сами испускают излучение более  низкой энергии, поглощаемое стеклом. Стекло посылает часть этой энергии  обратно, снабжая объекты внутри дополнительным теплом. Точно таким  же образом земная поверхность получает дополнительное тепло по мере того, как "парниковые" газы поглощают, а затем выделяют излучение более  низкой энергии.

Газы, вызывающие своей повышенной концентрацией парниковый эффект, называют парниковыми газами. В основном это  углекислый газ и водяной пар, но существуют и другие газы, поглощающие  энергию, исходящую от Земли. Например, хлорфторсодержащие углеводородные газы, например, фреоны или хладоны. Концентрация этих газов в атмосфере также  увеличивается.

2. ПРИРОДНЫЙ ГАЗ

Природный газ, используемый в энергетике, относится к невозобновляемым энергетическим ресурсам, в то же время это наиболее экологически чистый вид традиционного  энергетического топлива. Природный  газ на 98% состоит из метана,  
остальные 2% приходятся на этан, пропан, бутан и некоторые другие вещества. При сжигании газа единственным действительно опасным загрязнителем атмосферы является смесь оксидов азота.

На тепловых электростанциях и  в отопительных котельных, использующих, природный газ, выбросов углекислого  газа, способствующего парниковому  эффекту, вдвое меньше, чем на угольных энергетических установках, вырабатывающих тоже количество энергии.

Применение сжиженного и сжатого  природного газа на автомобильном транспорте дает возможность значительно снизить  загрязнение среды обитания и  улучшить качество воздуха в городах, то есть "затормозить" парниковый эффект. По сравнению с нефтью, природный газ не дает такого загрязнения среды в процессе добычи и транспортировки к месту потребления.

Запасы природного газа в мире достигают 70 триллионов кубических метров. При  сохранении нынешних объемов добычи их хватит более, чем на 100 лет. Газовые  месторождения встречаются как  отдельно, так и в соединении с  нефтью, водой, а также в твердом  состоянии (так называемые газогидратные  скопления). Большинство месторождений  природного газа располагаются в  труднодоступных и экологически ранимых районах Заполярной тундры.

Хотя природный газ и не вызывает парниковый эффект, его можно отнести  к "парниковым" газам, так как  при его использовании выделяется углекислый газ, способствующий парниковому  эффекту.

3. УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ

Углекислый газ - диоксид углерода, постоянно образуется в природе  при окислении органических веществ: гниении растительных и животных остатков, дыхании, сжигании топлива. Парниковый эффект происходит из-за нарушения  человеком круговорота углекислого  газа в природе. Промышленность сжигает  огромное количество топлива- нефти, угля, газа. Все эти вещества состоят  в основном из углерода и водорода. Поэтому их еще называют органическим, углеводородным топливом.

При горении, как известно, поглощается  кислород и выделяется углекислый газ. Вследствие этого процесса, каждый год человечество выбрасывает в  атмосферу 7 миллиардов тонн углекислого  газа! Даже представить трудно себе эту величину.

Одновременно с этим на Земле  вырубаются леса - один из самых главных  потребителей углекислого газа, причем, вырубаются со скоростью 12 гектаров в  минуту!!! Вот и получается, что  углекислого газа в атмосферу  поступает все больше и больше, а потребляется растениями все меньше и меньше. 
 Круговорот углекислого газа на Земле нарушается, поэтому в последние годы содержание углекислого газа в атмосфере хотя и медленно, но верно увеличивается. А чем его больше, тем сильнее парниковый эффект.

