Причины, современное состояние и пути решения проблемы усиления парникового эффекта. Парниковые газы Накопление каких газов в атмосфере земли усиливает

Страница 4 из 10

Образование атмосферы Земли началось в далекие времена — в протопланетный этап развития Земли, в период активных вулканических извержений с выбросом огромного количества газов. Позже, когда на Земле появились океаны и биосфера, образование атмосферы продолжилось за счет газообмена между водой, растениями, животными и продуктами их разложения.

В течение всей геологической истории атмосфера Земли претерпела ряд глубоких трансформаций.

Первичная атмосфера Земли. Восстановительная.

В состав первичной атмосферы Земли на протопланетной стадии развития Земли (более 4,2 млрд л. н.) входили преимущественно метан, аммиак и углекислый газ. Затем в результате дегазации мантии Земли и непрерывных процессов выветривания на поверхности земли, состав первичной атмосферы Земли обогатился парами воды, соединениями углерода (СO 2 , СО) и серы, а также сильными галогенными кислотами (НСI, НF, НI) и борной кислотой. Первичная атмосфера была очень тонкая.

Вторичная атмосфера Земли. Окислительная.

В дальнейшем первичная атмосфера стала трансформироваться во вторичную. Это произошло в результате тех же процессов выветривания, происходивших на поверхности земли, вулканической и солнечной активности, а также вследствие жизнедеятельности цианобактерий и сине-зеленых водорослей.

Результатом трансформации стало разложение метана на водород и углекислоту, аммиака – на азот и водород. В атмосфере Земли стали накапливаться углекислый газ и азот.

Сине-зеленые водоросли посредством фотосинтеза стали вырабатывать кислород, который практически весь тратился на окисление других газов и горных пород. В результате этого аммиак окислился до молекулярного азота, метан и оксид углерода – до углекислоты, сера и сероводород – до SO 2 и SO 3 .

Таким образом, атмосфера из восстановительной постепенно превратилась в окислительную.

Образование и эволюция углекислого газа в первичной и вторичной атмосфере.

Источники углекислого газа на ранних этапах образования атмосферы Земли:

• Окисление метана,
• Дегазация мантии Земли,
• Выветривание горных пород.

На рубеже протерозоя и палеозоя (ок. 600 млн. л.н.) содержание углекислого газа в атмосфере уменьшилось и составило всего лишь десятые доли процента от общего объема газов в атмосфере.

Современного уровня содержания в атмосфере углекислый газ достиг лишь 10-20 млн. лет назад.

Образование и эволюция кислорода в первичной и вторичной атмосфере Земли.

Источники кислорода на ранних этапах образования атмосферы Земли:

• Дегазация мантии Земли – практически весь кислород тратился на окислительные процессы.
• Фотодиссоциация воды (разложения на молекулы водорода и кислорода) в атмосфере под действием ультрафиолетового излучения — в результате в атмосфере появились свободные молекулы кислорода.
• Переработка углекислоты в кислород эукариотами. Появление свободного кислорода в атмосфере привело к гибели прокариот (приспособленных к жизни в восстановительных условиях) и появлению эукариот (приспособившихся жить в окислительной среде).

Изменение концентрации кислорода в атмосфере Земли.

Архей — первая половина протерозоя – концентрация кислорода 0,01% современного уровня (точка Юри). Практически весь возникающий кислород расходовался на окисление железа и серы. Это продолжалось до тех пор, пока все двухвалентное железо, находящееся на поверхности земли, не окислилось. С этого момента кислород стал накапливаться в атмосфере.

Вторая половина протерозоя – конец раннего венда – концентрация кислорода в атмосфере 0,1% от современного уровня (точка Пастера).

Поздний венд — силурийский период. Свободный кислород стимулировал развитие жизни — анаэробный процесс брожения сменился энергетически более перспективным и прогрессивным кислородным метаболизмом. С этого момента накопление кислорода в атмосфере происходило довольно быстро. Выход растений из моря на сушу (450 млн. л. н.) привел к стабилизации уровня кислорода в атмосфере.

Середина мелового периода . Окончательная стабилизация концентрации кислорода в атмосфере связана с появлением цветковых растений (100 млн. л. н.).

Образование и эволюция азота в первичной и вторичной атмосфере Земли.

Азот образовался на ранних стадиях развития Земли за счет разложения аммиака. Связывание атмосферного азота и захоронение его в морских осадках началось с появлением организмов. После выхода живых организмов на сушу, азот стал захороняться и в континентальных осадках. Процесс связывания азота особенно усилился с появлением наземных растений.

Таким образом, состав атмосферы Земли определял особенности жизнедеятельности организмов, способствовал их эволюции, развитию и расселению по поверхности земли. Но в истории Земли бывали порой и сбои в распределении газового состава. Причиной этого служили различные катастрофы, которые не раз возникали в течение криптозоя и фанерозоя. Эти сбои приводили к массовым вымираниям органического мира.

Состав древней и современной атмосферы Земли в процентном соотношении приведен в таблице 1.

Таблица 1. Состав первичной и современной атмосферы Земли.

Это была статья «Образование атмосферы Земли. Первичная и вторичная атмосфера Земли». Далее читайте: «

Парниковый эффект в атмосфере нашей планеты вызван тем, что поток энергии в инфракрасном диапазоне спектра, поднимающийся от поверхности Земли, поглощается молекулами газов атмосферы, и излучается обратно в разные стороны, в результате половина поглощенной молекулами парниковых газов энергии возвращается обратно к поверхности Земли, вызывая её разогрев. Следует отметить, что парниковый эффект - это естественное атмосферное явление (рис.5). Если бы на Земле вообще не было парникового эффекта, то средняя температура на нашей планеты была бы около -21°С, а так, благодаря парниковым газам, она составляет +14°С. Поэтому, чисто теоретически, деятельность человека, сопряжённая с выбросом парниковых газов в атмосферу Земли, должна приводить к дальнейшему разогреву планеты. Основными парниковыми газами, в порядке их оцениваемого воздействия на тепловой баланс Земли, являются водяной пар (36-70%), углекислый газ (9-26%), метан (4-9%), галоуглероды, оксид азота.

