Что вызывает парниковый эффект. Парниковый эффект в атмосфере: причины и последствия

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.

Говоря о парниковом эффекте, сразу представляется большая теплица, ласковые лучики солнца, проникающие сквозь стекло, ярко-зеленые грядки и достаточно высокая температура внутри, когда на улице еще правит зима. Да, это действительно так, наиболее наглядно этот процесс можно сравнить с тем, что происходит в парнике. Только в роли стекла представлены парниковые газы, которых много в атмосфере, они пропускают и удерживают тепло в нижних воздушных слоях, обеспечивая рост растений и жизнь людей. Сегодня, все чаще, парниковый эффект называют экологическим термином, ставшим катастрофой. Таким образом, природа взывает о помощи, а если ничего не предпринимать, у человечества останется всего 300 лет до неизбежного конца света. Важно понимать, что парниковый эффект на Земле был всегда, без него невозможно нормальное существование живых организмов и растений, да и комфортным климатом мы обязаны именно ему. Проблема в том, что пагубная деятельность человека приняла такие масштабы, которые уже не могут проходить без следа, затрагивая глобальные, необратимые изменения в экологии. А чтобы выжить, населению нашей Планеты нужна такая же глобальная солидарность в решении этого серьезного вопроса.

Сущность парникового эффекта, его причины и последствия

Жизнедеятельность человечества, сжигание миллионов тонн топлива, усиленное потребление энергии, увеличение автопарка, значительный рост количества отходов, объемов производств и так далее, ведет к усилению концентрации парниковых газов в земной атмосфере. Статистика показывает, что за последние двести лет в воздухе углекислого газа стало на 25% больше, за всю геологическую историю такого еще не было. Таким образом, над Землей образуется своеобразный газовый колпак, который задерживает обратное тепловое излучение, возвращая его обратно и приводя к климатическому дисбалансу. С ростом средней температуры у поверхности Земли, возрастает и количество осадков. Вспомните, что на стекле в оранжерее или парнике всегда выступает конденсат, в естественной природе это происходит аналогично. Точно вычислить все губительные последствия этого невозможно, но ясно одно, человек затеял опасную игру с природой, нужно срочно одуматься, чтобы предотвратить экологическую катастрофу.

К причинам, вызывающим обострение парникового эффекта в атмосфере, относят:
- хозяйственную деятельность, которая меняет газовый состав и вызывает запыленность нижних воздушных слоев Земли;
- сжигание углеродосодержащих видов топлива, уголь, нефть и газ;
- выхлопные газы автомобильных двигателей;
- функционирование теплоэлектростанций;
- сельское хозяйство, связанное с излишним гниением и переизбытком удобрений, значительным приростом поголовья скота;
- добычу природных ископаемых;
- выброс отходов быта и промышленных производств;
- вырубку лесов.

Удивительно, но факт, что воздух уже перестал быть возобновляемым природным ресурсом, каковым оставался до начала интенсивной человеческой деятельности.

Последствия парникового эффекта

Самым опасным последствием парникового эффекта считается глобальное потепление, которое ведет к нарушению теплового баланса на Планете в целом. Уже сегодня каждый из нас ощутил среднее увеличение температуры на себе, феноменальная жара в летние месяцы и внезапные оттепели в середине зимы, это пугающий феномен, как следствие глобального загрязнения атмосферы. А засухи, кислотные дожди, суховеи, смерчи, ураганы и другие стихийные катаклизмы, в наши дни стали страшной нормой жизни. Данные ученых свидетельствуют о далеко не утешающих прогнозах, каждый год температура возрастает почти на один градус, а то и больше. В связи с этим усиливаются тропические ливни, растут границы засушливых территорий и пустынь, начинается бурное таяние ледников, исчезают площади вечной мерзлоты и значительно сокращаются территории тайги. А это значит, что резко снизятся урожаи, обжитые площади затопятся водой, многие животные не смогут приспособиться к быстро меняющимся условиям, поднимется уровень Мирового океана и изменится общий водно-солевой баланс. Страшно, но нынешнее поколение может оказаться свидетелями самого быстрого потепления на Планете Земля. Но, как показывает мировая практика, для некоторых уголков глобальное потепление несет и положительный эффект, давая возможность развиваться сельскому хозяйству и скотоводству, эта ничтожная польза теряется на фоне массового отрицательного воздействия. Вокруг парникового эффекта бушуют дебаты, проводятся исследования и испытания, люди ищут пути снижения его губительного влияния.

Современные способы решения проблемы

Выход из сложившейся ситуации один: изыскать новый вид топлива, либо в корне поменять технологию использования существующих разновидностей топливных ресурсов. Уголь и нефть при сгорании выделяют на 60% больше диоксида углерода, активного парникового газа, чем любое другое топливо для производства единицы энергии.

Что нужно сделать, чтобы убежать от угрозы парникового эффекта:
- сократить потребление ископаемого топлива, особенно угля, нефти и природного газа;
- использовать специальные фильтры и катализаторы для удаления диоксида углерода из всех выбросов в атмосферу;
- повысить энергетический КПД теплоэлектростанций за счет использования скрытых экологичных резервов;
- увеличить использование альтернативных источников энергии, ветра, солнца и так далее;
- прекратить вырубку зеленых насаждений и наладить целенаправленное озеленение;
- остановить всеобщее загрязнение Планеты.

Сейчас идет активное обсуждение таких мер снижения антропогенного воздействия, как регулярное удаление углекислого газа из атмосферы, путем использования высокотехнологичных устройств, сжижать и нагнетать его в воды Мирового океана, тем самым приблизиться к естественной циркуляции. Пути решения проблемы есть, главное, взяться за это всем вместе, населению, правительству и подрастающему поколению, и провести огромную, но такую полезную, работу по очищению матушки-Земли. Пора прекратить потребительское отношение и начать вкладывать силы и время в свое будущее, светлую жизнь следующих поколений, пришло время отдавать природе то, что мы у нее регулярно забираем. Нет, сомнения, что гениальное и предприимчивое человечество справится и с этой, очень сложной и ответственной, задачей.

Механизм парникового эффекта можно описать следующим образом: поверхность Земли, нагреваясь из-за поступающего от Солнца излучения, сама становится источником длинноволнового инфракрасного (теплового) излучения. Часть этого излучения уходит в космос, а часть - отражается некоторыми газами атмосферы и нагревает приземные воздушные слои. Это явление, подобное удержанию тепла под прозрачной пленкой теплиц, получило название парниковый эффект.

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/см 2 . 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.

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 - H 2 O, CO 2 , CH 4 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.

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.

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.

КАТЕГОРИИ