Парниковый эффект причины и последствия пути решения. Парниковый эффект — причины и последствия

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.

Усугубившийся по ряду объективных причин парниковый эффект приобрел негативные последствия для экологии на планете. Узнайте подробнее о том, что такое парниковый эффект, каковы причины и пути решения возникших экологических проблем.

Парниковый эффект: причины и последствия

Первое упоминание о природе парникового эффекта появилось в 1827-м в статье ученого-физика Жана Батиста Жозефа Фурье. Его труды были основаны на опыте швейцарца Никола Теодора де Соссюра, который измерил температуру внутри сосуда с затемненным стеклом, когда его поставили под солнечный свет. Ученый выяснил, что температура внутри выше из-за того, что тепловая энергия не может пройти сквозь мутное стекло.

На примере этого опыта Фурье описал, что не вся солнечная энергия, достигающая поверхности Земли, отражается в космос. Парниковый газ удерживает в нижних слоях атмосферы часть тепловой энергии. Он состоит из:

углекислоты;
метана;
озона;
водяного пара.

Что такое парниковый эффект? Это увеличение температуры нижних атмосферных слоев из-за скопления тепловой энергии, которую удерживают парниковые газы. Атмосфера Земли (ее нижние слои) из-за газов получается достаточно плотной и не пропускает в космос тепловую энергию. В результате поверхность Земли нагревается.

По состоянию на 2005 год среднегодовая температура земной поверхности выросла на 0,74 градуса за последнее столетие. В ближайшие годы ожидается ее стремительное повышение по 0,2 градуса за каждое десятилетие. Это необратимый процесс глобального потепления. Если динамика сохранится, то через 300 лет произойдут непоправимые экологические изменения. Поэтому человечеству грозит вымирание.

Ученые называют такие причины возникновения глобального потепления, как:

масштабная промышленная деятельность человека. Она ведет к увеличению выброса газов в атмосферу, что изменяет ее состав и приводит к росту запыленности;

сжигание ископаемого топлива (нефти, угля, газа) на тепловых электростанциях, в двигателях автомобилей. В результате увеличиваются выбросы углекислоты. Кроме того, растет интенсивность энергопотребления - при увеличении населения земного шара на 2% в год потребность в энергии увеличивается на 5%;
бурное развитие сельского хозяйства. Результат - увеличение выбросов метана в атмосферу (чрезмерная выработка удобрений из органики в результате гниения, выбросы из биогазовых станций, увеличение количества биологических отходов при содержании скота/птицы);
увеличение количества свалок, из-за чего растут выбросы метана;
вырубка лесов. Она приводит к замедлению поглощения углекислого газа из атмосферы.

Последствия глобального потепления чудовищны для человечества и жизни на планете в целом. Итак, парниковый эффект и его последствия вызывают цепную реакцию. Убедитесь в этом сами:

1. Самая большая проблема заключается в том, что из-за повышения температуры на поверхности Земли начинают таять полярные льды, из-за чего повышается уровень моря.

2. Это приведет к затоплению плодородных земель в долинах.

3. Затопление крупных городов (Санкт-Петербург, Нью-Йорк) и целых стран (Нидерланды) приведет к социальным проблемам, связанным с необходимостью переселения людей. В итоге возможны конфликты и массовые беспорядки.

4. Из-за прогревания атмосферы период таяния снегов сокращается: они тают быстрее, а сезонные дожди быстрее заканчиваются. В результате увеличивается количество засушливых дней. По подсчетам специалистов, при повышении среднегодовой температуры на один градус около 200 млн га лесных массивов превратятся в степи.

5. Из-за уменьшения количества зеленых насаждений снизится переработка углекислого газа в результате фотосинтеза. Парниковый эффект усилится, и глобальное потепление ускорится.

6. Из-за нагревания поверхности Земли увеличится испарение воды, что усилит парниковый эффект.

7. Из-за повышения температуры воды и воздуха возникнет угроза для жизни ряда живых существ.

8. Из-за таяния ледников и роста уровня Мирового океана сдвинутся сезонные границы, участятся климатические аномалии (штормы, ураганы, цунами).

9. Рост температуры на поверхности Земли негативно скажется на здоровье людей, а кроме того, спровоцирует развитие эпидемиологических ситуаций, связанных с развитием опасных инфекционных заболеваний.

Парниковый эффект: пути решения проблемы

Глобальные проблемы экологии, связанные с парниковым эффектом, можно предотвратить. Для этого человечество должно согласованно устранить причины возникновения глобального потепления.

Что следует предпринять в первую очередь:

Уменьшить количество выбросов в атмосферу. Этого можно добиться, если повсеместно ввести в эксплуатацию более экологичное оборудование и механизмы, установить фильтры и катализаторы; внедрить «зеленые» технологии и процессы.
Снизить энергопотребление. Для этого потребуется перейти на выпуск менее энергоемкой продукции; увеличить КПД на электростанциях; задействовать программы термомодернизации жилья, внедрить технологии, повышающие энергоэффективность.
Изменить структуру источников энергии. Увеличить в общем объеме вырабатываемой энергии долю полученной из альтернативных источников (солнце, ветер, вода, температура грунта). Сократить использование ископаемых энергетических источников.
Развивать экологически чистые и низкоуглеродные технологии в сельском хозяйстве и промышленности.
Увеличить использование ресурсов вторичной переработки сырья.
Восстановить леса, эффективно бороться с лесными пожарами, увеличивать площади зеленых насаждений.