Рис.

Угольные электростанции, заводские трубы, автомобильные выхлопы и другие созданные человечеством источники загрязнения вместе выбрасывают в атмосферу около 22 миллиардов тонн углекислого газа и других парниковых газов в год. Животноводство, применение удобрений, сжигание угля и другие источники дают около 250 миллионов тонн метана в год. Около половины всех парниковых газов, выброшенных человечеством, осталось в атмосфере. Около трёх четвертей всех антропогенных выбросов парниковых газов за последние 20 лет вызваны использованием нефти, природного газа и угля (рис.6). Большая часть остального вызвана изменениями ландшафта, в первую очередь вырубкой лесов.

Рис.

Водяной пар - самый главный на сегодня парниковый газ. Однако водяной пар участвует и во множестве других процессов, что делает его роль далеко неоднозначной в разных условиях.

Прежде всего, при испарении с поверхности Земли и дальнейшей конденсации в атмосфере, в нижние слои атмосферы (тропосферу) благодаря конвекции переносится до 40% от всего тепла, поступающего в атмосферу. Таким образом, водяной пар при испарении несколько понижает температуру поверхности. Но выделившееся в результате конденсации в атмосфере тепло идет на ее разогрев, и в дальнейшем, на разогрев и самой поверхности Земли.

Но после конденсации водяного пара образуются водяные капельки либо кристаллики льда, которые интенсивно участвуют в процессах рассеяния солнечного света, отражая часть солнечной энергии назад в космос. Облака, как раз представляющие из себя скопления этих капелек и кристалликов, увеличивают долю солнечной энергии (альбедо), отражаемой самой атмосферой обратно в космос (а дальше осадки из облаков могут выпасть в виде снега, увеличивая альбедо поверхности).

Однако у водяного пара, даже сконденсированного в капельки и кристаллики, все равно остаются мощные полосы поглощения в инфракрасной области спектра, а значит роль тех же облаков далеко не однозначна. Двойственность эта особенно заметна в следующих крайних случаях - при покрытии облаками неба в солнечную летнюю погоду температура на поверхности снижается, а если то же самое происходит зимней ночью, то наоборот, повышается. На окончательный результат влияет и положение облаков - на низких высотах мощная облачность отражает много солнечной энергии, и баланс может быть в данном случае в пользу антипарникового эффекта, а вот на больших высотах, разреженные перистые облака пропускают довольно много солнечной энергии вниз, но даже разреженные облака являются почти непреодолимы препятствием для инфракрасного излучения и, и тут можно говорить о преобладании парникового эффекта.

Еще одна особенность водяного пара - влажная атмосфера в некоторой степени способствует связыванию другого парникового газа - углекислого, и переносу его дождевыми осадками к поверхности Земли, где он в результате дальнейших процессов может быть израсходован в процессах образования карбонатов и горючих полезных ископаемых.

Человеческая деятельность очень слабо непосредственно влияет на содержание водяного пара в атмосфере - только лишь за счет роста площади орошаемых земель, изменения площади болот и работы энергетики, что на фоне испарения со всей водной поверхности Земли и вулканической деятельности ничтожно мало. Из-за этого довольно часто на нем мало акцентируется внимание при рассмотрении проблемы парникового эффекта.

Однако косвенное влияние на содержание водяного пара может быть очень велико, за счет обратных связей между содержанием водяного пара в атмосфере и потеплением, вызванном другими парниковыми газами, что мы сейчас и рассмотрим.

Известно, что при увеличении температуры увеличивается и испарение водяного пара, и на каждые 10 °С возможное содержание водяного пара в воздухе почти удваивается. Например, при 0 °С давление насыщенного пара составляет около 6 мб, при +10 °С - 12 мб, а при +20 °С - 23 мб.

Видно, что содержание водяного пара сильно зависит от температуры, и при понижении ее по каким-либо причинам, во-первых, понижается сам парниковый эффект водяного пара (благодаря уменьшившемуся содержанию), а во-вторых, происходит конденсация водяного пара, которая конечно, сильно тормозит понижение температуры за счет выделения конденсационного тепла, но зато уже после конденсации увеличивается отражение солнечной энергии, как самой атмосферы (рассеяние на капельках и кристаллах льда), так и поверхности (выпадение снега), что дополнительно понижает температуру.

При повышении температуры содержание водяного пара в атмосфере растет, его парниковый эффект увеличивается, что усиливает первоначальное повышение температуры. В принципе, растет и облачность (больше водяного пара попадает в относительно холодные области), однако крайне слабо - по данным И. Мохова порядка 0,4% на градус потепления, что не может сильно повлиять на рост отражения солнечной энергии.

Углекислый газ - второй по вкладу в парниковый эффект на сегодня, не вымораживается при понижении температуры, и продолжает создавать парниковый эффект даже при самых низких температурах, возможных в земных условиях. Вероятно, именно благодаря постепенному накоплению углекислого газа в атмосфере вследствии вулканической деятельности, Земля смогла выйти из состояния мощнейших оледенений (когда даже на экватор был покрыт мощнейшим слоем льда), в которые она попадала в начале и конце протерозоя.

Углекислый газ вовлечен в мощный круговорот углерода в системе литосфера-гидросфера-атмосфера, и изменение земного климата связывают прежде всего с изменением баланса его поступления в атмосферу и выведения из нее.

