Главная→Расчет→Что такое парниковый эффект и в чём его суть? Парниковый эффект и современные способы решения проблемы

Что такое парниковый эффект и в чём его суть? Парниковый эффект и современные способы решения 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.

Введение

1. Парниковый эффект: исторические сведения и причины

1.1. Исторические сведении

1.2. Причины

2. Парниковый эффект: механизм образования, усиление

2.1. Механизм парникового эффекта и его роль в биосферных

процессах

2.2. Усиление парникового эффекта в индустриальную эпоху

3. Последствия усиления парникового эффекта

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Основным источником энергии, поддерживающим жизнь на Земле, является солнечная радиация - электромагнитное излучение Солнца, проникающее в земную атмосферу. Солнечная энергия поддерживает также и все атмосферные процессы, которые определяют смену сезонов: весна-лето-осень-зима, а также изменения погодных условий.

Около половины солнечной энергии приходится на видимую часть спектра, которую мы воспринимаем как солнечный свет. Эта радиация достаточно свободно проходит через земную атмосферу и поглощается поверхностью суши и океанов, нагревая их. Но ведь солнечная радиация поступает на Землю ежедневно в течение многих тысячелетий, почему же в таком случае Земля не перегревается и не превращается в маленькое Солнце?

Дело в том, что и земля, и водная поверхность, и атмосфера в свою очередь тоже испускают энергию, только уже в несколько иной форме - как невидимое инфракрасное, или тепловое, излучение.

В среднем же достаточно длительное время в космическое пространство уходит ровно столько энергии в виде инфракрасного излучения, сколько ее поступает в виде солнечного света. Таким образом, устанавливается тепловое равновесие нашей планеты. Весь вопрос в том, при какой температуре установится это равновесие. Если бы атмосферы не было, средняя температура Земли составляла бы -23 градуса. Защитное действие атмосферы, поглощающей часть инфракрасного излучения земной поверхности, приводит к тому, что в действительности эта температура составляет +15 градусов. Повышение температуры - суть следствие парникового эффекта в атмосфере, который усиливается с увеличением количества углекислого газа и водяного пара в атмосфере. Эти газы лучше всего поглощают инфракрасную радиацию.

В последние десятилетия в атмосфере все больше и больше увеличивается концентрация углекислого газа. Это происходит оттого; что с каждым годом увеличиваются объемы сжигания ископаемого топлива и древесины. Вследствие этого средняя температура воздуха у поверхности Земли повышается примерно на 0,5 градуса за столетие. Если нынешние темпы сжигания топлива, а значит, и повышение концентрации парниковых газов сохранятся и в дальнейшем, то, по некоторым прогнозам, в следующем столетии ожидается еще большее потепление климата.

1. Парниковый эффект: исторические сведения и причины

1.1. 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.

1.2. Причины

Суть парникового эффекта состоит в следующем: Земля получает энергию от Солнца, в основном, в видимой части спектра, а сама излучает в космическое пространство, главным образом, инфракрасные лучи.

Однако многие содержащиеся в ее атмосфере газы - водяной пар, СО2, метан, закись азота и т. д. - прозрачны для видимых лучей, но активно поглощают инфракрасные, удерживая тем самым в атмосфере часть тепла.

В последние десятилетия содержание парниковых газов в атмосфере очень сильно выросло. Появились и новые, ранее не существовавшие вещества с "парниковым" спектром поглощения - прежде всего фторуглеводороды.

Газы, вызывающие парниковый эффект, - это не только диоксид углерода (CO2). К ним также относятся метан (CH4), закись азота (N2O), гидрофторуглероды (ГФУ), перфторуглероды (ПФУ), гексафторид серы (SF6). Однако именно сжигание углеводородного топлива, сопровождающееся выделением CO2, считается основной причиной загрязнения.

Причина быстрого роста количества парниковых газов очевидна, - человечество сейчас сжигает за день столько ископаемого топлива, сколько его образовывалось за тысячи лет в период образования месторождений нефти, угля и газа. От этого «толчка» климатическая система вышла из «равновесия» и мы видим большее число вторичных негативных явлений: особо жарких дней, засух, наводнений, резких скачков погоды, причем именно это и наносит наибольший урон.

Согласно прогнозам исследователей, если ничего не предпринимать, мировые выбросы CO2 в течение ближайших 125 лет вырастут вчетверо. Но нельзя забывать и о том, что значительная часть будущих источников загрязнения еще не построена. За последние сто лет температура в северном полушарии увеличилась на 0,6 градуса. Прогнозируемый рост температуры в следующем столетии составит от 1,5 до 5,8 градусов. Наиболее вероятный вариант - 2,5-3 градуса.

