В чем заключается парниковый эффект. История исследования парникового эффекта
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
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.
Современная цивилизация оказывает на природу сильное влияние. Как правило, негативное. осушение болот и постоянный выброс в атмосферный воздух огромного количества вреднейших веществ - вот далеко не полный перечень «добродетелей» человечества. Многие считают, что к этой же категории принадлежит и парниковый эффект. Так ли все на самом деле?
Историческая справка
Кстати, а кем был автор парникового эффекта (то есть тем, кто открыл данное явление)? Кто впервые описал указанный процесс и рассказал о его влиянии на окружающую среду? Подобная идея появилась в далеком 1827 году. Автором научной статьи был Жозеф Фурье. В своем труде он описывал механизмы формирования климата на нашей планете.
Необычность этой работы для того времени была в том, что Фурье рассматривал температурно-климатические особенности разных поясов Земли. Вот кем был автор парникового эффекта, который впервые смог дать объяснение опыту Соссюра.
Эксперимент Соссюра
Чтобы убедиться в своих выводах, ученый использовал опыт М. де Соссюра, в котором используется сосуд, покрытый изнутри сажей, горловина которого закрыта стеклом. Де Соссюр ставил эксперимент, при проведении которого постоянно замерял температуру внутри и снаружи банки. Разумеется, она непрестанно повышалась именно во внутреннем объеме. Фурье впервые смог объяснить это явление совместным действием сразу двух факторов: блокированием теплообмена и различной проницаемостью стенок сосуда для световых лучей с разной длиной волны.
Механизм его довольно прост: при нагревании температура поверхности увеличивается, поглощается видимый свет, начинает излучаться тепло. Так как материал прекрасно пропускает видимый свет, но практически не проводит тепло, последнее аккумулируется во внутреннем объеме сосуда. Как видите, механизм парникового эффекта легко может быть обоснован каждым человеком, который изучал стандартный курс физики в школе. Явление достаточно простое, но сколько же бед оно приносит нашей планете!
Возникновение термина
Стоит знать, что Жозеф Фурье - автор парникового эффекта в плане его первоначального описания в литературе. Но кто придумал сам термин? Увы, на этот вопрос ответа мы уже наверняка не получим. В поздней литературе феномен, который был открыт Фурье, получил свое современное название. Сегодня каждый эколог знает термин «парниковый эффект».
Но главным открытием Фурье стало обоснование фактической идентичности атмосферы Земли и обыкновенного стекла. Проще говоря, атмосфера нашей планеты отлично проницаема для видимого светового излучения, но она плохо пропускает его в инфракрасном диапазоне. Накопив тепло, Земля практически не отдает его. Вот кем был автор парникового эффекта. Но почему возникает данный эффект?
Да, мы описали примитивный механизм его появления, но современная наука смогла доказать, что в обычных условиях ИК-лучи все же вполне свободно могут выходить за пределы планетарной атмосферы. Как же так получается, что природные механизмы регулировки «отопительного сезона» дают сбой?
Причины
В общем-то, мы достаточно подробно описали их еще в самом начале нашей статьи. Возникновению этого явления способствуют следующие факторы:
- Постоянное и неумеренное сжигание ископаемого топлива.
- В атмосферу планеты с каждым годом поступают все большие объемы промышленных газов.
- Леса постоянно вырубаются, их площади сокращаются из-за пожаров и деградации почвенного слоя.
- Анаэробное брожение, выброс метана со дна океанов.
Следует знать, что основными «виновниками», которые и запускают механизм парникового эффекта, являются пять следующих газов:
- Двухвалентный оксид углерода, он же углекислый газ. Парниковый эффект на 50% обеспечивается именно за его счет.
- Углеродные соединения хлора и фтора (25%).
- (8%). Токсичный газ, типичный отход плохо оснащенных химических и металлургических производств.