Благодаря относительно высокой растворимости углекислого газа в воде, содержание углекислого газа в гидросфере (прежде всего океаны) сейчас составляет 4х104 Гт (гигатонн) углерода (отсюда и далее приводятся данные по СО2 в пересчете на углерод), включая глубинные слои (Путвинский, 1998). В атмосфере в настоящее время содержится около 7,5х102 Гт углерода (Алексеев и др., 1999). Небольшим содержание СО2 в атмосфере было далеко не всегда - так в архее (около 3,5 млрд. лет назад) атмосфера состояла почти на 85-90% из углекислого газа, при существенно большем давлении и температуре (Сорохтин, Ушаков, 1997). Однако поступление значительных масс воды на поверхность Земли в результате дегазации недр, а также возникновение жизни обеспечило связывание почти всего атмосферного и значительной части растворенного в воде углекислого газа в виде карбонатов (в литосфере хранится около 5,5х107 Гт углерода (доклад МГЭИК, 2000)). Также углекислый газ стал преобразовываться живыми организмами в различные формы горючих полезных ископаемых. Кроме того, связывание части углекислого газа произошло и за счет накопления биомассы, общие запасы углерода в которой сравнимы с запасами в атмосфере, а учитывая еще и почвы - превышает в несколько раз.

Однако, нас прежде всего интересуют потоки, обеспечивающие поступление углекислого газа в атмосферу, и выводящие его из нее. Литосфера сейчас обеспечивает весьма небольшой поток углекислого газа, поступающего в атмосферу прежде всего благодаря вулканической деятельности - около 0.1 Гт углерода в год (Путвинский, 1998). Значительно большие потоки наблюдаются в системах океан (вместе с обитающими там организмами) - атмосфера, и наземная биота - атмосфера. В океан ежегодно поступает из атмосферы около 92 Гт углерода и 90 Гт возвращается обратно в атмосферу (Путвинский, 1998). Таким образом, океаном ежегодно дополнительно изымается из атмосферы около 2 Гт углерода. В то же время в процессах дыхания и разложения наземных умерших живых существ в атмосферу поступает около 100 Гт углерода в год. В процессах фотосинтеза наземной растительностью изымается из атмосферы тоже около 100 Гт углерода (Путвинский, 1998). Как мы видим, механизм поступления и изъятия углерода из атмосферы достаточно сбалансирован, обеспечивая приблизительно равные потоки. Современная жизнедеятельность человека включает в этот механизм все увеличивающийся дополнительный поток углерода в атмосферу за счет сжигания горючих ископаемых (нефть, газ, уголь и пр.) - по данным, например, за период 1989-99 гг., в среднем около 6,3 Гт в год. Также поток углерода в атмосферу увеличивается и за счет вырубки и частичного сжигания лесов - до 1,7 Гт в год (доклад МГЭИК, 2000), при этом прирост биомассы, способствующий поглощению СО2 составляет всего около 0,2 Гт в год вместо почти 2 Гт в год. Даже учитывая возможность поглощения около 2 Гт дополнительного углерода океаном, все равно остается довольно значимый дополнительный поток (к настоящему времени около 6 Гт в год), увеличивающий содержание углекислого газа в атмосфере. Кроме того, поглощение углекислого газа оканом уже в ближайшем будущем может уменьшится, и даже возможен обратный процесс - выделение углекислого газа из Мирового океана. Это связано с понижением растворимости углекислого газа при повышении температуры воды - так, например, при повышении температуры воды всего с 5 до 10 °С, коэффициент растворимости углекислого газа в ней уменьшается приблизительно с 1,4 до 1,2.

Итак, поток углекислого газа в атмосферу, вызываемый хозяйственной деятельностью не велик по сравнению с некоторыми естественными потоками, однако его нескоменсированность приводит к постепенному накоплению СО2 в атмосфере, что разрушает баланс поступления и изъятия СО2, складывавшийся за миллиарды лет эволюции Земли и жизни на ней.

Многочисленные факты геологического и исторического прошлого свидетельствуют о связи между изменениями климата и колебаниями содержания парниковых газов. В период от 4 до 3,5 млрд. лет назад яркость Солнца была примерно на 30% меньше, чем сейчас. Однако и под лучами молодого, «бледного» Солнца на Земле развивалась жизнь и образовывались осадочные породы: по крайней мере на части земной поверхности температура была выше точки замерзания воды. Некоторые ученые высказывают предположение, что в ту пору в земной атмосфере содержал ось в 1000 раз больше диоксида углерода , чем сейчас, и это компенсировало нехватку солнечной энергии, поскольку больше тепла, излучаемого Землей, оставалось в атмосфере. Усиливавшийся парниковый эффект мог стать одной из причин исключительно теплого климата позднее - в мезозойскую эру (эпоху динозавров). По данным анализа ископаемых остатков на Земле в ту пору было на 10-15 ос теплее, чем сейчас. Следует заметить, что тогда, 100 млн. лет назад и раньше, континенты занимали иное положение, чем в наше время, и океаническая циркуляция также была иной, поэтому перенос тепла от тропиков в полярные районы мог быть больше. Однако расчеты, выполненные Эриком Дж. Барроном, работающим сейчас в Пенсильванском университете, и другими исследователями, показывают, что с палеоконтинентальной географией могло быть связано не более половины мезозойского потепления. Остающуюся часть потепления легко объяснить ростом содержания диоксида углерода. Это предположение было впервые выдвинуто советскими учеными А. Б. Роновым из Государственного гидрологического института и М. И. Будыко из Главной геофизической обсерватории. Расчеты, подтверждающие это предложение, были проведены Эриком Барроном, Старли Л. Томпсоном из Национального центра атмосферных исследований (NCAR). Из геохимической модели, разработанной Робертом А. Бернером и Антонио К. Ласагой из Йельского университета и ныне покойным Робертом. Поля в штате Техас превратились в пустыню, после того как здесь в 1983 г. некоторое время продержалась засуха Такую картину, как показывают расчеты по компьютерным моделям, можно будет наблюдать во многих местах, если в результате глобального потепления уменьшится влажность почвы в центральных районах континентов, где сосредоточено производство зерна.