Однако изменения климата - это не только повышение температуры. Изменения касаются и других климатических явлений. Не только сильная жара, но и сильные внезапные заморозки, наводнения, сели, смерчи, ураганы объясняют эффектами глобального потепления. Климатическая система слишком сложна, чтобы ожидать от нее равномерного и одинакового изменения во всех точках планеты. И главную опасность ученые видят сегодня именно в росте отклонения от средних значений - значительных и частых колебаний температуры.

2. Парниковый эффект: механизм, усиление

2.1 Механизм парникового эффекта и его роль в биосферных процессах

Основным источником жизни и всех природных процессов на Земле является лучистая энергия Солнца. Энергия солнечной радиации всех длин волн, поступающая на нашу планету в единицу времени на единицу площади, перпендикулярной солнечным лучам, называется солнечной постоянной и составляет 1,4 кДж/см2. Это лишь одна двухмиллиардная доля энергии, излучаемой поверхностью Солнца. Из общего количества солнечной энергии, поступающей на Землю, атмосфера поглощает -20%. Примерно 34% энергии, проникающей в глубь атмосферы и доходящей до поверхности Земли, отражается облаками атмосферы, аэрозолями, в ней находящимися, и самой поверхностью Земли. Таким образом, до земной поверхности доходит -46% солнечной энергии и поглощается ею. В свою очередь поверхность суши и воды излучает длинноволновую инфракрасную (тепловую) радиацию, которая частично уходит в космос, а частично остается в атмосфере, задерживаясь входящими в ее состав газами и нагревая приземные слои воздуха. Эта изоляция Земли от космического пространства создала благоприятные условия для развития живых организмов.

Природа парникового эффекта атмосфер обусловлена их различной прозрачностью в видимом и дальнем инфракрасном диапазонах. На диапазон длин волн 400-1500 нм (видимый свет и ближний инфракрасный диапазон) приходится 75 % энергии солнечного излучения, большинство газов не поглощают в этом диапазоне; рэлеевское рассеяние в газах и рассеяние на атмосферных аэрозолях не препятствуют проникновению излучения этих длин волн в глубины атмосфер и достижению поверхности планет. Солнечный свет поглощается поверхностью планеты и её атмосферой (особенно излучение в ближней УФ- и ИК-областях) и разогревает их. Нагретая поверхность планеты и атмосфера излучают в дальнем инфракрасном диапазоне: так, в случае Земли () 75 % теплового излучения приходится на диапазон 7,8-28 мкм, для Венеры - 3,3-12 мкм.

Атмосфера, содержащая газы, поглощающие в этой области спектра (т. н. парниковые газы - H2O, CO2, CH4 и пр., существенно непрозрачна для такого излучения, направленного от её поверхности в космическое пространство, то есть имеет в ИК-диапазоне большую оптическую толщину. Вследствие такой непрозрачности атмосфера становится хорошим теплоизолятором, что, в свою очередь, приводит к тому, что переизлучение поглощённой солнечной энергии в космическое пространство происходит в верхних холодных слоях атмосферы. В результате эффективная температура Земли как излучателя оказывается более низкой, чем температура её поверхности.

