Парниковый эффект – серьёзная экологическая проблема. 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. Парниковые газы 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.
- Вырубка лесов – 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.
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.
Вырубка лесов, темпы развития промышленности приводят к тому, что в слоях атмосферы накапливаются вредные газы, которые создают оболочку и препятствуют выделению лишнего тепла в космос.
Данная статья предназначена для лиц старше 18 лет
А вам уже исполнилось 18?
Экологическая катастрофа или естественный процесс?
Процесс повышения температуры многие ученые считают глобальной экологической проблемой, которая при отсутствии контроля за антропогенным влиянием на атмосферу может привести к необратимым последствиям. Считается, что первым, кто открыл факт существования парникового эффекта и изучил принципы его действия, был Жозеф Фурье. В своих исследованиях ученый рассматривал разные факторы и механизмы, которые влияют на формирование климата. Он изучил состояние теплового баланса планеты, определил механизмы его влияния на среднегодовые температуры на поверхности. Оказалось, что одну из главных ролей в этом процессе играют парниковые газы. Инфракрасные лучи задерживаются на поверхности Земли, в чем и заключается их влияние на тепловой баланс. Причины и последствия парникового эффекта опишем далее.
Суть и принцип действия парникового эффекта
Усиление концентрации углекислого газа в атмосфере приводит к тому, что увеличивается степень проникновения коротковолновых солнечных излучений на поверхность планеты, при этом формируется барьер, который препятствует выделению длинноволнового теплового излучения нашей планеты в открытый космос. Чем опасен этот барьер? Тепловые излучения, которые задерживаются в нижних шарах атмосферы, приводят к повышению температуры окружающей среды, что негативно влияет на экологическую обстановку и приводит к необратимым последствиям.
Сущность парникового эффекта можно рассматривать и как причину глобального потепления, вызванного нарушением теплового баланса планеты. Механизм возникновения парникового эффекта связан с выбросами в атмосферу промышленных газов. Однако к негативному влиянию промышленности следует добавить вырубку лесов, выбросы автомобилей, лесные пожары, использование тепло-электростанций для выработки энергии. Влияние вырубки лесов на глобальное потепление и парниковый эффект связано с тем, что именно деревья активно поглощают углекислый газ и сокращение их площадей приводит к тому, что растет концентрация вредных газов в атмосфере.
Состояние озонового экрана
Сокращение площади лесов в совокупности с большими объемами выбросов вредных газов приводит к возникновению проблемы разрушения озонового слоя. Ученые постоянно анализируют состояние озонового шара и их выводы неутешительны. При сохранении нынешних объемов выбросов и вырубки лесов человечество столкнется с тем, что озоновый слой больше не сможет в достаточной мере защищать планету от действия солнечного излучения. Опасность данных процессов вызвана тем, что это приведет к значительному повышению температуры окружающей среды, опустыниванию территорий, острой нехватке питьевой воды и продуктов питания. Схему состояния озонового шара, наличие и расположение дыр можно найти на множестве сайтов.
Состояние озонового экрана беспокоит ученых-экологов. Озон — это тот же кислород, но отличающийся трехатомной моделью. Без кислорода живые организмы не смогут дышать, а вот без озонового шара планета превратится в безжизненную пустыню. Мощность данного превращения можно представить, посмотрев на Луну или на Марс. Истощение озонового экрана под действием антропогенных факторов может привести к появлению озоновых дыр. Плюсы озонового экрана состоят еще и в том, что он отбивает опасные для здоровья ультрафиолетовые излучения. Минусы — он чрезвычайно хрупкий и слишком большое количество факторов приводит к его разрушению, а восстановление характеристик происходит очень медленно.
Примеры того, как истощение озонового шара влияет на живые организмы, можно приводить долго. Учеными отмечено, что в последнее время участилось количество заболевших раком кожи. Установлено, что именно ультрафиолетовые лучи способствуют развитию данного заболевания. Второй пример — вымирание планктона в верхних слоях океана в ряде регионов планеты. Это приводит к тому, что нарушается пищевая цепочка, после исчезновения планктона могут исчезнуть многие виды рыб и морских млекопитающих. Представить, как работает данная система не сложно. Важно понимать, какие будут результаты, если не принять меры по уменьшению антропогенного влияния на экосистемы. Или это все миф? Может быть, жизни на планете ничего не угрожает? Давайте разбираться.