М. Гаррелсом из Университета Южной Флориды, следует, что диоксид углерода мог выделяться при исключительно сильной вулканической активности на срединно-океанических хребтах, где поднимающаяся магма формирует новое океаническое дно. Прямые свидетельства, указывающие на связь во время оледенений между содержанием в атмосфере парниковых газов и климатом, можно «извлечь» из пузырьков воздуха, включенных в антарктический лед, который образовался в древние эпохи в результате спрессовывания падающего снега. Группа исследователей, возглавляемая Клодом Лорью из Лаборатории гляциологии и геофизики в Гренобле, изучила колонку льда длиной 2000 м (соответствующую периоду продолжительностью 160 тыс. лет), полученную советскими исследователями на станции «Восток» в Антарктиде. Лабораторный анализ газов, заключенных в этой колонке льда, показал, что в древней атмосфере концентрации диоксида углерода и метана менялись согласованно и, что более важно, «в такт» с изменениями средней локальной температуры (она была определена по отношению концентраций изотопов водорода в молекулах воды). Во время последнего межледникового периода, продолжающегося уже 10 тыс. лет, и в предшествующее ему межледниковье (130 тыс. лет назад) продолжительностью также 10 тыс. лет, средняя температура в этом районе была на 10 ос выше, чем во время оледенений. (В целом на Земле в указанные периоды было на 5 ос теплее.) В эти же периоды в атмосфере содержал ось на 25% больше диоксида углерода и на 100070 больше метана, чем во время оледенений. Неясно, было ли причиной изменение содержания парниковых газов, а следствием климатические изменения или наоборот. Скорее всего, причиной оледенений были изменения орбиты Земли и особая динамика продвижения и отступания ледников; однако эти климатические колебания могли усиливаться благодаря изменениям биоты и колебаниям океанической циркуляции, влияющим на содержание парниковых газов в атмосфере. Еще более подробные данные о флуктуациях содержания парниковых газов и изменениях климата имеются для последних 100 лет, за которые произошло дальнейшее увеличение на 25% концентрации диоксида углерода и на 100% метана. «Записи» средней температуры на земном шаре для последних 100 лет были изучены двумя группами исследователей, возглавляемыми Джеймсом Э. Хансеном из Годдардовского института космических исследований Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства, и Т. М. Л. Уигли из Отдела климата Университета Восточной Англии.

Задержка тепла атмосферой - основной компонент энергетического баланса Земли (рис.8). Примерно 30% энергии, поступающей от Солнца, отражается (слева) либо от облаков, либо от частиц, либо от поверхности Земли; остальные 70% поглощаются. Поглощенная энергия переизлучается в инфракрасном диапазоне поверхностью планеты.

Рис.

Эти ученые воспользовались данными измерений на метеостанциях, разбросанных по всем континентам (группа из Отдела климата включила также в анализ данные измерений на море). Вместе с тем в двух группах были приняты разные методики анализа наблюдений и учета «искажений», связанных, например, с тем, что некоторые метеостанции за сто лет «переехали» на другое место, а некоторые, расположенные в городах, давали данные, «загрязненные» влиянием тепла, выделяемого промышленными предприятиями или накапливаемого за день зданиями и мостовой. Последний эффект, приводящий к появлению «островов тепла», очень заметен в развитых странах, например в США. Вместе с тем, даже если рассчитанную для США поправку (она была получена Томасом Р. Карлом из Национального центра климатических данных в Эшвилле, шт. Северная Каролина, и П. Д. Джоунсом из Университета Восточной Англии) распространить на все данные по земному шару, в обеих записях останется «<реальное» потепление величиной 0,5 О С, относящееся к последним 100 годам. В согласии с общей тенденцией 1980-е годы остаются самым теплым десятилетием, а 1988, 1987 и 1981 гг. - наиболее теплыми годами (в порядке перечисления). Можно ли считать это «сигналом» парникового потепления? Казалось бы, можно, однако в действительности факты не столь однозначны. Возьмем для примера такое обстоятельство: вместо неуклонного потепления, какое можно ожидать от парникового эффекта, быстрое повышение температуры, происходившее до конца второй мировой войны, сменилось небольшим похолоданием, продлившимся до середины 1970-х годов, за которым последовал второй период быстрого потепления, продолжающийся по сей день. Какой характер примет изменение температуры в ближайшее время? Чтобы дать такой прогноз, необходимо ответить на три вопроса. Какое количество диоксида углерода и других парниковых газов будет выброшено в атмосферу? Насколько при этом возрастет концентрация этих газов в атмосфере? Какой климатический эффект вызовет это повышение концентрации, если будут действовать естественные и антропогенные факторы, которые могут ослаблять или усиливать климатические изменения? Прогноз выбросов - нелегкая задача для исследователей, занимающихся анализом человеческой деятельности. Какое количество диоксида углерода попадет в атмосферу, зависит главным образом от того, сколько ископаемого топлива будет сожжено и сколько лесов вырублено (последний фактор ответствен за половину прироста парниковых газов с 1800 г. и за 20070прироста в наше время). И тот и другой фактор зависят в свою очередь от множества причин. Так, на потреблении ископаемого топлива сказываются рост населения, переход к альтернативным источникам энергии и меры по экономии энергии, а также состояние мировой экономики. Прогнозы в основном сводятся к тому, что потребление ископаемого топлива на земном шаре в целом будет увеличиваться примерно с той же скоростью, что и сегодня намного медленнее, чем до энергетического кризиса 1970-х годов. В результате эмиссия (поступление в атмосферу) диоксида углерода в ближайшие несколько десятилетий, будет увеличиваться на 0,5-2070 в год. Другие парниковые газы, такие как ХФУ, оксиды азота и тропосферный озон, могут вносить в потепление климата почти столь же большой вклад, что и диоксид углерода, хотя в атмосферу их попадает значительно меньше: объясняется это тем, что они более эффективно поглощают солнечную радиацию. Предсказать, какова будет эмиссия этих газов - задача еще более трудная. Так, например, не вполне ясно происхождение некоторых газов, в частности метана; величина выбросов других газов, таких как ХФУ или озон, будет зависеть от того, какие изменения в технологии и политике произойдут в ближайшем будущем.