Таким образом задерживаемое идущее от земной поверхности тепловое излучение (подобно пленке над парником), получило образное название парниковый эффект. Газы, задерживающие тепловое излучение и препятствующие оттоку тепла в космическое пространство, называют парниковыми газами. Благодаря парниковому эффекту среднегодовая температура у поверхности Земли в последнее тысячелетие составляет примерно 15°С. Без парникового эффекта эта температура опустилась бы до -18°С и существование жизни на Земле стало бы невозможным. Основным парниковым газом атмосферы является водяной пар, задерживающий 60% теплового излучения Земли. Содержание водяного пара в атмосфере определяется планетарным круговоротом воды и (при сильных широтных и высотных колебаниях) практически постоянно. Примерно 40% теплового излучения Земли задерживается другими парниковыми газами, в том числе более 20% -углекислым газом. Основные природные источники СО2 в атмосфере - извержения вулканов и естественные лесные пожары. На заре геобиохимической эволюции Земли углекислый газ поступал в Мировой океан через подводные вулканы, насыщал его и выделялся в атмосферу. До сих пор нет точных оценок количества СО2 в атмосфере на ранних этапах ее развития. По результатам анализа базальтовых пород подводных хребтов в Тихом и Атлантическом океанах американский геохимик Д.Марэ сделал вывод, что содержание СО2 в атмосфере в первый миллиард лет ее существования было в тысячу раз больше, чем в настоящее время, - около 39%. Тогда температура воздуха в приземном слое достигала почти 100°С, а температура воды в Мировом океане приближалась к точке кипения ("сверхпарниковый" эффект). С появлением фотосинтезируюших организмов и химических процессов связывания углекислого газа стал действовать мощный механизм изъятия СО2 из атмосферы и океана в осадочные породы. Парниковый эффект стал постепенно уменьшаться, пока не наступило то равновесие в биосфере, которое имело место до начала эпохи индустриализации и которому соответствует минимальное содержание углекислого газа в атмосфере - 0,03%. В отсутствие антропогенных выбросов углеродный цикл наземной и водной биоты, гидросферы, литосферы и атмосферы находился в равновесии. Поступление в атмосферу диоксида углерода за счет вулканической деятельности оценивается в 175 млн т в год. Осаждение в виде карбонатов связывает около 100 млн т. Велик океанический резерв углерода - он в 80 раз превышает атмосферный. Втрое больше, чем в атмосфере, углерода концентрируется в биоте, причем с увеличением СО2 возрастает продуктивность наземной растительности.

Если не остановить его нарастание, равновесие на Земле может нарушиться. Изменится климат, придёт голод и болезни. Учёные разрабатывают разные меры борьбы с проблемой, которая должна стать глобальной.

Суть

Что такое парниковый эффект? Так называют повышение температуры поверхности планеты благодаря тому, что газы в атмосфере имеют свойство удерживать тепло. Земля нагревается излучением Солнца. Видимые короткие волны от источника света беспрепятственно проникают к поверхности нашей планеты. Нагреваясь, Земля начинает излучать длинные тепловые волны. Частично они проникают сквозь слои атмосферы и «уходят» в космос. снижают пропускную способность, отражают длинные волны. Тепло остаётся у поверхности Земли. Чем больше концентрация газов, тем выше парниковый эффект.

Впервые явление было описано Жозефом Фурье ещё в начале 19 века. Он предположил, что процессы, происходящие в земной атмосфере, аналогичны тому, что существует под стеклом.

Парниковые газы – это пар (от воды), диоксид углерода (углекислота), метан, озон. Основное участие в формировании парникового эффекта принимает первый (до 72%). Следующий по значимости – углекислый газ (9-26%), доля метана и озона 4-9 и 3-7% соответственно.

В последнее время часто можно услышать про парниковый эффект как серьёзную экологическую проблему . Но у этого явления есть и положительная сторона. Благодаря тому, что парниковый эффект существует, средняя температура нашей планеты примерно 15 градусов выше нуля. Без него жизнь на Земле была бы невозможна. Температура могла быть только «минус» 18.

Причина появления эффекта – активная деятельность множества вулканов на планете миллионы лет назад. При этом в атмосфере значительно повысилось содержание пара воды, углекислого газа. Концентрация последнего достигла такого значения, что возник сверхсильный парниковый эффект. Вследствие этого практически вскипела вода Мирового океана, настолько высока стала её температура.

Появление растительности повсеместно на поверхности Земли вызвало достаточно быстрое поглощение диоксида углерода. Накопление тепла снизилось. Установилось равновесие. Среднегодовая температура на поверхности планеты оказалась на уровне, близком к настоящему.

Причины

Усилению явления способствуют:

Развитие промышленности – главная причина того, что углекислота и другие газы, усиливающие парниковый эффект, активно выбрасываются и накапливаются в атмосфере. Результат деятельности человека на Земле – рост среднегодовой температуры. За столетие она поднялась на 0,74 градуса. Учёные прогнозируют, что в дальнейшем этот рост может составить 0,2 градуса за каждые 10 лет. То есть, интенсивность потепления увеличивается.
– причина роста концентрации СО2 в атмосфере. Этот газ поглощается растительностью. Массовое освоение новых земель, сопряжённое с вырубкой лесов, ускоряет темп накопления углекислоты, и одновременно изменяет условия обитания животных, растений, ведёт к вымиранию их видов.
Сжигание топлива (твёрдого и нефти), отходов ведёт к выбросу углекислоты. Отопление, производство электроэнергии, транспорт – основные источники этого газа.
Рост энергопотребления – признак и условие технического прогресса. Численность населения планеты увеличивается примерно на 2% в год. Рост энергопотребления – 5%. Интенсивность ежегодно увеличивается, человечеству нужно всё больше энергии.
Рост числа свалок ведёт к увеличению концентрации метана. Другой источник газа – деятельность животноводческих комплексов.