- Приземный озон (7%). Несмотря на свою важнейшую роль в защите Земли от избыточного ультрафиолетового излучения, может способствовать задержанию тепла на ее поверхности.
- Приблизительно 10% метана.
Откуда эти газы попадают в атмосферу? Каково их действие?
- Именно он в больших объемах попадает в атмосферу, когда человек сжигает ископаемое топливо. Приблизительно треть от его избыточного (выше природного) уровня обусловлена тем, что человек интенсивно уничтожает леса. Ту же функцию выполняет и постоянно ускоряющийся процесс опустынивания плодородных земель.
Все это означает уменьшение количества растительности, способной эффективно поглощать углекислый газ, который во многих отношениях стимулирует парниковый эффект. Причины и последствия этого явления взаимосвязаны: с каждым годом объем выбрасываемого в атмосферу двухвалентного оксида углерода вырастает приблизительно на 0,5%, что стимулирует как дальнейшее накопление избыточного тепла, так и процессы деградации растительного покрова на поверхности планеты.
- Хлорфторуглероды. Как мы уже говорили, данные соединения на 25% обеспечивают парниковый эффект. Причины и последствия этого явления изучены уже достаточно давно. В атмосфере они появляются из-за промышленного производства, особенно устаревшего. Опасные и токсичные хладагенты содержат эти вещества в огромном количестве, а меры по предотвращению их утечек явно не дают ожидаемого результата. Последствия их появления еще страшнее:
- Во-первых, они крайне ядовиты для человека и животных, да и для флоры соседство с соединениями фтора и хлора не слишком полезно.
- Во-вторых, данные вещества могут значительно ускорять развитие парникового эффекта.
- В-третьих, они разрушают который защищает нашу планету от агрессивного ультрафиолетового излучения.
- Метан. Один из наиболее важных газов, повышенное содержание которого в атмосфере подразумевает термин «парниковый эффект». Нужно знать, что всего за сто последних лет его объем в атмосфере планеты увеличился в два раза. В принципе, основная его масса поступает из вполне естественных источников:
- в Азии.
- Животноводческие комплексы.
- Системы очистки бытовых стоков крупных поселений.
- При гниении и разложении органики в глубине болот, на свалках.
Имеются сведения о том, что выбросы немалых количеств метана происходят из глубин Мирового океана. Возможно, этот феномен объясняется жизнедеятельностью крупных колоний бактерий, для которых метан является основным побочным продуктом метаболизма.
Нужно особенно подчеркнуть «вклад» в развитие парникового эффекта со стороны нефтедобывающих предприятий: немалое количество этого газа выбрасывается в атмосферу в качестве побочного продукта. Кроме того, постоянно расширяющаяся пленка нефтепродуктов на поверхности Мирового океана также способствует ускоренному разложению органики, что сопровождается выбросами метана.
- Оксид азота. В больших объемах образуется в процессе многих химических производств. Он опасен не только самым активным участием в парниковом механизме. Дело в том, что при соединении с атмосферной водой это вещество образует самую настоящую азотную кислоту, пусть даже и в слабой концентрации. Именно отсюда берут начало все которые крайне негативно сказываются на здоровье людей.
Теоретические сценарии глобальных климатических пертурбаций
Так каковы глобальные последствия парникового эффекта? Сложно сказать об этом наверняка, так как ученые пока что далеки от однозначного вывода. В настоящее время существует сразу несколько сценариев. Для разработки компьютерных моделей учитывается множество различных факторов, которые могут ускорять или замедлять развитие парникового эффекта. Давайте рассмотрим катализаторы этого процесса:
- Выделение описанных выше газов вследствие техногенной деятельности человека.
- Выброс СО 2 из-за термического разложения природных гидрокарбонатов. Интересно знать, что в коре нашей планеты содержится углекислого газа в 50000 раз больше, чем в воздушном пространстве. Конечно же, речь идет о химически связанном оксиде углерода.