Обмен углеродом между атмосферой и различными «резервуарами» на Земле (рис.9). Каждое число указывает в миллиардах тонн приход или уход углерода (в форме диоксида) за год или его запас в резервуаре. В этих естественных циклах, один из которых «замыкается» на сушу,а другой на океан, из атмосферы удаляется ровно столько диоксида углерода, сколько в нее поступает, однако человеческая деятельность - сведение лесов и сжигание ископаемого топлива - приводит к тому, что содержание углерода в атмосфере ежегодно повышается на 3 млрд. тонн. Данные заимствованы из работы Берта Болина, работающего в Стокгольмском университете

Рис.9

Предположим, мы имеем разумный прогноз того, как будет изменяться эмиссия диоксида углерода. Какие изменения в этом случае произойдут с концентрацией этого газа в атмосфере? Атмосферный диоксид углерода «потребляется» растениями, а также океаном, где он расходуется на химические и биологические процессы. С изменением концентрации атмосферного диоксида углерода будет, вероятно, меняться и скорость «потребления» этого газа. Иными словами, процессы, обусловливающие изменение содержания атмосферного диоксида углерода, должны включать обратную связь. Диоксид углерода является «сырьем» для фотосинтеза в растениях, поэтому потребление его растениями скорее всего будет увеличиваться с накоплением его в атмосфере, что замедлит это накопление. Аналогично этому, поскольку содержание диоксида углерода в поверхностных водах океана находится в примерном равновесии с его содержанием в атмосфере, увеличение поглощения диоксида углерода океанской водой приведет к замедлению его накопления в атмосфере. Может случиться, однако, что накопление в атмосфере диоксида углерода и других парниковых газов приведет в действие механизмы положительной Обратной связи, которые будут усиливать климатический эффект. Так, быстрые изменения климата могут привести к исчезновению части лесов и других экосистем, что ослабит способность биосферы поглощать диоксид углерода. Более того, потепление может привести к быстрому высвобождению углерода, содержащегося в почве в составе мертвой органической материи. Этот углерод, количество которого вдвое выше, чем в атмосфере, постоянно превращается в диоксид углерода и метан под действием почвенных бактерий. Потепление может ускорить их «работу», в результате чего ускорится выделение диоксида углерода (из сухих почв) и метана (из районов, занятых рисовыми полями, из свалок и заболоченных земель). Довольно много" метана запасено также в осадках на континентальном шельфе и ниже слоя вечной мерзлоты в Арктике в виде клатратов - молекулярных решеток, состоящих из молекул метана и воды. Потепление шельфовых вод и таяние вечной мерзлоты могут привести к высвобождению метана. Несмотря на указанные неопределенности, многие исследователи считают, что поглощение диоксида углерода растениями и океаном замедлит накопление этого газа в атмосфере - по крайней мере в ближайшие 50-100 лет. Типичные оценки, основанные на существующей в настоящее время скорости эмиссии, показывают, что из всего количества диоксида углерода, попадающего в атмосферу, оставаться там будет примерно половина. Из этого следует, что удвоение концентрации диоксида углерода по сравнению с 1900 г. (до уровня 600 млн. произойдет примерно между 2030 и 2080 гг. Вместе с тем другие парниковые газы будут, скорее всего, накапливаться в атмосфере быстрее.

Парниковые газы

Парниковые газы -- газы, которые предположительно вызывают глобальный парниковый эффект.

Основными парниковыми газами, в порядке их оцениваемого воздействия на тепловой баланс Земли, являются водяной пар, углекислый газ, метан, озон, галоуглероды и оксид азота.

Водяной пар

Водяной пар -- основной естественный парниковый газ, ответственный более, чем за 60 % эффекта. Прямое антропогенное воздействие на этот источник незначительно. В то же время, увеличение температуры Земли, вызванное другими факторами, увеличивает испарение и общую концентрацию водяного пара в атмосфере при практически постоянной относительной влажности, что, в свою очередь, повышает парниковый эффект. Таким образом, возникает некоторая положительная обратная связь.

Метан

Гигантский выброс метана, скопившегося под морским дном, 55 миллионов лет назад разогрел Землю на 7 градусов Цельсия.

То же самое может произойти и сейчас - это предположение подтвердили исследователи из HАСА. Используя компьютерные симуляции древнего климата, они пытались лучше понять роль метана в его изменении. Сейчас большинство исследований парникового эффекта фокусируется на роли углекислого газа в этом эффекте, хотя потенциал метана по удержанию тепла в атмосфере превышает способности углекислого газа в 20 раз.

Разнообразные бытовые приборы, работающие на газе, вносят свою долю в увеличение содержания метана в атмосфере

За последние 200 лет содержание метана в атмосфере увеличилось более чем в 2 раза благодаря разложению органических останков в болотах и сырых низменностях, а также утечек с созданных человеком объектов: газовых трубопроводов, угледобывающих шахт, в результате увеличения ирригации и выделения газов домашним скотом. Hо существует еще один источник метана - разлагающиеся органические остатки в океанических отложениях, сохранившиеся в замерзшем виде под морским дном.

Обычно низкие температуры и высокое давление удерживают метан под океаном в стабильном состоянии, однако так дела обстояли не всегда. В периоды глобального потепления, как, например, термический максимум позднего палеоцена, имевший место 55 миллионов лет назад и продолжавшийся 100 тысяч лет, движение литосферных плит, в частности, индийского субконтинента, привело к падению давления на морском дне и могло вызвать большой выброс метана. Когда атмосфера и океан начали нагреваться, выбросы метана могли увеличиться. Некоторые ученые полагают, что нынешнее глобальное потепление может привести к развитию событий по этому же сценарию - если океан существенно прогреется.

