В последние десятилетия мы всё чаще слышим о проблеме глобального потепления и парникового эффекта. Политики, учёные, журналисты ведут споры о том, какие изменения климата ждут нас в ближайшем будущем, к чему это приведёт и насколько причастен к этому сам человек. В этом посте мы попробуем разобраться в причинах и последствиях парникового эффекта.
Почему говорят о парниковом эффекте?
В 19 веке учёные начали вести регулярные наблюдения за погодой и климатом по всей планете. Но на самом деле, используя различные методы, можно установить, как изменялась температура на планете и в более отдалённом прошлом. И вот, во второй половине 20 века учёные стали получать тревожащие данные — глобальная температура на нашей планете начала расти. И чем ближе к современности, тем сильнее этот рост.
Рост глобальной температуры на графике
Конечно, климатические условия на нашей планете менялись и в прошлом. Были и глобальные потепления, и глобальные похолодания, но у нынешнего глобального потепления есть ряд особенностей. Во-первых, имеющиеся данные указывают, что за последние 1-2 тысячи лет климат на планете не претерпевал резких изменений, за исключением кратковременных аномалий. А во-вторых, есть немало причин считать, что текущее потепление — это не естественные изменения климата, а изменения, вызванные деятельностью человека.
По данному поводу существует немало споров. Вскоре после того, как заговорили о том, что человек вызывает глобальное потепление, появилось немало скептиков. Они стали сомневаться, что деятельность человека может повлиять на столь глобальные процессы, как климат на всей планете. Тем не менее, существуют весомые причины утверждать, что в происходящем глобальном потеплении виноват именно человек. Как же люди вызвали глобальное потепление?
В 19 веке мир вступил в индустриальную эпоху. Появление фабрик и транспорта потребовало множество топлива. Люди стали добывать миллионы тонн каменного угля, нефти и газа и сжигать их во всё более возрастающих количествах. В результате в атмосферу стало поступать огромное количество углекислого газа и других газов, вызывающих парниковый эффект.
А вместе с ростом содержания этих газов стала расти и глобальная температура. Но почему рост концентрации углекислого газа ведёт к потеплению? Попробуем разобраться.
Что такое парниковый эффект?
Люди давно научились выращивать овощи в парниках, где можно собирать урожай, не дожидаясь наступления тёплого времени года. Почему же в парнике тепло весной или даже зимой? Конечно, парник можно специально обогревать, но дело не только в этом. Через стекло или плёнку, которыми покрыт парник, солнечные лучи проникают свободно, нагревая землю внутри. Нагретая земля также испускает излучение, отдавая вместе с этим излучением тепло, но это излучение не видимое, а инфракрасное. А вот для инфракрасного излучение стекло или плёнка непрозрачны и задерживают его. Таким образом отдать парнику тепло сложнее, чем его получить, и в результате температура внутри парника оказывается выше, чем на открытой местности.
Похожее явление наблюдается и на всей нашей планете в целом. Земля укрыта атмосферой, которая легко пропускает солнечное излучение к поверхности, однако инфракрасное излучение обратно в космос от нагретой земной поверхности пропускает хуже. И то, насколько сильно задерживает атмосфера инфракрасное излучение, зависит от содержания в ней парниковых газов. Чем больше парниковых газов, и особенно главного из них — углекислого, тем больше атмосфера мешает остыванию планеты и тем теплее становится климат.
К каким последствиям может привести парниковый эффект?
Конечно, дело не в самом парниковом эффекте, а в том, насколько он сильный. Какое-то количество парниковых газов в атмосфере всегда содержалось, и если бы они исчезли из атмосферы совсем, нам бы не поздоровилось. Ведь при нулевом парниковом эффекте, согласно расчётам учёных, температура на планете опустилась бы на 20-30 °С. Земля бы замёрзла и покрылась бы ледниками практически до экватора. Однако и усиление парникового эффекта ни к чему хорошему не приведёт.
Изменение глобальной температуры всего на несколько градусов приведёт (и согласно некоторым наблюдениям, уже приводит) к серьёзным последствиям. Какие же это последствия?
1) Глобальное таяние ледников и повышение уровня океана. В ледниках Гренландии и Антарктиды сосредоточены достаточно большие запасы льда. Если этот лёд растает в результате глобального потепления, уровень мирового океана повысится. Если растает весь лёд, уровень океана поднимется на 65 метров. Много это или мало? На самом деле довольно много. Повышения уровня моря на 1 м достаточно, чтобы утонула Венеция, на 6 м — чтобы утонул Петербург. При таянии всех ледников Чёрное море соединится с Каспийским, утонет значительная часть Поволжья и Западной Сибири. Под водой скроются территории, на которых сегодня проживает более миллиарда человек, а США и Китай потеряют 2/3 современного промышленного потенциала.
Карта затопления Европы в результате таяния ледников
2) Погода ухудшится. Существует общая закономерность — чем выше температура, тем больше энергии расходуется на движение воздушных масс, и тем более непредсказуемой становится погода. Усилятся ветры, значительно возрастёт количество и масштаб разных стихийных бедствий, таких, как грозы, торнадо и тайфуны, станут более резкими колебания температуры.