Антропогенный парниковый эффект
Парниковый эффект возникает в результате влияния человеческой деятельности на окружающие экосистемы. Естественный температурный баланс на планете нарушается, больше тепла задерживается под влиянием оболочки из парниковых газов, это приводит к повышению температуры на поверхности Земли и океанических вод. Главной причиной, приводящей к возникновению парникового эффекта, является эмиссия вредных веществ в атмосферу в результате работы промышленных предприятий, выбросов автомобилей, пожаров и других вредных факторов. Помимо нарушения теплового баланса планеты, глобального потепления, это вызывает загрязнение воздуха, которым мы дышим, воды, которую мы пьем. Как следствие, нас ждут болезни и общее сокращение продолжительности жизни.
Рассмотрим, какие газы вызывают появление парникового эффекта:
- углекислый газ;
- водяной пар;
- озон;
- метан.
Именно углекислый газ и водяной пар принято считать наиболее опасными веществами, которые приводят к возникновению парникового эффекта. Содержание метана, озона и фреона в атмосфере также влияют на нарушение климатического баланса, что обусловлено их химическим составом,но их влияние на данный момент не такое серьезное. Газы, вызывающие возникновение озоновых дыр, помимо всего прочего, вызывают проблемы со здоровьем. В них содержатся вещества, вызывающие аллергические реакции и заболевания дыхательных путей.
Источники вредных газов — это, в первую очередь, промышленные и автомобильные выбросы. Однако многие ученые склоняются к мнению, что парниковый эффект связан и с активностью вулканов. Газы создают специфическую оболочку, из-за чего образуется облако из пара и пепла, которое в зависимости от направления ветра, может загрязнить большие территории.
Как бороться с парниковым эффектом?
По мнению экологов и других ученых, которые занимаются вопросами, связанными с сохранением биоразнообразия, изменением климата, уменьшением влияния человека на окружающую среду, полностью предотвратить реализацию негативных сценариев развития человечества не удастся, а вот уменьшить количество необратимых последствий промышленности и человека на экосистемы можно. По этой причине многие страны вводят плату за эмиссию вредных газов, внедряют экологические стандарты в производство, разрабатывают варианты того, как уменьшить деструктивное влияние человека на природу. Однако глобальная проблема заключается в разных уровнях развития стран, в их отношении к социальной и экологической ответственности.
Пути решения проблемы накопления вредных веществ в атмосфере:
- прекращение вырубки лесов, особенно в экваториальных и тропических широтах;
- переход на электромобили. Они экологичнее, чем обычные машины и не загрязняют окружающую среду;
- развитие альтернативной энергетики. Переход от теплоэнергетических станций на солнечные, ветровые и гидроэлектростанции позволит не только сократить объемы выбросов вредных веществ в атмосферу, но и уменьшить использование не возобновляемых природных ископаемых;
- внедрение энергосберегающих технологий;
- развитие новых низкоуглеродных технологий;
- борьба с лесными пожарами, предупреждение их возникновения, установление жестких мер для нарушителей;
- ожесточение экологического законодательства.
Стоит отметить, что невозможно компенсировать вред, который человечество уже нанесло окружающей среде и полностью восстановить экосистемы. По этой причине следует задуматься над активной реализацией действий, направленных на уменьшение последствий антропогенного воздействия. Все решения должны иметь комплексный и глобальный характер. На данный момент времени этому мешает дисбаланс в уровне развития, жизни и образованности богатых и бедных стран.
Парниковый эффект – это повышение температуры поверхности земли по причине нагрева нижних слоев атмосферы скоплением парниковых газов. В результате температура воздуха больше, чем должна быть, а это приводит к таким необратимым последствиям, как климатические изменения и . Несколько веков назад эта существовала, но не была такой явной. С развитием технологий с каждым годом увеличивается количество источников, которые обеспечивают парниковый эффект в атмосфере.
Причины парникового эффекта
Нельзя избегать разговоров об окружающей среде, ее загрязнении, вреде парникового эффекта. Чтобы понять механизм действия этого явления, нужно определить его причины, обсудить последствия и решить, как можно бороться с данной экологической проблемой, пока не поздно. Причины парникового эффекта следующие:
- использование горючих полезных ископаемых в промышленности – угля, нефти, природного газа, при сжигании которых в атмосферу выделяется огромное количество углекислого газа и других вредных соединений;
- транспорт – легковые и грузовые автомобили выделяют выхлопные газы, которые также загрязняют воздух и усиливают парниковый эффект;
- , которые поглощают углекислый газ и выделяют кислород, а с уничтожением каждого дерева на планете увеличивается количество СО2 в воздухе;
- – еще один источник уничтожения растений на планете;
- увеличение населения влияет на возрастание спроса продуктов питания, одежды, жилища, и чтобы это обеспечить, растет промышленное производство, которое все интенсивнее загрязняет воздух парниковыми газами;
- агрохимия и удобрения содержат различное количество соединений, в результате испарения которых выделяется азот – один из парниковых газов;
- разложение и горение мусора на полигонах способствуют увеличению парниковых газов.