Когда метан попадает в атмосферу, он вступает в реакцию с молекулами кислорода и водорода, в результате чего возникают углекислый газ и водяной пар, каждый из которых способен вызывать парниковый эффект. По ранее сделанным прогнозам весь выброшенный метан превратится в углекислый газ и воду примерно через 10 лет. Если это так, то увеличение концентрации углекислого газа станет основной причиной нагревания планеты. Однако попытки подтвердить рассуждения ссылками на прошлое не увенчались успехом - следов увеличения концентрации углекислого газа 55 миллионов лет назад не обнаружено.

Использовавшиеся в новом исследовании модели показали, что при резком возрастании уровня метана в атмосфере содержание в ней реагирующих с метаном кислорода и водорода снижается (вплоть до прекращения реакции), а остальной метан сохраняется в воздухе сотни лет, сам по себе становясь причиной глобального потепления. А этих сотен лет вполне достаточно, чтобы разогреть атмосферу, растопить лед в океанах и изменить всю климатическую систему.

Основными антропогенными источниками метана являются пищеварительная ферментация у скота, рисоводство, горение биомассы (в т. ч. сведение лесов). Как показали недавние исследования, быстрый рост концентрации метана в атмосфере происходил в первом тысячелетии нашей эры (предположительно в результате расширения сельхозпроизводства и скотоводства и выжигания лесов). В период с 1000 по 1700 годы концентрация метана упала на 40 %, но снова стала расти в последние столетия (предположительно в результате увеличения пахотных земель и пастбищ и выжигания лесов, использования древесины для отопления, увеличения поголовья домашнего скота, количества нечистот, выращивания риса). Некоторый вклад в поступление метана дают утечки при разработке месторождений каменного угля и природного газа, а также эмиссия метана в составе биогаза, образующегося на полигонах захоронения отходов

Углекислый газ

Источниками углекислого газа в атмосфере Земли являются вулканические выбросы, жизнедеятельность организмов, деятельность человека. Антропогенными источниками является сжигание ископаемого топлива, сжигание биомассы (в т. ч. сведение лесов), некоторые промышленные процессы (например производство цемента). Основными потребителями углекислого газа являются растения. В норме биоценоз поглощает приблизительно столько же углекислого газа, сколько и производит (в т. ч. за счет гниения биомассы).

Влияние диоксида углерода на интенсивность парникового эффекта.

Многое еще должно быть изучено о круговороте углерода и роли Мирового океана как огромного хранилища углекислого газа. Как было сказано выше, человечество каждый год добавляет 7 миллиардов тонн углерода в форме СО 2 к имеющимся 750 миллиардам тонн. Но только около половины наших выбросов - 3 миллиарда тонн - остаются в воздухе. Это можно объяснить тем, что большая часть СО 2 используется земными и морскими растениями, хоронится в морских осадочных породах, поглощается морской водой или по другому абсорбируется. Из этой большой части СО 2 (около 4 миллиардов тонн) океаном поглощается около двух миллиардов тонн атмосферного диоксида углерода каждый год.

Все это увеличивает число не отвеченных вопросов: Как именно морская вода взаимодействует с атмосферным воздухом, поглощая СО 2 ? Сколько еще углерода могут поглотить моря, и какой уровень глобального потепления может повлиять на их емкость? Какова способность океанов поглощать и сохранять тепло, задержанное изменением климата?

Роль облаков и суспензированных частиц в воздушных потоках, называемых аэрозолями не просто учесть при построении климатической модели. Облака затеняют земную поверхность, приводя к похолоданию, но в зависимости от их высоты, плотности и других условий, они так же могут задерживать тепло, отраженное от земной поверхности, повышая интенсивность парникового эффекта. Действие аэрозолей также интересно. Некоторые из них изменяют водяной пар, конденсируя его в маленькие капельки, образующие облака. Эти облака очень плотные и затеняют поверхность Земли неделями. То есть они блокируют солнечный свет, пока не выпадут с осадками.

Комбинированный эффект может быть огромен: извержение вулкана Пинатуба в 1991 в Филиппинах выбросило в стратосферу колоссальный объем сульфатов, что явилось причиной всемирного понижения температуры, которое длилось два года.

Таким образом, наши собственные загрязнения, вызванные, главным образом, сжиганием серосодержащего угля и масел, могут временно сгладить эффект глобального потепления. Специалисты оценивают, что в течение ХХ века аэрозоли снизили объем потепления на 20 %. В общем, температура поднималась с 1940-х, но с 1970 года снизилась. Эффект аэрозолей может помочь объяснить аномальное похолодание в середине прошлого века.

В 2006 году выбросы углекислого газа в атмосферу составили 24 миллиарда тонн. Очень активная группа исследователей возражает против мнения о том, что одной из причин глобального потепления является деятельность человека. По ее мнению, главное заключается в естественных процессах изменения климата и повышении солнечной активности. Но, по словам Клауса Хассельмана, руководителя Немецкого климатологического центра в Гамбурге, только 5 % можно объяснить природными причинами, а остальные 95 % - это техногенный фактор, вызванный деятельностью человека.

Некоторые ученые также не связывают увеличение объема СО 2 с повышением температуры. По словам скептиков, если винить в повышении температуры увеличение выбросов СО 2 , то температура должна была подняться в течение послевоенного экономического бума, когда ископаемое топливо сжигалось в огромных количествах. Однако Джерри Мэлмен, директор Геофизической лаборатории динамики жидкостей, вычислил, что увеличение использование угля и масел быстро увеличило содержание серы в атмосфере, вызывая похолодание. После 1970 года термический эффект длинного жизненного цикла СО 2 и метана подавил быстро распадающиеся аэрозоли, вызывая повышение температуры. Таким образом, можно заключить, что влияние диоксида углерода на интенсивность парникового эффекта огромно и неоспоримо.

Однако увеличивающийся парниковый эффект может не быть катастрофическим. В самом деле, высокие температуры могут приветствоваться там, где они достаточно редки. С 1900 года наибольшее потепление наблюдается от 40 до 70 0 северной широты, включая Россию, Европу, северную часть США, где раньше всего начинались промышленные выбросы парниковых газов. Большая часть потепления относится к ночному времени, прежде всего, из-за увеличения облачного покрова, который задерживал исходящее тепло. Как следствие посевной сезон увеличился на неделю.