4. ХЛОРФТОРСОДЕРЖАЩИЕ ГАЗЫ

Галогены или хлорфторсодержащие газы широко применяются в химической промышленности. Фтор используют для  получения некоторых ценных вторпроизводных, например, смазочных веществ, выдерживающих  высокую температуру, пластмасс, стойких  к химическим реагентам (тефлон), жидкостей  для холодильных машин (фреонов или хладонов). Фреон выделяется также аэрозолями и холодильными машинами. Считается также, что фреон разрушает озоновый слой в атмосфере.  
Один из самых распространенных фреонов-дифтордихлорэтан (фреон-12) - газ, не ядовит, не реагирует с металлами, без цвета и запаха. Под давлением легко сжижается и превращается в жидкость с температурой кипения - 30градусов по Цельсию. Применяется в холодильных установках и как растворитель для образования аэрозолей. Хлор служит для приготовления многочисленных органических и неорганических соединений. Его применяют в производстве соляной кислоты, хлорной извести, гипохлоритов и хлоратов и др. Большое количество хлора используется для отбеливания тканей и целлюлозы, идущей на изготовление бумаги.

Хлор применяют также для  стерилизации питьевой воды и обеззараживание сточных вод. В цветной металлургии его используют для хлорирования руд, которое является одной из стадий получения некоторых металлов. Особенно большое значение приобрели за последнее время некоторые хлорорганические продукты. Например, хлорсодержащие органические растворители-дихлорэтан, четыреххлористый углерод, широко применяются для экстракции жиров и обезжиривание металлов. Некоторые хлорорганические продукты служат эффективными средствами борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур.       На основе хлорорганических продуктов изготовляют различные пластические массы, синтетические волокна, каучуки, заменители кожи(павинол). Так как хлорфторсодержащие газы широко используются в промышленности, их добыча непрерывно растет, а, значит, также растут и выбросы в атмосферу этих газов.

Хлорфторсодержащие газы - "парниковые газы", следовательно, из-за повышения  их концентрации в атмосфере процесс  парникового эффекта идет быстрее. Кроме того фреоны, относящиеся к  хлорфторсодержащим газам, разрушают  озоновый слой в атмосфере. Из этих газов делают ядохимикаты, которые  хотя и борятся с сельскохозяйственными вредителями, но и нарушают экологический баланс.

Содержание озона в стратосфере  также воздействует на климат. Поглощение озоном ультрафиолетовой радиации приводит к нагреванию определенных слоев  воздуха высоко в стратосфере. Эти  слои не позволяют газообразным примесям проникать в толщу стратосферы. Тепловая «шапка» - важный фактор формирования тропосферного воздуха, а следовательно  и климата Земли. По этому, любые  виды человеческой деятельности, приводящие к уменьшению среднего содержания озона  в стратосфере, могут иметь весьма серьезные отдаленные последствия  для климата, здоровья людей, состояния  всей живой природы.

5. МЕТАН

Следующими по вкладу в парниковый эффект являются метан СН4 и закись азота N2O. Концентрация того и другого  газа определяется как естественными, так и антропогенными причинами. Так, естественным источником СН4 являются переувлажненные почвы, в которых  происходят процессы анаэробного разложения. Человек добавил свои источники - рисовые плантации, добычу и транспортировку  природного газа, сжигание биомассы и  др. К естественным поставщикам N2O в  атмосферу относятся океан и  почвы. Антропогенная добавка связана  с сжиганием топлива и биомассы, вымыванием азотных удобрений. Есть предположение, что метан – основная причина потепления. В частности  доктор геолого-минералогических наук Н.А. Ясаманов, предполагают, что в нынешнем глобальном потеплении "повинен" в основном метан. Многие "климатические активисты" парниковый эффект и антропогенные выбросы CO2 в атмосферу считают синонимами. Между тем этот газ не поднимается в верхние слои атмосферы, а в нижнем успешно поглощается растительностью и почвенными организмами, растворяется в реках, озерах и морях. Большая часть CO2 тратится на постройку скелета водных организмов и усваивается фитопланктоном, а избыток аккумулируется в донных осадках. Метан же с земной поверхности быстро попадает на границу тропосферы и стратосферы. Мало того что он активно участвует в парниковом эффекте, на высоте 15-20 км под действием солнечных лучей он разлагается на водород и углерод, который, соединяясь с кислородом, образует СО2. Откуда же метан поступает в атмосферу? Он образуется в болотах при гниении органики. Недаром его еще называют болотным газом. В немалых количествах поставляют его и обширные мангровые заросли в тропиках. Попадает он в атмосферу и из тектонических разломов и трещин при землетрясениях. Велики и антропогенные выбросы метана. По оценкам, естественные и антропогенные выбросы составляют примерно 70 и 30%, но последние стремительно растут. В целом же неуклонный рост содержания в атмосфере метана, фиксируемый в последние десятилетия, заставляет усомниться в том, что климатические изменения вызваны лишь теми антропогенными факторами, которые так любят обсуждать быстро размножающиеся во все более теплом климате "энтузиасты Киото" (Киотское соглашение¹).