3) Вред для биосферы. Животные и растения и так страдают от деятельности человека, но резкие климатические изменения могут нанести по биосфере ещё более мощный удар. В прошлом глобальные климатические изменения уже приводили к массовым вымираниям, и изменения, вызванные парниковым эффектом, вряд ли окажутся исключением. Живым организмам сложно приспособиться к резким изменениям климата, чтобы они смогли эволюционировать и нормально чувствовать себя в новых условиях, обычно требуются сотни тысяч или даже миллионы лет. Но изменения в биосфере непременно отразятся и на самом человечестве. Например, в последние годы учёные уже поднимают тревогу по поводу массового вымирания пчёл, и главная причина этого вымирания как раз глобальное потепление. Установлено, что повышенная температура внутри улья зимой не позволяет пчелам впадать в полноценную спячку. Они быстро сжигают запасы жира и к весне сильно слабеют. Если потепление продолжится, во многих регионах Земли пчёлы могут и вовсе исчезнуть, что будет иметь самые катастрофические последствия для сельского хозяйства.
Худший сценарий
Описанных выше последствий уже достаточно для того, чтобы забеспокоиться и начать предпринимать меры для остановки глобального потепления. Однако бесконтрольный рост парникового эффекта может запустить поистине убийственный сценарий, который приведёт к гарантированному уничтожению всего живого на нашей планете. Как же это может произойти?
В прошлом на нашей планете содержание парниковых газов в атмосфере и глобальная температура менялись в довольно широких пределах. Однако на долгосрочных временных промежутках процессы, которые приводили к усилению парникового эффекта и его ослаблению, компенсировали друг друга. Например, если содержание CO₂ в атмосфере значительно возрастало, его начинали более активно усваивать и перерабатывать растения и другие живые организмы. Давным-давно огромные количества углекислого газа, захваченные живыми организмами из атмосферы, превратились в каменный уголь, нефть, мел. Но эти процессы заняли миллионы лет. Сегодня же человек, расходуя данные природные ресурсы, возвращает углекислый газ в атмосферу значительно быстрее, и биосфера не успевает его переработать. Более того, в силу своей глупости и жадности загрязняя мировой океан и вырубая леса, человек уничтожает растения, которые усваивают углекислый газ и вырабатывают кислород. По мнению некоторых учёных, это может привести к развитию необратимого парникового эффекта.
Сегодня на усиление парникового эффекта влияет рост углекислого газа, но есть и другие газы, которые этот парниковый эффект могут сделать ещё сильнее, намного сильнее. Среди таких газов — метан и водяной пар. Что касается метана, то некоторое его количество попадает в атмосферу при добыче природного газа, вносит свой вклад и животноводство. Но главная опасность — огромные запасы метаны, которые сегодня находятся на дне океанов в форме гидратов. При повышении температуры может начаться распад гидратов, огромное количество метана попадёт в атмосферу, и парниковый эффект резко усилится. Рост парникового эффекта примет необратимый характер. Чем сильнее будет парниковый эффект, тем больше метана и водяного пара попадёт в атмосферу, а чем больше их попадёт в атмосферу, тем сильнее станет парниковый эффект.
К чему всё это может привести в конечном итоге, показывает пример Венеры. Эта планета очень близка по размерам и массе к Земле, и до полётов к этой планете космических аппаратов многие надеялись на то, что условия на ней будут близки к земным. Однако всё оказалось совсем иначе. На поверхности Венеры жуткая жара — 460 °С. При такой температуре плавятся цинк, олово и свинец. И главная причина таких экстремальных условий на Венере не в том, что она находится ближе к Солнцу, а в парниковом эффекте. Именно парниковый эффект повышает температуру на поверхности этой планеты почти на 500 градусов!
Венера и Земля
По современным представлениям, несколько сотен миллионов лет назад на Венере произошёл «парниковый взрыв». В какой-то момент парниковый эффект принял необратимый характер, вся вода вскипела и испарилась, а температура поверхности достигла настолько высоких значений (1200-1500 °С), что расплавились камни! Постепенно испарившаяся вода распалась на кислород и водород и улетучилась в космос, и Венера остыла, однако и сегодня эта планета — одно из самых неблагоприятных для жизни мест в Солнечной системе. Произошедшая с Венерой катастрофа — не просто гипотеза учёных, то, что она действительно произошла, подтверждается молодым возрастом поверхности Венеры, а также аномально высоким отношением дейтерия к водороду в венерианской атмосфере, которое в сотни раз превышает земное.
Что же в итоге? Похоже у человечества нет иного выхода, как бороться с парниковым эффектом. А для этого надо изменить хищническое отношение к природе, перестать бесконтрольно сжигать ископаемое топливо и вырубать леса.
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.
Однажды Филипп де Соссюр провел опыт: выставил на солнце стакан, накрытый крышкой, после чего измерил температуру внутри стакана и снаружи. Температура внутри и за его пределами различалась - в закрытом стакане она была немного теплее. Чуть позже, в 1827 году физик Жозеф Фурье выдвинул гипотезу, что стакан на подоконнике может служить моделью нашей планеты - под слоями атмосферы происходит то же самое.