- Так как основные последствия парникового эффекта - повышение температуры воды и воздуха на поверхности планеты, усиливается испарение влаги с поверхности морей и океанов. Как следствие, еще более ухудшается проницаемость атмосферы для инфракрасного излучения.
- В океанах содержится порядка 140 триллионов тонн углекислого газа, который при повышении температуры воды также начинает интенсивно выделяться в атмосферу, способствуя более динамичному развитию парникового процесса.
- Падение отражающей способности планеты, что приводит к ускоренному накоплению тепла ее атмосферой. Этому способствует и опустынивание земель.
Какие факторы замедляют развитие парникового эффекта?
Предполагается, что основное теплое течение - Гольфстрим - постоянно замедляется. В перспективе это вызовет значительное снижение температуры, что замедлит эффект накопления парниковых газов. Помимо этого на каждый градус общего потепления приблизительно на 0,5% увеличивается площадь облачности над всей территорией планеты, что способствует значительному уменьшению количества тепла, которое Земля получает из космоса.
Обратите внимание: суть парникового эффекта заключается в повышении общей температуры земной поверхности. Конечно же, ничего хорошего в этом нет, но именно вышеперечисленные факторы нередко способствуют и смягчению последствий данного явления. В принципе, именно поэтому многие ученые и считают, что сама тематика глобального потепления относится к категории вполне естественных явлений, которые за всю историю Земли происходили регулярно.
Чем выше испаряемость, тем больше становится ежегодное количество осадков. Это вызывает как восстановление болот, так и ускоренный рост флоры, которая отвечает за утилизацию излишков углекислого газа в атмосфере планеты. Предполагается также, что увеличившееся количество осадков в перспективе будет способствовать значительному расширению площади мелководных тропических морей.
Кораллы, которые в них обитают, являются важнейшими утилизаторами углекислого газа. Будучи химически связан, он идет на постройку их скелета. Наконец, если человечество хоть немного сократит темпы вырубки лесов, то их площадь довольно быстро восстановится, так как все тот же углекислый газ является прекрасным стимулятором для распространения растений. Так каковы возможные последствия парникового эффекта?
Основные сценарии будущего нашей планеты
В первом случае ученые предполагают, что глобальное потепление будет происходить достаточно медленно. И у такой точки зрения есть немало сторонников. Они считают, что Мировой океан, который является гигантским аккумулятором энергии, долгое время будет способен поглощать избытки тепла. Возможно, пройдет не одно тысячелетие, прежде чем климат на планете действительно переменится коренным образом.
Вторая группа ученых, напротив, выступает за сравнительно быстрый вариант катастрофических изменений. Эта проблема парникового эффекта в настоящее время весьма популярна, ее обсуждают едва ли не на каждом научном съезде. К сожалению, доказательств у указанной теории хватает. Считается, что за последние сто лет концентрация углекислого газа выросла минимум на 20-24%, а количество метана в атмосфере так и вовсе увеличилось на 100%. В самом пессимистичном варианте считается, что температура планеты к концу нынешнего столетия вполне может вырасти на рекордные 6,4°С.
Таким образом, в этом случае парниковый эффект в атмосфере Земли доставит попросту смертельные неприятности всем жителям прибрежных территорий.
Резкое увеличение уровня Мирового океана
Дело в том, что подобные температурные аномалии чреваты крайне резким и практически непрогнозируемым подъемом уровня Мирового океана. Так, с 1995 по 2005 гг. этот показатель составил 4 см, хотя ученые наперебой заявляли, что не стоит ждать подъема выше пары сантиметров. Если все продолжится в том же темпе, то к концу 21 века уровень Мирового океана станет минимум на 88-100 см больше современной нормы. Между тем, около 100 миллионов человек на нашей планете живут как раз на отметке в 87-88 см над уровнем океана.
Снижение отражающей способности поверхности планеты
Когда мы писали о том, в чем заключается парниковый эффект, в статье неоднократно упоминалось, что он стимулирует дальнейшее снижение отражающей способности поверхности Земли, чему способствуют вырубка лесов и опустынивание.