3. Последствия парникового эффекта

1. Если температура на  Земле будет продолжать повышаться, это окажет серьезнейшее воздействие  на мировой климат.

2. В тропиках будет  выпадать больше осадков, так  как дополнительное тепло повысит  содержание водяного пара в  воздухе.

3. В засушливых районах  дожди станут еще более редкими, и они превратятся в пустыни в результате чего людям и животным придется их покинуть.

4. Температура морей также  повысится, что приведет к затоплению  низинных областей побережья  и к увеличению числа сильных  штормов.

5. Повышение температуры  на Земле может вызвать поднятие  уровня моря так как:

а) вода, нагреваясь, становится менее плотной и расширяется, расширение морской воды приведет к общему повышению уровня моря;

б) повышение температуры  может растопить часть многолетних  льдов, покрывающих некоторые районы суши, например, Антарктиду или высокие  горные цепи.

Образовавшаяся вода в  конечном итоге стечет в моря, повысив  их уровень. Следует, однако, заметить, что таяние льда, плавающего в морях, не вызовет повышение уровня моря. Ледяной покров Арктики представляет собой огромный слой плавучего льда. Подобно Антарктиде, Арктика также  окружена множеством айсбергов.

Климатологи подсчитали, что  если растают гренландские и антарктические ледники, уровень Мирового океана повысится  на 70-80 м.

6. Сократятся жилые земли.

7. Нарушится водосолевой  баланс океанов.

8. Изменятся траектории  движения циклонов и антициклонов.

9. Если температура на  Земле повысится, многие животные  не смогут адаптироваться к  климатическим изменениям. Многие  растения погибнут от недостатка влаги и животным придется переселится в другие места в поисках пищи и воды. Если повышение температуры приведет к гибели многих растений, то вслед за ними вымрут и многие виды животных.

Кроме отрицательных последствий  глобального потепления, можно отметить несколько положительных. На первый взгляд более теплый климат представляется благом, так как могут уменьшится счета за отопление и увеличение продолжительности вегетационного сезона в средних и высоких широтах. Увеличение концентрации диоксида углерода может ускорить фотосинтез.

Однако, потенциальный выигрыш  в урожайности может быть уничтожен  ущербом от болезней, вызванных вредными насекомыми, поскольку повышение  температуры ускорит их размножение. Почвы в некоторых областях окажутся малопригодными для выращивания  основных культур. Глобальное потепление ускорило бы, вероятно, разложение органического  вещества в почвах, что привело  бы к дополнительному поступлению  в атмосферу диоксида углерода и  метана и ускорило парниковый эффект.

4.    Пути снижения воздействия парникового эффекта на состояние климата Земли

Главную меру по предупреждению глобального потепления можно сформулировать так: найти новый вид топлива  или поменять технологию использования  нынешних видов топлива. Это означает, что необходимо:

- уменьшить потребление  ископаемого топлива. Резко сократить  использование угля и нефти,  которые выделяют на 60 % больше  диоксида углерода на единицу  производимой энергии, чем любое  другое ископаемое топливо в  целом;

-    использовать вещества (фильтры, катализаторы) для удаления диоксида углерода из выброса дымовых труб углесжигающих электростанций и заводских топок, а также  автомобильных выхлопов;

-    повысить энергетический коэффициент полезного действия;

-    требовать, чтобы в новых домах использовались более эффективные системы отопления и охлаждения;

-    увеличить использование солнечной, ветровой и геотермальной энергии;

-    существенно замедлить вырубку и деградацию лесных массивов;

-    удалить с прибрежных территорий резервуары для хранения опасных веществ;

-    расширить площади существующих заповедников и парков;

- создать законы, обеспечивающие  предупреждение глобального потепления;

-    выявлять причины глобального потепления, наблюдать за ними и устранять их последствия.