И он оказался прав, ныне каждый школьник хоть раз слышал термин «парниковый эффект», это то, что сейчас происходит с Землей , то, что сейчас происходит с нами. Проблема парникового эффекта - одна из глобальных экологических проблем , которая может повлечь за собой катастрофический ущерб для нашей планеты, ее флоры и фауны . Чем опасен парниковый эффект? Каковы его причины и последствия? Существуют ли пути решения данной проблемы?
Определение
Парниковый эффект - повышение температуры поверхности земли и воздуха, влекущие за собой изменения в климате. Каким образом это происходит?
Представим, что мы находимся в том же стакане на подоконнике в лаборатории Филиппа де Соссюр. На улице теплая погода, лучи солнца, попадающие на стакан, проникают сквозь стекло, нагревая его донышко. Оно в свою очередь отдает поглощенную энергию в виде инфракрасного излучения в воздух, находящийся внутри стакана, тем самым нагревая его. Инфракрасное излучение не может пройти обратно через стенки, оставляя тепло внутри. Температура внутри стакана повышается и нам становится жарко.
В случае с масштабом планеты Земли все работает немного сложнее, учитывая, что вместо стекла мы имеем слои атмосферы и вместе с солнечными лучами парниковый эффект создают еще многие другие факторы.
Причины парникового эффекта
Деятельность человека является одним из основных факторов образования парникового эффекта. Примечательно, что парниковый эффект существовал еще за несколько веков до технического и промышленного прогресса , но сам по себе никакой угрозы не представлял. Однако, с загрязнением атмосферы заводами, выбросами вредных веществ, а также сжиганием угля, нефти и газа ситуация усугубилась. Углекислый газ и другие опасные соединения, образующиеся при этом, способствуют не только росту онкологических заболеваний среди населения, но и повышению температуры воздуха.
Легковые и грузовые автомобили тоже вносят свою лепту в коктейль вредных веществ, выбрасываемых в воздух, тем самым усиливая парниковый эффект.
Перенаселение заставляет машину потребления и спроса работать продуктивнее: открываются новые заводы, скотоводческие фермы, выпускается больше автомобилей, в сотни раз увеличивая нагрузку на атмосферу. Одно из путей решения нам предлагает сама природа - бесконечные лесные просторы, способные очистить воздух и снизить уровень углекислого газа в атмосфере. Однако, человек массово вырубает леса .
В сельскохозяйственной промышленности в подавляющем большинстве случаев используются химические удобрения , способствующие выделению азота - одного из парниковых газов. Существует органическое сельское хозяйство , о котором можно почитать здесь. Оно абсолютно безвредно для атмосферы Земли, так как использует только натуральные удобрения, но, к сожалению, процент таких ферм крайне мал, чтобы «перекрыть» своей деятельностью неэкологические сельскохозяйственные фермы.
Вместе с тем увеличению парниковых газов способствуют огромные свалки, мусор на которых иногда самовозгорается или очень долго гниет, выделяя те же самые парниковые газы.
Последствия парникового эффекта
Неестественное повышение температуры влечет за собой изменение климата местности, а, следовательно, вымирание многих представителей флоры и фауны, не приспособленных к данному климату. Одна экологическая проблема порождает собой другую - видовое истощение.
Также, находясь в условиях «парилки», ледники - колоссальные «залежи» пресной воды! - медленно, но верно таят. За счет этого повысится уровень Мирового океана, а значит, затопит прибрежные районы, площадь суши уменьшится.
Некоторые экологи прогнозируют, что уровень Морового океана наоборот снизится, причем через 200 лет. Он начнет медленно высыхать под воздействием высокой температуры. Повысится не только температура воздуха, но и температура воды, а это значит, что не выживут многие организмы, чья жизненная система настолько тонко организована, что перепады температуры на 1-2 градуса для нее губительны. Например, уже сейчас вымирают целые коралловые рифы, превращаясь в груды мертвых залежей.
Не стоит оставлять без внимания и влияние на здоровье людей. Повышение температуры воздуха способствует активному распространению таких опасных для жизни вирусов как лихорадка Эбола, сонная болезнь, птичий грипп, желтая лихорадка, туберкулез и т.п. Участятся смерти от обезвоживания и теплового удара.
Пути решения
Несмотря на то, что проблема глобальна, ее решение заключается в нескольких простых действиях. Сложность в том, что выполнять их должно как можно больше человек.
6.Просвещать родных, друзей и знакомых, воспитывать в детях потребность заботиться о природе . Ведь любую проблему можно решить, действуя сообща.
Проблема парникового эффекта особенно актуальна в нашем веке, когда мы уничтожаем леса, чтобы построить еще один промышленный завод, а многие из нас не представляют жизни без машины. Мы, как страусы, прячем голову в песок, не замечая вреда от нашей деятельности. Тем временем парниковый эффект усиливается и приводит к глобальным катастрофам.
Явление парникового эффекта существовало с момента появления атмосферы, хотя и не было столь заметным. Тем не менее изучение его началось задолго до активного использования автомобилей и .
Краткое определение
Парниковый эффект – повышение температуры нижних слоев атмосферы планеты вследствие накопления парниковых газов. Механизм его таков: солнечные лучи проникают в атмосферу, нагревают поверхность планеты.