Многие ученые свидетельствуют, что ледяная шапка на полюсах может снижать общую температуру планеты минимум на два градуса, а тот лед, который покрывает поверхность полярных вод, сильно тормозит процесс выброса в атмосферу углекислого газа и метана. Кроме того, в районе полярных ледяных шапок вообще нет водяного пара, который существенно стимулирует глобальный парниковый эффект.
Все это так повлияет на мировой круговорот воды, что частота смерчей, чудовищных по своей разрушительной силе ураганов и торнадо вырастет в несколько раз, что сделает фактически невозможным проживание людей даже на тех территориях, которые весьма удалены от побережий океанов. К сожалению, перераспределение воды приведет и к противоположному явлению. Сегодня засухи являются проблемой 10% земного шара, а в будущем количество таких регионов вполне может вырасти сразу до 35-40%. Это печальная для человечества перспектива.
Для нашей страны прогноз в этом случае куда благоприятнее. Климатологи считают, что большая часть территории России будет вполне пригодна для нормального земледелия, климат станет намного мягче. Конечно, большую часть прибрежных территорий (а их у нас много) попросту затопит.
Третий сценарий предполагает, что краткий период повышения температуры сменится глобальным похолоданием. Мы уже говорили о замедлении Гольфстрима, о последствиях. Вообразите, что это теплое течение полностью остановится… Конечно, до событий, описанных в фильме «Послезавтра», дело не дойдет, но на планете точно станет значительно холоднее. Ненадолго, впрочем.
Некоторые математики придерживаются теории (смоделированной, естественно), согласно которой парниковый эффект на Земле приведет к тому, что лет на 20-30 климат в Европе станет ничуть не теплее, чем в нашей стране. Они же предполагают, что после этого продолжится потепление, сценарий которого описан во втором варианте.
Вывод
Как бы там ни было, но хорошего в прогнозах ученых не так уж много. Остается только надеяться на то, что наша планета представляет собой более сложный и совершенный механизм, чем мы себе представляем. Быть может, столь печальных последствий удастся избежать.
Главный вклад в «парниковый» эффект земной атмосферы вносит водяной пар или влажность воздуха тропосферы (Таблица 3).
Вместе с тем, концентрация водяного пара в тропосфере существенно зависит от приповерхностной температуры: увеличение суммарной концентрации «парниковых газов» в атмосфере должно привести к усилению влажности и «парникового» эффекта, который в свою очередь приведет к увеличению приповерхностной температуры.
При понижении приповерхностной температуры концентрация водяных паров падает, что ведет к уменьшению «парникового» эффекта, и, одновременно с этим при снижении температуры в приполярных районах формируется снежно-ледяной покров, ведущий к повышению альбедо и, совместно, с уменьшением «парникового» эффектом, вызывающим понижение средней приповерхностной температуры.
Таким образом, климат на Земле может переходить в стадии потепления и похолодания в зависимости от изменения альбедо системы Земля - атмосфера и «парникового» эффекта.
Антропогенное загрязнение атмосферы Земли является одной из причин «парникового» эффекта, под которым понимают возможное повышение глобальной температуры земного шара в результате изменения теплового баланса, обусловленного так называемыми «парниковыми газами».
На земную поверхность поступает в основном поток видимых лучей, которые проходят через «парниковые газы» не изменяясь. В околоземном пространстве при встрече с различными телами значительная часть этих лучей трансформируется в длинноволновые (инфракрасные) тепловые лучи. «Парниковые газы» препятствуют уходу тепловых лучей в космическое пространство и вызывают тем самым повышение температуры воздуха («парниковый» эффект).