Влияние парникового эффекта на климат
Рассматривая результаты парникового эффекта, можно определить, что основной из них – это климатические изменения. Поскольку ежегодно возрастает температура воздуха, воды морей и океанов интенсивнее испаряются. Некоторые ученые прогнозируют, что через 200 лет станет заметным такое явление, как «высыхание» океанов, а именно значительное понижение уровня воды. Это одна сторона проблемы. Другая же заключается в том, что повышение температуры приводит к таянию ледников, что способствует повышению уровня вод Мирового океана, и приводит к затоплению берегов континентов и островов. Увеличение количества потопов и затопления прибережных районов свидетельствует о том, что уровень океанических вод с каждым годом увеличивается.
Повышение температуры воздуха приводит к тому, что территории, которые мало увлажняются атмосферными осадками, становятся засушливыми и непригодными для жизни. Здесь гибнут урожаи, что приводит к продовольственному кризису населения данной местности. Также животным не находится пропитания, поскольку из-за недостатка воды вымирают растения.
Многие люди уже привыкли к погодно-климатическим условиям на протяжении своей жизни. Поскольку повышается температура воздуха из-за парникового эффекта, на планете наступает глобальное потепление. Люди не выдерживает высоких температур. К примеру, если ранее средняя летняя температура была +22-+27, то повышение до +35-+38 приводит к солнечным и тепловым ударам, обезвоживанию и проблемам с сердечно-сосудистой системой, велика опасность возникновения инсульта. Специалисты при аномальной жаре дают людям следующие рекомендации:
- — сократить количество передвижений по улице;
- — уменьшить физические нагрузки;
- — избегать прямых солнечных лучей;
- — увеличить употребление простой очищенной воды до 2-3 литров в сутки;
- — закрыть голову от солнца головным убором;
- — по возможности проводить время днем в прохладном помещении.
Как минимизировать парниковый эффект
Зная, как возникают парниковые газы, необходимо устранить источники их возникновения, чтобы остановить глобальное потепление и другие негативные последствия парникового эффекта. Даже один человек может что-то изменить, а если к нему присоединятся родственники, друзья, знакомые, они покажут пример остальным людям. Это уже гораздо большее количество сознательных жителей планеты, которые будут направлять свои действия на сохранение окружающей среды.
В первую очередь нужно прекратить вырубку лесов, сажать новые деревья и кустарники, поскольку они поглощают углекислый газ и вырабатывают кислород. Используя электромобили, сократится количество выхлопных газов. Кроме того, можно с машин пересаживаться на велосипеды, что удобней, дешевле и безопасней для экологии. Также ведутся разработки альтернативного топлива, которое, к сожалению, медленными темпами внедряется в нашу повседневную жизнь.
Занимательное видео о парниковом эффекте
Самое важное решение проблемы парникового эффекта – это привлекать к ней внимание мировой общественности, а также делать все зависящее от нас, чтобы уменьшить количество скопления парниковых газов. Если вы посадите несколько деревьев, то уже окажете огромную помощь нашей планете.
Влияние парникового эффекта на здоровье людей
Первостепенно последствия парникового эффекта отражаются на климате и окружающей среде, но не менее губительно его влияние на здоровье людей. Это как бомба замедленного действия: спустя много лет мы сможем увидеть последствия, но уже ничего не сможем изменить.
Ученые прогнозируют, что наиболее подвержены заболеваниям люди с низким и нестабильным материальным положением. Если люди будут плохо питаться и недополучать некоторые продукты питания из-за нехватки денег, это приведет к недоеданию, голоду и развитию заболеваний (не только системы ЖКТ). Поскольку из-за парникового эффекта наступает летом аномальная жара, с каждым годом увеличивается количество людей с заболеваниями сердечно-сосудистой системы. Так у людей повышается или понижается давление, случаются сердечные приступы и приступы эпилепсии, происходят обмороки и тепловые удары.
Повышение температуры воздуха приводит к развитию следующих заболеваний и эпидемий:
Эти болезни очень быстро географически распространяются, поскольку высокая температура атмосферы способствует перемещению различных инфекций и переносчиков заболеваний. Это различные животные и насекомые, такие как мухи Цеце, энцефалитные клещи, малярийные комары, птицы, мыши и т.д. Из теплых широт эти переносчики переселяются на север, поэтому люди, проживающие там, подвергаются заболеваниям, поскольку не имеют к ним иммунитета.
Таким образом, парниковый эффект становится причиной глобального потепления, а это приводит ко многим недугам и инфекционным заболеваниям. В результате эпидемий умирают тысячи людей в разных странах мира. Борясь с проблемой глобального потепления и парникового эффекта, мы сможем улучшить экологию и как следствие – состояние здоровья людей.
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.