Тепловое излучение, которое исходит от поверхности, должно вернуться в космос, но нижний слой атмосферы слишком плотный для их проникновения. Причина этому – парниковые газы. Тепловые лучи задерживаются в атмосфере, повышают ее температуру.
История исследований парникового эффекта
Впервые о явлении заговорили в 1827 году. Тогда появилась статья Жана Батиста Жозефа Фурье «Записка о температурах земного шара и других планет», где он подробно изложил свои представления о механизме парникового эффекта и причины его появления на Земле. В своих исследованиях Фурье опирался не только на собственные эксперименты, но и на суждения М. Де Соссюра. Последний проводил опыты с зачерненным изнутри стеклянным сосудом, закрытым и поставленным под солнечный свет. Температура внутри сосуда была гораздо выше, чем снаружи. Это объясняется таким фактором: тепловое излучение не может пройти сквозь затемненное стекло, а значит, остается внутри емкости. При этом солнечный свет смело проникает через стенки, так как снаружи сосуд остается прозрачным.
Несколько формул
Суммарная энергия солнечного излучения, поглощаемого в единицу времени планетой радиусом R и сферическим альбедо A, равна:
E = πR2 { E_0 over R2} (1 – A) ,
где E_0 – солнечная постоянная, и r – расстояние до Солнца.
В соответствии с законом Стефана–Больцмана равновесное тепловое излучение L планеты с радиусом R, то есть площадью излучающей поверхности 4πR2:
L=4πR2 σТЕ^4 ,
где ТЕ – эффективная температура планеты.
Причины возникновения
Природа явления объясняется различной прозрачностью атмосферы для излучения из космоса и от поверхности планеты. Для солнечных лучей атмосфера планеты прозрачна, как стекло, и поэтому они легко проходят сквозь нее. А для теплового излучения нижние слои атмосферы «непробиваемы», слишком плотные для прохождения. Потому-то часть теплового излучения остается в атмосфере, постепенно опускаясь к самым нижним ее слоям. При этом количество парниковых газов, уплотняющих атмосферу, растет.
Еще в школе нас учили, что основная причина парникового эффекта – деятельность человека. Эволюция привела нас к промышленности, мы сжигаем тонны угля, нефти и газа, получаем топливо, Следствие этого – выделение парниковых газов и веществ в атмосферу. Среди них – водяной пар, метан, углекислый газ, оксид азота. Почему они так названы, понятно. Поверхность планеты нагревается солнечными лучами, но обязательно «отдает» часть тепла обратно. Тепловое излучение, которое исходит от поверхности Земли, называется инфракрасным.
Парниковые газы в нижней части атмосферы не дают тепловым лучам вернуться в космос, задерживают их. Вследствие этого средняя температура планеты увеличивается, и это ведет к опасным последствиям.Неужели ничто не может урегулировать количество парниковых газов в атмосфере? Конечно, может. С этим заданием отлично справляется кислород. Но вот беда – количество населения планеты неумолимо растет, а значит, поглощается все больше кислорода. Единственное наше спасение – растительность, особенно леса. Они поглощают избыточный углекислый газ, выделяют гораздо большее количество кислорода, чем потребляют люди.
Парниковый эффект и климат Земли
Когда мы говорим о последствиях парникового эффекта, мы понимаем влияние его на климат Земли. В первую очередь – это глобальное потепление. Многие отождествляют понятия «парниковый эффект» и «глобальное потепление», но они не равны, а взаимосвязаны: первое – причина второго.
Глобальное потепление напрямую связано с Мировым океаном.
Вот пример двух причинно-следственных связей.
- Средняя температура планеты растет, жидкость начинает испаряться. Это касается и Мирового океана: некоторые ученые боятся, что через пару сотен лет он начнет «высыхать».
- При этом из-за высокой температуры ледники и морские льды начнут активно таять уже в ближайшее время. Это приведет к неизбежному росту уровня Мирового океана.
Мы уже наблюдаем регулярные потопы в прибрежных районах, но если уровень Мирового океана существенно возрастет, затоплены будут все приближенные участки суши, погибнет урожай.
Влияние на жизнь людей
Не стоит забывать, что повышение средней температуры Земли отразится и на нашей жизни. Последствия могут быть очень серьёзными. Многие территории нашей планеты, и так склонные к засухе, станут абсолютно не жизнеспособными, люди начнут массово мигрировать в другие регионы. Это неизбежно приведет к социально-экономическим проблемам, к началу третьей и четвертой мировых войн. Недостаток продовольствия, уничтожение урожаев – вот что ждет нас в ближайшее столетие.
Но обязательно ли ждет? Или все-таки можно что-то изменить? Может ли человечество снизить вред от парникового эффекта?
Действия, способные спасти Землю
На сегодняшний день известны все вредные факторы, которые приводят к накоплению парниковых газов, и мы знаем, что нужно делать, чтобы это остановить. Не стоит думать, что один человек ничего не изменит. Конечно, эффекта может добиться только все человечество, но кто знает – может, еще сотня людей в этот момент читает подобную статью?
Сохранение лесов
Остановка вырубки лесов. Растения – наше спасение! Кроме того, нужно не только сохранять существующие леса, но и активно высаживать новые.
Понять эту проблему должен каждый человек.
Фотосинтез настолько силен, что способен обеспечить нас огромным количеством кислорода. Его хватит для нормальной жизни людей и устранения вредных газов из атмосферы.