Основным «парниковым газом» является диоксид углерода (СО 2). Его вклад в «парниковый» эффект, по разным данным, составляет от 50 до 65 %. К другим «парниковым газам» относятся метан (около 20 %), оксиды азота (примерно 5 %), озон, фреоны (хлорфторуглероды) и другие газы (около 10-25 % «парникового» эффекта). Всего известно около 30 «парниковых газов». Их утепляющий эффект зависит не только от количества в атмосфере, но и от относительной активности действия на одну молекулу. Если по данному показателю СО 2 принять за единицу, то для метана он будет равен 25, для оксидов азота - 165, а для фреона - 11000.
Основным антропогенным источником поступления СО 2 в атмосферу является сжигание углеродосодержащего топлива (уголь, нефть, мазут, метан и др.). Ныне только от теплоэнергетики в атмосферу поступает около 1 тонны углерода на человека в год; по прогнозам в первой половине ХХI столетия выброс достигнет более 10 млрд. тонн.
За последние 200 лет концентрация СО 2 в воздухе увеличилась с 275 до 350 частиц на 1 млн. частиц воздуха, то есть на 25%, а с 1958г. по 2001 г. концентрация СО 2 возросла с 350 до 368 частиц (Таблица 4). Если человечество не примет меры, чтобы сократить выброс газов, то к середине века средняя глобальная температура приземной атмосферы повысится на 1,5-4,5 0 С. Доли некоторых государств в выбросе диоксида углерода таковы: США - 22%, Россия и Китай - по 11%, Германия и Япония - по 5%.
В настоящее время опасность состоит в том, что концентрация «парниковых газов» в атмосфере, а именно углекислого газа, азота, водяного пара и многих других, значительно возросла и связывают это с индустриальным развитием человечества. За последние 150 лет содержание азота увеличилось на 18%, метана почти на 150%, а углекислого газа более чем на 30%. В результате произошла определенная стимуляция «парникового» эффекта с соответствующими последствиями.
По подсчетам ученых в круговороте углерода на планете ежегодно принимают участие 330 млрд. тонн этого вещества. Доля человека в этом объеме очень мала - 7,5 млрд. тонн, однако этого достаточно для нарушения равновесия системы.
Признавая проблему глобального потепления климата, Всемирная метеорологическая организация (ВМО) и Программа Организации Объединенных Наций по окружающей среде (ЮНЕП) учредили еще в 1988 г. Межправительственную группу экспертов по изменению климата (МГЭИК). Это фактически постоянно действующий форум нескольких тысяч ученых разных стран, включая и десятки российских, практически всех, кто с разных сторон занимается данной проблемой: климатологов, экологов, экономистов и энергетиков. Примерно раз в 4-5 лет ученые публикуют свои многостраничные доклады о состоянии климата Земли. «Первый доклад» экспертов в 1990 г. содержал довольно скромные утверждения о происходящих колебаниях климата, в одном ученые были уверены наверняка - идет рост концентрации углекислого газа в атмосфере. Средний уровень углекислого газа в атмосфере по данным ВМО за последние 30 лет возрос от 340 до 390 частиц на миллион. Уверенность исследователей возрастала с каждым годом. Еще в 2006 г. 70% экспертов были уверены в том, что во всемирном изменении климата виноват человек, но уже из четвертого доклада МГЭИК в 2007 г. стало ясно, что число экспертов, уверенных в этом, возросло до 90-95%.
Проблемой снижения выбросов «парниковых газов» занимается практически все мировое сообщество, как на политическом, так и на промышленном и экологическом уровнях. Примером грамотной политики по снижению выбросов «парниковых газов» является Киотский протокол 1997 г. В декабре 1997 г. в Киото была проведена международная конференция по глобальному изменению климата на планете, в которой приняли участие представители из 159 стран. Был принят заключительный протокол, который предусматривал общее сокращение на 5,2% выбросов в атмосферу «парниковых газов». К 2008-2012гг. страны Европейского союза должны сократить выбросы «парниковых газов» (от уровня 1990 г.) на 8%, США - на 7%, Япония, Канада - на 6%. Россия и Украина к 2012 г. могут сохранить выбросы на уровне 1990 г. из-за уменьшения промышленного производства в последние годы. Примером промышленного снижения выбросов СО 2 могут служить работы, проводимые в Японии в 2007-2008 гг. по уменьшению выбросов диоксида углерода в результате растворения дымовых газов после газоиспользующих установок в морской воде. Однако это техническое решение не дало ожидаемых результатов, и работы в этом направлении были прекращены.