Угрозы

Последствия парникового эффекта могут быть губительны для человека:

Тают полярные льды, а это причина повышению уровня моря. В результате прибрежные плодородные земли оказываются под водой. Если затопление будет происходить высокими темпами, возникнет серьёзная угроза сельскому хозяйству. Гибнут посевы, сокращается площадь пастбищ, исчезают источники пресной воды. Прежде всего, пострадают малообеспеченные слои населения, жизнь которых зависит от урожая, роста домашних животных.
Многие прибрежные города, в том числе и высокоразвитые, в будущем могут оказаться под водой. Например, Нью-Йорк, Санкт-Петербург. Или целые страны. Например, Голландия. Такие явления вызовут необходимость массового перемещения поселений людей. Учёные предполагают, что через 15 лет уровень океана может подняться на 0,1-0,3 метра, а к концу 21 века – на 0,3-1 метр. Чтобы под водой оказались вышеназванные города, уровень должен подняться примерно на 5 метров.
Рост температуры воздуха ведёт к тому, что внутри континентов сокращается период лежания снега. Таять он начинает раньше, как и быстрее заканчивается сезон дождей. В результате почвы оказываются пересушенными, непригодными для выращивания сельскохозяйственных культур. Недостаток влаги – причина опустынивания земель. Специалисты утверждают, что рост средней температуры на 1 градус через 10 лет приведёт к сокращению лесных территорий на 100-200 миллионов гектаров. Эти земли станут степями.
Океан покрывает 71% площади поверхности нашей планеты. С ростом температуры воздуха нагревается и вода. Значительно увеличивается испарение. А это одна из основных причин усиления парникового эффекта.
При повышении уровня воды в мировом океане, температуры появляется угроза биоразнообразию, может исчезнуть множество видов живой природы. Причина – изменения в среде их обитания. Не каждый вид может успешно приспособиться новым условиям. Следствие исчезновения некоторых растений, животных, птиц, других живых существ – нарушение цепей питания, равновесия экосистем.
Рост уровня воды вызывает изменения климата. Сдвигаются границы сезонов, увеличивается количество и интенсивность штормов, ураганов, осадков. Стабильность климата – основное условие существования на Земле жизни. Остановить парниковый эффект – значит сохранить человеческую цивилизацию на планете.
Высокая температура воздуха может негативно сказаться на здоровье людей. При таких условиях обостряются сердечно-сосудистые заболевания, страдают органы дыхания. Тепловые аномалии приводят к увеличению числа травм, некоторых психологических расстройств. Рост температуры влечёт за собой более быстрое распространение многих опасных заболеваний, например, малярии, энцефалита.

Что делать?

Сегодня проблема парникового эффекта – глобальный вопрос экологии. Специалисты считают, что решить проблему поможет повсеместное принятие следующих мер:

Изменения в использовании источников энергии. Сокращение доли и количества ископаемых (содержащих углерод торфа, угля), нефти. Переход на природный газ значительно уменьшит выделение СО2.Увеличение доли альтернативных источников (солнца, ветра, воды) снизит выбросы, ведь эти способы позволяют получать энергию без вреда для экологии. При их использовании газы не выделяются.
Изменение политики в сфере энергетики. Увеличение коэффициента полезного действия на электростанциях. Снижение энергоёмкости выпускаемых продуктов на предприятиях.
Внедрение технологий энергосбережения. Даже обычное утепление фасадов домов, оконных проёмов, теплоцентралей даёт существенный результат – экономию топлива, а, значит, меньший объём выбросов. Решение вопроса на уровне предприятий, производств, государств влечёт за собой глобальное улучшение ситуации. Каждый человек может внести свой вклад в решение проблемы: экономия электроэнергии, правильная утилизация мусора, утепление собственного жилища.
Развитие технологий, направленных на получение продуктов новыми, экологически чистыми способами.
Использование вторичных ресурсов – одна из мер по сокращению отходов, числа и объёма свалок.
Восстановление лесов, борьба с пожарами в них, увеличение площади как способ уменьшения концентрации углекислоты в атмосфере.