Использование электромобилей
Отказ от использования автомобилей на топливе. Каждый автомобиль выделяет огромное количество парниковых газов в год, так почему бы не сделать выбор в пользу здоровья окружающей среды? Ученые уже предлагают нам электромобили – экологически чистые машины, которые не используют топливо. Минус «топливный» автомобиль – еще один шаг к устранению парниковых газов. Во всем мире пытаются ускорить этот переход, но пока современные разработки таких машин далеки от совершенства. Даже в Японии, где наибольшее использование таких автомобилей, не готовы полностью переходить на их использование.
Альтернатива углеводородному топливу
Изобретение альтернативной энергии. Человечество не стоит на месте, так почему же мы «застряли» на использовании угля, нефти и газа? Сжигание этих природных компонентов приводит к накоплению парниковых газов в атмосфере, поэтому пора перейти на экологически чистый вид энергии.
Мы не можем полностью отказаться от всего того, что выделяет вредные газы. Зато мы можем способствовать увеличению кислорода в атмосфере. Не только настоящий мужчина должен посадить дерево – это обязан сделать каждый человек!
Что главное в решении любой проблемы? Не закрывать на нее глаза. Возможно, мы не замечаем вреда от парникового эффекта, но это точно заметят последующие поколения. Мы можем прекратить сжигать уголь и нефть, сохранить природную растительность планеты, отказаться от обычного автомобиля в пользу экологически чистого – и все для чего? Для того чтобы наша Земля существовала и после нас.
Парниковый эффект - это задержка атмосферой Земли теплового излучения планеты. Парниковый эффект наблюдал любой из нас: в теплицах или парниках температура всегда выше, чем снаружи. То же самое наблюдается и в масштабах Земного шара: солнечная энергия, проходя через атмосферу нагревает поверхность Земли, но излучаемая Землей тепловая энергии не может улетучиться обратно в космос, так как атмосфера Земли задерживает ее, действуя наподобие полиэтилена в парнике: она пропускает короткие световые волны от Солнца к Земле и задерживает длинные тепловые (или инфракрасные) волны, излучаемые поверхностью Земли. Возникает эффект парника.
Парниковый эффект возникает из-за наличия в атмосфере Земли газов, которые обладают способностью задерживать длинные волны. Они получили название «парниковых» или «тепличных» газов.Парниковые газы присутствовали в атмосфере в небольших количествах (около
0,1%) с момента ее образования. Этого количества было достаточно, чтобы поддерживать за счет парникового эффекта тепловой баланс Земли на уровне, пригодном для жизни. Это так называемый естественный парниковый эффект, не будь его средняя температура поверхности Земли была бы на 30°С меньше, т.е. не +14° С, как сейчас, а -17° С.Естественный парниковый эффект ничем не грозит ни Земле, ни человечеству, поскольку общее количество парниковых газов поддерживалось на одном уровне за счет круговорота природы, более того, ему мы обязаны жизнью, при условии, что не нарушается баланс.
Но увеличение в атмосфере концентрации парниковых газов приводит к усилению парникового эффекта и нарушению теплового баланса Земли. Именно это и произошло в последние два столетия развития цивилизации. Угольные электростанции, автомобильные выхлопы, заводские трубы и другие созданные человечеством источники загрязнения выбрасывают в атмосферу около 22 миллиардов тонн парниковых газов в год.
Роль парникового эффекта
Большое влияние на климат Земли оказывает состояние атмосферы, в частности, количество водяного пара и углекислого газа, имеющихся в ней. Повышение концентрации водяного пара вызывает увеличение облачности и, следовательно, - уменьшение количества солнечного тепла, поступающего на поверхность. А изменение концентрации углекислого газа СО 2 в атмосфере является причиной ослабления или усиления парникового эффекта , при котором углекислый газ частично поглощает тепло, излучаемоеЗемлёй в инфракрасном диапазоне спектра с последующим его переизлучением в сторону земной поверхности. В итоге температура поверхности и нижних слоёв атмосферы повышается. Таким образом, явление парникового эффекта существенно влияет на смягчение климата Земли. При его отсутствии средняя температура планеты была бы на 30-40°С ниже, чем есть на самом деле, и составляла бы не +15°С, а -15°С, а то и -25°С. При таких средних значениях температуры океаны очень быстро покрывались бы льдом, превращались в огромные морозильники, а жизнь на планете стала бы невозможной. На количество углекислого газа влияет много факторов, среди которых главные - вулканическая деятельность и жизнедеятельность земных организмов.
Но самое большое воздействие на состояние атмосферы, а, следовательно, и на климат Земли в планетарном масштабе, имеют внешние, астрономические факторы, такие как изменение потоков солнечной радиации вследствие непостоянства солнечной деятельности и изменения параметров земной орбиты. Астрономическая теория колебаний климата была создана ещё в 20-ые годы ХХ века. Установлено, что изменение эксцентриситета орбиты Земли от возможного минимального 0,0163 к возможному максимальному 0,066 может привести к разнице количества солнечной энергии, падающей на поверхность Земли в афелии и перигелии, на 25% за год. В зависимости от того, летом или зимой (для северного полушария) Земля проходит свой перигелий, такая величина изменения потока солнечной радиации может привести к общему потеплению или похолоданию на планете.