Более того парниковый эффект может быть хорошей новостью для некоторых фермеров. Высокая концентрация СО 2 может иметь положительный эффект на растения, так как растения используют углекислый газ в процессе фотосинтеза, превращая его в живую ткань. Следовательно, больше растений означает больше поглощения СО 2 из атмосферы, замедляя глобальное потепление.

Это явление было исследовано американскими специалистами. Они решили создать модель мира с двойным содержанием СО 2 в воздухе. Для этого они использовали четырнадцатилетний сосновый лес в Северной Калифорнии. Газ нагнетался через трубки, установленные среди деревьев. Фотосинтез увеличился на 50-60 %. Но эффект вскоре стал обратным. Задыхающиеся деревья не справлялись с таким объемом углекислого газа. Преимущество в процессе фотосинтеза было потеряно. Это еще один пример как человеческие манипуляции приводят к неожиданным результатам.

Но эти небольшие положительные аспекты парникового эффекта не идут ни в какое сравнение с отрицательными. Взять хотя бы опыт с сосновым лесом, где объем СО 2 был увеличен вдвое, а к концу этого века прогнозируется увеличение концентрации СО 2 в четыре раза. Можно представить какими катастрофическими могут быть последствия для растений. А это в свою очередь повысит объем СО 2 , так как чем меньше растений, тем больше концентрация СО 2 .

Последствия парникового эффекта

парниковый эффект газы климат

С повышением температуры увеличится испарение воды из океанов, озер, рек и т.д. Так как нагретый воздух может содержать в себе больший объем водяного пара, это создает мощный эффект обратной связи: чем теплее становится, тем выше содержание водяного пара в воздухе, а это, в свою очередь, увеличивает парниковый эффект.

Человеческая деятельность мало влияет на объем водяного пара в атмосфере. Но мы выбрасываем другие парниковые газы, что делает парниковый эффект все более и более интенсивным. Ученые считают, что увеличение объема выбросов СО 2 , в основном от сжигания ископаемого топлива, объясняет, по крайней мере, около 60 % потепления на Земле, наблюдавшегося с 1850 года. Концентрация диоксида углерода в атмосфере возрастает примерно на 0,3 % в год, и сейчас составляет примерно на 30 % выше, чем до индустриальной революции. Если это выразить в абсолютных измерителях, то каждый год человечество добавляет примерно 7 миллиардов тонн. Несмотря на то, что это небольшая часть по отношению ко всему количеству углекислого газа в атмосфере - 750 миллиардов тонн, и еще меньшая по сравнению с количеством СО 2 , содержащимся в Мировом океане - примерно 35 триллионов тонн, она остается весьма значительной. Причина: естественные процессы находятся в равновесии, в атмосферу поступает такой объем СО 2 , который оттуда изымается. А человеческая деятельность только добавляет СО 2 .

Парниковые газы - это газы, задерживающие инфракрасные лучи, которые нагревают поверхность Земли и атмосферу. Наиболее важными парниковыми газами являются пары воды, двуокись углерода, метан, окись азота, озон, фреоны. Парниковые газы могут иметь естественное (природное) и антропогенное происхождение. Соответственно следует различать естественный парниковый эффект и вклад в парниковый эффект, обусловленный газами, поступившими в атмосферу в результате человеческой деятельности. Двуокись углерода (С02) является основным антропогенным парниковым газом. Около 80% углекислого газа образуется в результате сжигания ископаемого топлива, остальная часть приходится на вырубку лесов, прежде всего тропических. Окись азота (N20) образуется при сжигании ископаемого топлива, биомассы, применения удобрений.[ ...]

ПАРНИКОВЫЙ ЭФФЕКТ (ТЕПЛИЧНЫЙ ЭФФЕКТ) - потепление климата на Земле в результате увеличения содержания в приземном слое атмосферы пыли, углекислого газа, метана и фтор-хлоруглеводородных соединений технического происхождения (сжигание топлива, промышленные выбросы и т. п.), которые препятствуют длинноволновому тепловому излучению с поверхности Земли. Смесь пыли и газов действует как полиэтиленовая пленка над парником: хорошо пропускает солнечный свет, идущий к поверхности почвы, но задерживает рассеиваемое почвой тепло - в результате под пленкой создается теплый микроклимат.[ ...]

Парниковый эффект заключается в следующем; углекислый газ способствует проникновению к Земле коротковолнового излучения Солнца, а длинноволновое тепловое излучение Земли задерживается. В результате происходит длительный нагрев атмосферы.[ ...]

Парниковый эффект - разогрев приземного слоя атмосферы, вызванный поглощением длинноволнового (теплового) излучения земной поверхности. Главной причиной этого процесса является обогащение атмосферы газами, поглощающими тепловое излучение. Наиболее важную роль здесь играет повышение содержания углекислого газа (СОг) в атмосфере.[ ...]

Парниковый эффект - снижение теплового излучения Земли из-за повышения содержания диоксида углерода в ей атмосфере. Диоксид углерода свободно пропускает коротковолновое солнечное излучение, но задерживает тепловые лучи, идущие от нагретой земной поверхности. Повышение концентрации диоксида углерода приводит к нарушению энергетического баланса планеты и ее перегреву.[ ...]

Под парниковым эффектом понимают возможное повышение глобальной температуры планеты в результате изменения теплового баланса, обусловленное постепенным накоплением парниковых газов в атмосфере.[ ...]

Суть парникового эффекта состоит в следующем. Солнечные лучи проникают сквозь земную атмосферу к поверхности Земли. Однако накопление в атмосфере диоксида углерода, оксидов азота, метана, паров воды, фторхлор-углеводородов (фреонов) приводит к тому, что тепловое длинноволновое излучение Земли поглощается атмосферой. Это приводит к накоплению избыточной теплоты в приземном слое воздуха, т. е. нарушается тепловой баланс планеты. Такой эффект подобен тому, который мы наблюдаем в покрытых стеклом или пленкой парниках. В результате температура воздуха у земной поверхности может возрасти.[ ...]