Борьба с выбросом парниковых газов сегодня ведётся на международном уровне. Проводятся мировые саммиты, посвящённые этой проблеме, создаются документы, направленные на организацию глобального решения вопроса. Многие учёные мира занимаются поиском способов уменьшения парникового эффекта, сохранения баланса и жизни на Земле.

Понятие «парниковый эффект» хорошо известно всем садоводам и огородникам. Внутри парника температура воздуха выше, чем на открытом воздухе, что дает возможность выращивать овощи и фрукты даже в холодное время года.

Похожие явления происходят и в атмосфере нашей планеты, однако имеют более глобальные масштабы. Что же такое парниковый эффект на Земле и какие последствия может иметь его усиление?

Что такое парниковый эффект?

Парниковый эффект – это рост среднегодовой температуры воздуха на планете, происходящий за счет смены оптических свойств атмосферы. Легче понять суть этого явления можно на примере обычного парника, который имеется на любом приусадебном участке.

Представьте себе, что атмосфера – это стеклянные стены и крыша теплицы. Как и стекло, она с легкостью пропускает сквозь себя солнечные лучи и задерживает излучение тепла от земли, не давая ему уходить в космос. В результате тепло остается над поверхностью и нагревает приземные слои атмосферы.

Почему возникает парниковый эффект?

Причина появления парникового эффекта заключается в разнице между излучениями, и земной поверхности. Солнце с его температурой 5778 °С дает преимущественно видимый свет, весьма чувствительный для наших глаз. Поскольку воздух способен пропускать этот свет, солнечные лучи с легкостью проходят сквозь него и нагревают земную оболочку. Предметы и объекты у поверхности имеют среднюю температуру около +14…+15 °С, поэтому излучают энергию в инфракрасном диапазоне, не способную проходить через атмосферу в полном объеме.

Впервые подобный эффект был смоделирован физиком Филиппом де Соссюром, который выставил на солнце накрытый стеклянной крышкой сосуд, а после измерил разницу температур внутри него и снаружи. Внутри воздух оказался теплее, будто сосуд получил извне солнечную энергию. В 1827 году физик Жозеф Фурье высказал предположение, что такой эффект может происходить и с атмосферой Земли, оказывая влияние на климат.

Именно он сделал вывод, что температура в «парнике» повышается за счет различной прозрачности стекла в инфракрасном и видимом диапазоне, а также благодаря предотвращению стеклом оттока теплого воздуха.

Как парниковый эффект влияет на климат планеты?

При неизменных потоках солнечной радиации климатические условия и среднегодовая температура на нашей планете зависят от ее теплового баланса, а также от химического состава и температуры воздуха. Чем выше уровень парниковых газов у поверхности (озона, метана, диоксида углерода, водяного пара), тем выше вероятность усиления парникового эффекта и, соответственно, глобального потепления. В свою очередь уменьшение концентрации газов ведет к снижению температуры и появлению ледяного покрова в полярных районах.

Благодаря отражательной способности земной поверхности (альбедо) климат на нашей планете не раз переходил от стадии потепления к стадии похолодания, поэтому сам по себе парниковый эффект особой проблемы не представляет. Однако в последние годы в результате загрязнения атмосферы выхлопными газами, выбросами ТЭЦ и различных заводов на Земле наблюдается увеличение концентрации углекислого газа, что может привести к глобальному потеплению и негативным последствиям для всего человечества.

Какие последствия парникового эффекта?

Если за последние 500 тысяч лет концентрация диоксида углерода на планете никогда не превышала 300 промилле, то в 2004 году этот показатель составил 379 промилле. Чем грозит это нашей Земле? Прежде всего, ростом окружающей температуры и катаклизмами глобальных масштабов.

Таяние ледников может значительно повысить уровень мирового океана и вызвать тем самым затопление прибрежных районов. Считается, что через 50 лет после усиления парникового эффекта на географической карте может не остаться большинства островов, все морские курорты на материках исчезнут под толщей океанской воды.

Потепление на полюсах способно изменить распределение осадков по всей территории земли: в одних районах их число увеличится, в других уменьшится и приведет к засухе и опустыниванию. Негативным последствием роста концентрации парниковых газов выступает также разрушение ими озонового слоя, что уменьшит защиту поверхности планеты от ультрафиолетовых лучей и приведет к разрушению ДНК и молекул в человеческом организме.

Расширение озоновых дыр к тому же чревато потерей многих микроорганизмов, в частности, морского фитопланктона, что может оказать существенное влияние на животных, которые им питаются.

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.