Теория дала возможность вычислить время ледниковых периодов в прошлом. С точностью до погрешностей определения геологических дат, век десятка предыдущих обледенений совпал с показаниями теории. Она же позволяет ответить на вопрос, когда должно настать следующее самое близкое обледенение: сегодня мы живём в межледниковую эпоху, и ближайшие 5000-10000 лет оно нам не угрожает.
Что такое парниковый эффект?
Понятие парникового эффекта сформировано в 1863г. Тиндалем.
Бытовым примером парникового эффекта может послужить нагревание изнутри автомобиля, когда он стоит на солнце с закрытыми окнами. Причина здесь в том, что солнечный свет проникает через окна и поглощается сидениями и другими предметами в салоне. При этом световая энергия переходит в тепловую, предметы нагреваются и выделяют тепло в виде инфракрасного, или теплового, излучения. В отличие от света оно не проникает сквозь стёкла наружу, то есть улавливается внутри автомобиля. За счёт этого повышается температура. То же самое происходит и в парниках, откуда и пошло само название этого эффекта парниковый эффект (или оранжерейный эффект)
. В глобальном масштабе содержащийся в воздухе углекислый газ играет ту же роль, что и стекло. Световая энергия проникает сквозь атмосферу, поглощается поверхностью земли, преобразуется в её тепловую энергию, и выделяется в виде инфракрасного излучения. Однако углекислый газ и некоторые другие газы, в отличие от других природных элементов атмосферы, его поглощают. При этом он нагревается и в свою очередь нагревает атмосферу в целом. Значит, чем больше в ней углекислого газа, тем больше инфракрасных лучей будет поглощено и тем теплее она станет.Температура и климат, к которому мы привыкли, обеспечиваются концентрацией углекислого газа в атмосфере на уровне 0,03%. Теперь мы увеличиваем эту концентрацию, и намечается тенденция к потеплению климата.
Когда обеспокоенные ученые еще несколько десятилетий назад предупреждали человечество об усилении парникового эффекта и угрозе глобального потепления, сперва на них смотрели как на комических стариков из старинной комедии. Но вскоре стало вовсе не до смеха. Глобальное потепление происходит, и очень быстро. Климат меняется на глазах: невиданная жара в Европе и Северной Америке вызывает не только массовые инфаркты, но и катастрофические наводнения.
В начале 60-ых годов в Томске мороз в 45° был делом обычным. В 70-ые падение столбика термометра ниже отметки 30° мороза уже вызывал смущение в умах сибиряков. Последнее десятилетие всё реже пугает нас такими холодами. Зато нормой у нас стали сильнейшие ураганы, которые разрушают крыши домов, ломают деревья, обрывают линии электропередач. Еще 25 лет назад в Томской области подобные явления были большой редкостью! Убеждать кого-то в том, что глобальное потепление стало фактом, уже не приходится достаточно посмотреть сообщения прессы, отечественной и международной. Жестокие засухи, чудовищные наводнения, ураганные ветры, невиданные доселе бури - теперь все мы стали невольными свидетелями этих явлений. В последние годы в Украине стоит невиданная жара, идут тропические ливни, которые приводят к сокрушительным наводнениям.
Деятельность человечества в начале XXI столетия приводит к стремительному повышению концентрации загрязняющих веществ в атмосфере, что вызывает угрозу разрушения её озонового слоя и резкого изменения климата, в частности, глобального потепления. Для снижения угрозы глобального экологического кризиса необходимо повсеместно значительно сократить выброс в атмосферу вредных газов. Ответственность за снижение таких выбросов должна быть разделена между всеми членами мирового сообщества, существенно различающимися по многим параметрам: уровню промышленного развития, доходу, социальной структуре и политической ориентации. В силу этих различий неизбежно возникает вопрос, в какой степени национальное правительство должно контролировать выбросы в атмосферу. Дискуссионность данной проблемы усиливается ещё и тем фактом, что до настоящего времени не достигнуто согласия по вопросу о воздействии на окружающую среду возрастающего парникового эффекта. Однако растёт понимание того, что с учётом угрозы глобального потепления со всеми вытекающими из этого разрушительными последствиями ограничение вредных выбросов в атмосферу становится задачей первостепенной важности.
Перед реальной угрозой исчезновения оказываются прибрежные районы Азовского и Черного морей. Катастрофические наводнения, с которыми мы уже имеем дело, тоже будут происходить гораздо чаще. Например, днепровские плотины, в частности Киевская, строились с учетом самых сокрушительных наводнений, когда-либо случавшихся на Днепре.