Пути решения проблем, возникших из-за парникового эффекта, известны каждому. Человечеству необходимо осознать, к чему приводят его непоследовательные действия, оценить масштаб надвигающейся катастрофы и принять участие в спасении планеты!

В последние десятилетие словосочетание «парниковый эффект» практически не сходит ни с экранов телевидения, ни со страниц газет. Учебные программы сразу по нескольким дисциплинам предусматривают его тщательное изучение, причем практически всегда указывается его негативное значение для климата нашей планеты. Однако это явление на самом деле намного более многогранно, чем это преподносится обывателю.

Без парникового эффекта жизнь на нашей планете была бы под вопросом

Можно начать с того, что парниковый эффект на нашей планете существовал на протяжении всей ее истории. Такое явление просто-напросто неизбежно для тех небесных тел, у которых, как и у Земли, присутствует устойчивая атмосфера. Без него, например, Мировой океан давно бы замерз, а высшие формы жизни вообще не появились бы. Ученые уже давно научно доказали, что если бы в нашей атмосфере отсутствовал углекислый газ, наличие которого является необходимой оставляющей процесса возникновения парникового эффекта, то температура на планете колебалась бы в пределах -20 0 С, так что речь о возникновении жизни вообще бы не шла.

Причины и сущность парникового эффекта

Отвечая на вопрос: "Что такое парниковый эффект?", в первую очередь следует отметить, что свое название данное физическое явление получило по аналогии с теми процессами, которые происходят в теплице у садоводов. Внутри нее, независимо от времени года, всегда на несколько градусов теплее, чем в окружающем пространстве. Все дело в том, что растения поглощают видимые солнечные лучи, которые абсолютно свободно проходят и через стекло, и через полиэтилен, и вообще практически через любое препятствие. После этого сами растения также начинают излучать энергию, однако уже в инфракрасном диапазоне, лучи которого уже не могут свободно преодолевать то же стекло, поэтому возникает парниковый эффект. Причины этого явления, таким образом, лежат именно в дисбалансе между спектром видимых солнечных лучей и теми излучениями, которые отдают во внешнюю среду растения и другие предметы.

Физическая основа парникового эффекта

Что касается нашей планеты в целом, то парниковый эффект здесь возникает из-за наличия устойчивой атмосферы. Чтобы поддерживать свой температурный баланс, Земля должна отдавать столько же энергии, сколько она получает от Солнца. Однако наличие в атмосфере углекислого газа и воды, которые поглощают инфракрасные лучи, выполняя, таким образом, роль стекла в теплице, вызывает образование так называемых парниковых газов, часть из которых возвращается обратно к Земле. Эти газы создают "эффект одеяла", повышая температуру у поверхности планеты.

Парниковый эффект на Венере

Из вышесказанного можно сделать вывод, что парниковый эффект характерен не только для Земли, но и для всех планет и других небесных тел, обладающих устойчивой атмосферой. И действительно, проведенные учеными исследования показали, что, например, у поверхности Венеры данное явление имеет гораздо более выраженный характер, что связано, в первую очередь, с тем, что ее воздушная оболочка практически на сто процентов состоит из углекислого газа.

Парниковый эффект — это явление в атмосферных слоях нашей планеты, которые на прямую влияет на климатические условия Земли. Он характеризуется повышением температуры в нижних атмосферных слоях нашей Земли в сравнении с температурой теплового излучения нашей планеты, которую можно наблюдать их самого космоса. Парниковый эффект считается одной из глобальных проблем экологии. Из-за него, тепло, что излучается солнцем задерживается в виде оранжерейных газов у поверхности Земли и это может привести к глобальному потеплению.

Парниковый эффект или по простому — тепличный эффект, заключается в проникновении коротковолновых излучений Солнца до поверхности Земли, и всему способствует углекислый газ. Из-за этого тепловое длинноволновое излучение Земли задерживается. Через эти действия, осуществляется длительный нагрев нашей атмосферы.

Суть парникового эффекта можно рассматривать как большое повышение глобальной температуры нашей Земли, которое вероятнее всего произойдет из-за значительных изменений теплового баланса. Такой процесс может обусловить появление в нашей атмосфере парниковых газов, что очень вредно для организма.

Самой явной причиной появления парникового эффекта , является попадание промышленных газов в атмосферу. Данный эффект случается в большей степени из-за вмешательства человека: частые лесные пожары, автомобильные выбросы, сжигание топлива, работа предприятий — это все явные причины потепления климата. Нельзя рубить деревья, выведение лесов это самая явная причина появления тепличного эффекта, так как именно деревья поглощают в большем количестве углекислый газ.

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.