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.
Парниковый эффект - подъем температуры на поверхности планеты в результате тепловой энергии, которая появляется в атмосфере из-за нагревания газов. Основные газы, которые ведут к парниковому эффекту на Земле - это водяные пары и углекислый газ.
Явление парникового эффекта позволяет поддерживать на поверхности Земли температуру, при которой возможно возникновение и развитие жизни. Если бы парниковый эффект отсутствовал, средняя температура поверхности земного шара была бы значительно ниже, чем она есть сейчас. Однако при повышении концентрации парниковых газов увеличивается непроницаемость атмосферы для инфракрасных лучей, что приводит к повышению температуры Земли.
В 2007 году Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) - наиболее авторитетный международный орган, объединяющий тысячи ученых из 130 стран мира - представила свой Четвертый оценочный доклад, в котором содержались обобщенные выводы о прошлых и нынешних климатических изменениях, их воздействии на природу и человека, а также о возможных мерах по противодействию таким изменениям.
Согласно опубликованным данным, за период с 1906 по 2005 годы средняя температура Земли поднялась на 0,74 градуса . В ближайшие 20 лет рост температуры, по мнению экспертов, составит в среднем 0,2 градуса за десятилетие, а к концу XXI века температура Земли может повыситься от 1,8 до 4,6 градусов (такая разница в данных - результат наложения целого комплекса моделей будущего климата, в которых учитывались различные сценарии развития мировой экономики и общества).
По мнению ученых, с 90-процентой вероятностью наблюдаемые изменения климата связаны с деятельностью человека - сжиганием углеродного ископаемого топлива (т.е. нефти, газа, угля и др.), промышленными процессами, а также сведением лесов - естественных поглотителей углекислого газа из атмосферы.
Возможные последствия изменения климата :
1. Изменение частоты и интенсивности выпадения осадков.
В целом климат на планете станет более влажным. Но количество осадков не распространится по Земле равномерно. В регионах, которые и так на сегодняшний день получают достаточное количество осадков, их выпадение станет интенсивнее. А в регионах с недостаточным увлажнением участятся засушливые периоды.
2. Повышение уровня моря.
В течение ХХ века средний уровень моря повысился на 0,1-0,2 м. По прогнозам ученых, за XXI век повышение уровня моря составит до 1 м. В этом случае наиболее уязвимыми окажутся прибрежные территории и небольшие острова. Такие государства как Нидерланды, Великобритания, а также малые островные государства Океании и Карибского бассейна первыми подпадут под опасность затопления. Кроме этого участятся высокие приливы, усилится эрозия береговой линии.
3. Угроза для экосистем и биоразнообразия.
Существуют прогнозы исчезновения до 30 40% видов растений и животных, поскольку их среда обитания будет изменяться быстрее, чем они могут приспособиться к этим изменениям.
При повышении температуры на 1 градус прогнозируется изменение видового состава леса. Леса являются естественным накопителем углерода (80% всего углерода в земной растительности и около 40% углерода в почве). Переход от одного типа леса к другому будет сопровождаться выделением большого количества углерода.
4. Таяние ледников.
Современное оледенение Земли можно считать одним из самых чутких индикаторов происходящих глобальных изменений. Спутниковые данные показывают, что начиная с 1960-х годов произошло уменьшение площади снежного покрова примерно на 10%. С 1950-х годов в Северном полушарии площадь морского льда сократилась почти на 10-15%, а толщина уменьшилась на 40%. По прогнозам экспертов Арктического и Антарктического научно-исследовательского института (Санкт-Петербург), уже через 30 лет Северный ледовитый океан в течение теплого периода года будет полностью вскрываться из под льда.