Быстрый рост промышленных и других загрязняющих атмосферу выбросов привёл к драматическому увеличению парникового эффекта и концентрации газов, разрушающих озоновый слой. Например, с момента начала промышленной революции концентрация в атмосфере углекислого газа СО 2 возросла на 26%, при этом более половины прироста приходится на период с начала 1960-х годов. Концентрация различных газообразных хлоридов, прежде всего разрушающих озоновый слой хлорфторуглеводородов (ХФУ ), лишь за 16 лет (с 1975 по 1990 годы) увеличилась на 114%. Уровень концентрации ещё одного газа, участвующего в создании парникового эффекта, метана
CH 4 , возрос на 143% с начала промышленной революции, в том числе около 30% этого роста приходится на период с начала 1970-х годов. До тех пор, пока не будут приняты безотлагательные меры на международном уровне, быстрый рост населения и увеличение его доходов будут сопровождаться ускорением концентрации этих химических веществ.С того момента, когда началось тщательное документальное фиксирование данных о погодных условиях, 1980-е годы явились наиболее тёплым десятилетием. Семь из зафиксированных наиболее жарких лет приходились на 1980, 1981, 1983, 1987, 1988, 1989 и 1990 годы, причём самым жарким за всю историю наблюдения был 1990 год. Однако до настоящего времени учёные не могут сказать наверняка, является ли подобное потепление климата тенденцией под воздействием парникового эффекта или же это всего лишь естественные, природные колебания. Ведь климат испытывал и ранее подобные изменения и колебания. В продолжение последнего миллиона лет произошло восемь так называемых ледниковых периодов, когда гигантский ледяной ковер достиг в Европе широт Киева, а в Америке - Нью-Йорка. Последний ледниковый период завершился около 18 тысяч лет назад, и в то время средняя температура была на 5° ниже, нежели сейчас. Соответственно и уровень мирового океана был на 120м ниже нынешнего.
Во время последнего ледникового периода содержание СО 2 в атмосфере падало до 0,200, тогда как для двух последних периодов потепления оно составляло 0,280. Таким оно и было в начале XIX века. Затем оно постепенно стало увеличиваться и достигло нынешнего значения, составляющего примерно 0,347. Из этого следует, что за 200 лет, прошедших с начала Промышленной революции, природный контроль за содержанием углекислого газа в атмосфере с помощью замкнутого цикла между атмосферой, океаном, растительностью и процессами органического и неорганического распада был грубо нарушен.
До сих пор неясно, являются ли указанные параметры потепления климата действительно статически значимыми. Так, например, некоторые исследователи отмечают, что данные, характеризующие потепление климата, существенно ниже показателей, рассчитанных с помощью компьютерных прогнозов на основе данных об уровне выбросов в предшествовавшие годы. Учёные знают, что некоторые виды загрязнителей на самом деле могут замедлять процесс потепления путём отражения в космическое пространство ультрафиолетовых лучей. Так что вопрос о том, происходит ли последовательное изменение климата или же эти изменения носят временный характер, маскирующий долговременное воздействие возрастающего парникового эффекта и разрушения озонового слоя, является дискуссионным. Хотя на статистическом уровне мало доказательств того, что потепление климата устойчивая тенденция, однако оценка потенциальных катастрофических последствий потепления климата вызвала всеобщие призывы к принятию предупредительных мер.
Ещё одним важным проявлением глобального потепления является потепление мирового океана. В 1989 году А. Стронг из Национального управления по исследованиям атмосферы и океана доложил: «Измерения температуры океанической поверхности, произведённые со спутников в период с 1982 по 1988 годы показывают, что мировой океан постепенно, но заметно нагревается примерно на 0,1°С в год». Это чрезвычайно важно, так как из-за своей колоссальной теплоемкости океаны почти не реагируют на случайные климатические изменения. Обнаруженная тенденция к их потеплению доказывает серьёзность проблемы.
Возникновение парникового эффекта:
Очевидная причина возникновения парникового эффекта - использование традиционных энергоносителей промышленность и автомобилистами. К менее очевидным причинам можно отнести сведение лесов, переработку отходов, и добычу угля. Значительно способствуют увеличению парникового эффекта хлорфторуглеводороды (ХФУ), углекислый газ СО 2 , метан СН 4 , окислы серы и азота.
Однако наибольшую роль в этом процессе играет всё же углекислый газ, поскольку у него относительно длинный жизненный цикл в атмосфере и во всех странах его объёмы непрестанно возрастают. Источники СО 2 могут быть разделены на две основных категории: промышленное производство и прочие, составляющие соответственно 77% и 23% общего объема его выброса в атмосферу. На всю группу развивающихся стран (примерно 3/4 мировой численности населения) приходится менее 1/3 общего объёма промышленных выбросов СО 2 . Если исключить их этой группы стран Китай, то этот показатель снизится примерно до 1/5. Поскольку в более богатых странах уровень доходов, а соответственно и потребления выше, то и объём вредных выбросов в атмосферу на душу населения значительно выше. Например, уровень выбросов на душу населения в США более чем в 2 раза превышает среднеевропейский, в 19 раз среднеафриканский и в 25 раз соответствующий показатель для Индии. Однако в последнее время в развитых странах (в частности, в США) намечается тенденция постепенного сворачивания вредного для окружающей среды и населения производства и перенесения его в менее развитые страны. Таким образом, правительство США заботится о сохранении благоприятной экологической обстановки в своей стране, сохраняя при этом своё экономическое благополучие.