Полностью уничтожить парниковый эффект нельзя. Полагают, что если бы не парниковый эффект, средняя температура  на земной поверхности составила  бы - 15 градусов по Цельсию.

Заключение

В данном реферате был рассмотрен вопрос о сущности «парникового эффекта» и его влиянии на климат Земли. В процессе написания работы были поставлены и достигнуты следующие  цели: раскрыто понятие «парникового эффекта», рассмотрены факторы, вызывающие «парниковый эффект» и его  последствия, влияющие на климат Земли, а также были найдены пути снижения воздействия «парникового эффекта» на состояние климата Земли.

В настоящее время обсуждаются  различные меры, которые могли  бы воспрепятствовать нарастающему  "антропогенному перегреву"  Земли. Существует предложение извлекать избыток  СО2 из воздуха, сжижать и нагнетать в глубоководные слои океана, используя его естественную циркуляцию. Другое предложение заключается в том, чтобы рассеивать в стратосфере мельчайшие капельки серной кислоты и уменьшать тем самым приход солнечной радиации на земную поверхность.

Огромные масштабы антропогенной  редукции биосферы уже сейчас дают основание считать, что решение  проблемы СО2 должно осуществляться путем "лечения" самой биосферы, т.е. восстановления почвенного и растительного  покрова с максимальными запасами органического вещества всюду, где  это возможно. Одновременно должен быть усилен поиск, направленный на замену ископаемого топлива другими  источниками энергии, в первую очередь  экологическими безвредными, не требующими расхода кислорода, шире использовать водную, ветровую энергию, а для дальнейшей перспективы - энергию реакцию вещества и антивещества.

Пути решения проблемы чистого воздуха вполне реальна. Первый - борьба с сокращением растительного  покрова Земли, планомерное увеличение в его составе специально подобранных  пород, очищающих воздух от вредных  примесей. В Институте биохимии растений экспериментально доказано, что многие растения способны усваивать из атмосферы  такие вредные для человека компоненты, как алканы и ароматические углеводороды, а также карбонильные соединения, кислоты, спирты, эфирные масла и другие.

Большое место в борьбе с загрязнением атмосферы принадлежит  орошению пустынь и организации  тут культурного земледелия, созданию мощных лесозащитных полос. Предстоит  провести огромную работу по уменьшению и полному прекращению выброса  в атмосферу дыма и других продуктов  сгорания. Все более неотложными  становятся поиски технологии для "беструбных" промышленных предприятий, работающих по замкнутой технологической схеме - с использованием всех отходов  производства.

Деятельность человека столь  грандиозна по размаху, что уже приобрела  глобальный природообразующий масштаб. До сих пор мы по преимуществу искали, как можно больше взять у природы. И поиск в этом направлении  будет продолжаться. Но наступает  пора столь же целеустремленно поработать и над тем, как отдать природе  то, что мы у нее забираем. Нет  сомнения, что гений человечества способен решить и эту грандиозную  задачу.                                 

Список литературы

 
1. Т.Миллер «Жизнь в окружающей среде».   т. 1. М.:«Просвещение»1980. 
2. Т.Миллер «Жизнь в окружающей среде».   т. 3. М.: «Просвещение»1980. 
3. Г.А. Кузнецов «Экология и будущее», М.: Издательство «Центр»,-1988.

4. Билявский Г.О. основы  общей экологии, К.: «Надія», 1995.

5. Для подготовки данной  работы были использованы материалы  с сайтов: http://www.megabook.ru, http://ru.wikipedia.org., http://elementy.ru, http://works.tarefer.ru.