По данных ученых, толща Гималайских льдов тает со скоростью 10-15 м в год. При нынешней скорости этих процессов две трети ледников исчезнут к 2060 году, а к 2100 все ледники растают окончательно.
Ускоренное таяние ледников создает ряд непосредственных угроз человеческому развитию. Для густонаселенных горных и предгорных территорий особую опасность представляют лавины, затопления или, наоборот, снижение полноводности рек, а как следствие сокращение запасов пресной воды.
5. Сельское хозяйство.
Влияние потепления на продуктивность сельского хозяйства неоднозначно. В некоторых районах с умеренным климатом урожайность может увеличиться в случае небольшого увеличения температуры, но снизится в случае значительных температурных изменений. В тропических и субтропических регионах урожайность в целом, по прогнозам, будет снижаться.
Самый серьезный удар может быть нанесен беднейшим странам, наименее всего готовым приспособиться к изменениям климата. По данным МГЭИК, к 2080 г. число людей, сталкивающихся с угрозой голода, может увеличиться на 600 млн.чел., что вдвое больше числа людей, которые сегодня живут в бедности в Африке к югу от Сахары.
6. Водопотребление и водоснабжение.
Одним из последствий климатических изменений может стать нехватка питьевой воды. В регионах с засушливым климатом (Центральная Азия, Средиземноморье, Южная Африка, Австралия и т. п.) ситуация еще более усугубиться из-за сокращения уровня выпадения осадков.
Из-за таяния ледников существенно снизиться сток крупнейших водных артерий Азии - Брахмапутры, Ганга, Хуанхэ, Инда, Меконга, Салуэна и Янцзы. Недостаток пресной воды коснется не только здоровья людей и развития сельского хозяйства, но также повысит риск политических разногласий и конфликтов за доступ к водным ресурсам.
7. Здоровье человека.
Изменение климата, по прогнозам ученых, приведет к повышению рисков для здоровья людей, прежде всего менее обеспеченных слоев населения. Так, сокращение производства продуктов питания неизбежно приведет к недоеданию и голоду. Аномально высокие температуры могут привести к обострению сердечнососудистых, респираторных и других заболеваний.
Повышение температуры может привести к изменению географического распространения различных видов, являющихся переносчиками заболеваний. С повышением температуры ареалы теплолюбивых животных и насекомых (например, энцефалитных клещей и малярийных комаров) будут распространяться севернее, в то время как люди, населяющие эти территории, не будут обладать иммунитетом к новым заболеваниям.
По мнению экологов, предотвратить полностью прогнозируемые изменения климата человечеству вряд ли удастся. Однако в человеческих силах смягчить климатические изменения , сдержать темпы роста температуры с тем, чтобы избежать опасных и необратимых последствий в будущем. В первую очередь, за счет:
1. Ограничения и сокращения потребления ископаемого углеродного топлива (угля, нефти, газа);
2. Повышения эффективности потребления энергии;
3. Внедрения мер по энергосбережению;
4. Более широкого использования неуглеродных и возобновляемых источников энергии;
5. Развития новых экологически чистых и низкоуглеродных технологий;
6. Через предотвращение лесных пожаров и восстановление лесов, поскольку леса - естественные поглотители углекислого газа из атмосферы.
Парниковый эффект имеет место не только на Земле. Сильный парниковый эффект - на соседней планете, Венере . Атмосфера Венеры почти целиком состоит из углекислого газа, и в результате поверхность планеты разогрета до 475 градусов. Климатологи полагают, что Земля избежала такой участи благодаря наличию на ней 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 на планете наблюдается неуправляемый парниковый эффект.
Материал подготовлен на основе информации РИА Новости и открытых источников