Хотя доля стран третьего мира в промышленных выбросах СО 2 относительно небольшая, на них приходится практически весь объём его прочих выбросов в атмосферу. Основная причина этого применение техники выжигания лесов для вовлечения в сельскохозяйственный оборот новых земель. Показатель объёма выбросов в атмосферу по этой статье рассчитывается следующим образом: предполагается, что весь объём СО 2 , содержащийся в растениях, при сжигании попадает в атмосферу. Подсчитано, что на огневое сведение лесов приходится 25% всех выбросов в атмосферу. Наверное, ещё большее значение имеет тот факт, что в процессе сведения лесов уничтожается источник атмосферного кислорода. Влажные тропические леса представляют собой важный механизм самовосстановления экосистемы, поскольку деревья поглощают углекислый газ и выделяют в процессе фотосинтеза кислород. Уничтожение тропических лесов уменьшает способность окружающей среды поглощать углекислый газ. Таким образом, именно особенности процесса обработки земли в развивающихся странах определяют столь значительный вклад последних в повышение парникового эффекта.
В природной биосфере содержание углекислого газа в воздухе поддерживалось на одном уровне, так как его поступление равнялось удалению. Этот процесс обуславливался круговоротом углерода, в ходе которого количество углекислого газа, извлекаемого из атмосферы фотосинтезирующими растениями, компенсируется за счёт дыхания и горения. В настоящее время люди активно нарушают это равновесие, сводя леса и используя ископаемое топливо. Сжигание каждого его фунта (угля, нефтепродуктов и природного газа) приводит к образованию примерно трёх фунтов, или 2м 3 , углекислого газа (вес утраивается, поскольку каждый атом углерода топлива в процессе горения и превращения в углекислый газ присоединяет два атома кислорода). Химическая формула горения углерода выглядит следующим образом:
С + О 2 → СО 2
Каждый год сжигается около 2 млрд. т ископаемого топлива, значит, в атмосферу попадает почти 5,5 млрд. т углекислого газа. Ещё приблизительно 1,7 млрд. т его поступает туда же за счёт сведения и выжигания тропических лесов и окисления органического вещества почвы (гумуса). В связи с этим люди пытаются как можно больше сократить выбросы вредных газов в атмосферу, пытаются найти новые пути реализации своих традиционных потребностей. Интересным примером этому может послужить разработка новых, экологически безвредных кондиционеров. Кондиционеры играют немалую роль в возникновении «парникового эффекта». Их использование приводит к увеличению автомобильных выбросов. К этому необходимо добавить незначительную, но неизбежную потерю охлаждающего вещества, которое улетучивается под высоким давлением, например, через уплотнители в месте соединения шлангов. Это охлаждающее вещество имеет такое же воздействие на климат, как и остальные способствующие возникновению «парникового эффекта» газы. Поэтому исследователи занялись поиском экологически чистого охлаждающего вещества. Углеводороды, обладающие хорошими охлаждающими качествами, нельзя использовать из-за высокой воспламеняемости. Поэтому выбор ученых пал на двуокись углерода. СО 2 является естественным составляющим воздуха. Необходимый для кондиционера СО 2 появляется как побочный продукт многих промышленных производств. Кроме того, для естественного СО 2 не придется создавать целую инфраструктуру по обслуживанию и переработке. СО 2 не требует больших затрат и его можно найти по всему миру.
Двуокись углерода использовали в качестве охлаждающего вещества уже в прошлом столетии при ловле рыбы. В 30-х годах на смену СО 2 пришли синтетические и вредные для окружающей среды вещества. Они сделали возможным использование под высоким давлением более простой техники. Учёные разрабатывают компоненты совершенно новой охладительной системы с использованием СО 2 . В эту систему входят компрессор, охладитель газа, расширитель, испаритель, коллектор и внутренний теплообменник. Необходимое для СО 2 высокое давление с учетом более совершенных, чем раньше, материалов не представляет большой опасности. Несмотря на их повышенную устойчивость к давлению, новые компоненты по своим габаритам и весу сравнимы с обычными установками. Испытания нового автомобильного кондиционера показывают, что использование двуокиси углерода в качестве охлаждающего вещества позволяет на треть снизить выброс парниковых газов.
Постоянное увеличение количества сжигаемого органического топлива (угля, нефти, газа, торфа и др.) приводит к повышению концентрации СО 2 в атмосферном воздухе (в начале ХХ века - 0,029%, сегодня - 0,034%). Прогнозы показывают, что к середине
XXI века содержание СО 2 удвоится, что приведёт к резкому усилению парникового эффекта, и температура на планете повысится. Возникнут ещё две опасные проблемы: быстрое таяние ледников в Арктике и Антарктике, «вечной» мерзлоты тундр и поднятие уровня Мирового океана. Такие изменения будут сопровождаться изменением климата, которые даже тяжело предусмотреть. Следовательно, проблема состоит не просто в парниковом эффекте, а в его искусственном росте, порожденном человеческой деятельностью, изменении оптимального содержания парниковых газов в атмосфере. Промышленная деятельность человека приводит к заметному их увеличению и появлению угрожающей диспропорции. Если человечество не сможет принять эффективные меры по ограничению выбросов парниковых газов и сохранению лесов, температура, согласно данным ООН, через 30 лет вырастет еще на 3°. Одним из решений проблемы являются экологически чистые источники энергии, которые не добавляли бы углекислый газ и большого количества тепла в атмосферу. Например, уже сейчас успешно используется небольшие гелиоустановки, потребляющие солнечное тепло вместо топлива.