Основным парниковым газом является диоксид углерода (табл. 7.5). 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 (хлорф-торуглероды) 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 С02 принять за единицу, то для метана он будет равен 25, для оксидов азота - 165, а для фреона - 11000.[ ...]

ОРАНЖЕРЕЙНЫЙ ЭФФЕКТ. См. парниковый эффект (атмосферы).[ ...]

Главную часть парникового эффекта определяют находящиеся в атмосфере и неравномерно распределенные в ней пары воды, частично сконденсированные в облаках. Около 10 % парникового эффекта обеспечиваются равномерно распределенным в атмосфере диоксидом углерода, содержание которого в 16 раз меньше, чем паров воды. Остальные газы в атмосфере (среди которых главным является метан, имеющий концентрацию, почти на два порядка меньшую концентрации диоксида углерода) определяют менее 1 % парникового эффекта.[ ...]

Под термином “парниковый эффект” понимается специфическое явление. Солнечная радиация, падающая на Землю, частично поглощается поверхностью суши и океана, а 30 % ее отражается в космическое пространство. Чистая” атмосфера прозрачна для ИК-излучения, а атмосфера, содержащая пары трехатомных (парниковых) газов (воды, углекислого газа, оксидов серы и др.), поглощает инфракрасные лучи, благодаря чему происходит разогрев воздуха. Поэтому парниковые газы выполняют функцию стеклянного покрытия в обычных садовых парниках.[ ...]

Озон (Оз) - важный парниковый газ, находящийся как в стратосфере, так и в тропосфере. Он влияет как на коротковолновую, так и на длинноволновую радиацию, и потому итоговые направление и величина его вклада в радиационный баланс в сильной степени зависят от вертикального распределения содержания озона, в особенности на уровне тропопаузы, где надежных наблюдений пока недостаточно. Поэтому определение вклада озона в парниковый эффект сложнее по сравнению с хорошо перемешиваемыми газами. Оценки указывают на по-ложительную результирующую(приблизительно +0,4 ватт/м).[ ...]

Такое замедление энергетической экспансии стало полной неожиданностью для аналитиков, просмотревших чрезвычайно важный факт: за последние 25 лет все развитые страны мира перестали наращивать потребление всех видов топлива, вместе взятых, в расчете на душу населения. Это, несомненно, отразилось и на динамике глобального энергопотребления, которое имеет явную тенденцию к стабилизации на уровне 2,5 т.у.т. в год на одного человека. На наш взгляд, это связано с тенденцией угасания демографического взрыва, которая наметилась в 1988 г. (в этом же году было максимальное потребление энергии на душу населения).[ ...]

Другим газом, создающим парниковый эффект на планете, является метан. Рост его концентрации в воздухе подтвержден экспериментально путем анализа пузырьков газа в полярных льдах (рис. 9.4, б). Основная природная причина образования метана - деятельность особых бактерий, разлагающих в анаэробных условиях (без доступа кислорода) углеводы. Это происходит прежде всего на болотах и в пищеварительном тракте животных. Метан образуется в кучах компоста, на свалках, рисовых полях (везде, где вода и грязь изолируют остатки растений от доступа воздуха), а также при добыче ископаемого топлива.[ ...]

Наиболее значимыми природными парниковыми газами являются пары воды, содержащиеся в атмосфере в большом количестве, а также диоксид углерода, который попадает в атмосферу как естественным, так и искусственным путем и является основным компонентом, вызывающим парниковый эффект антропогенного происхождения. Известно, что при отсутствии диоксида углерода в атмосфере температура поверхности Земли была бы, примерно, на 3,3 градуса ниже, чем в настоящее время, что создало бы крайне неблагоприятные условия для жизни животных и растений.[ ...]

Нихто не оспаривает сегодня, что "парниковый эффект" усиливается. Однако прогнозы по поводу влияния потепления на экологическую систему -.ланеты не однозначны.[ ...]

Для понимания природы и механизма парникового эффекта важно также знать, что вклад одного и того же компонента в общий поток излучения сильно зависит от его распределения в толще атмосферы. Проиллюстрируем это на примере трех главных "парниковых” газов - паров воды, озона и С02. Из рис. 3.1 видно, что полоса поглощения молекулы диоксида углерода с центром при 15 мкм в значительной степени перекрыта полосами водяного пара. Отсюда можно было бы сделать вывод, что роль С02 в поглощении радиации не столь уж и велика. Однако, если мы обратимся к рис. 3.3, на котором приведены полученные в ходе реальных наблюдений в январе 1972 г. вертикальные профили Н,0 и 03, то увидим, сколь велик градиент концентрации паров воды. Напротив, диоксид углерода довольно равномерно перемешан в слое воздуха от примерно 1 до 70 км. Следовательно, выше 2-3 км главным поглотителем восходящего тепловогоИзлучения подстилающей поверхности может оказаться именно С02, и это умозаключение подкрепляется представленными в табл. 3.2 результатами расчетов.[ ...]

Вронский В.А. Экологические последствия парникового эффекта // Биология в шк. - 1993. - № 3. - С. 15-17.[ ...]

В отличие от глобального воздействия газов с парниковым эффектом эффект атмосферных аэрозолей является локальным. Географическое распространение сульфатных аэрозолей в воздухе в основном совпадает с промышленными районами мира. Именно там локальный охлаждающий эффект аэрозолей может значительно уменьшить и даже свести практически на нет глобальный парниковый эффект.[ ...]

Метан является вторым по удельному содержанию парниковым газом и оценивается в настоящее время в 20-25 %. Вклад углекислого газа в парниковый эффект составляет 43 %, фреона - 14 %, закиси азота - 5%, прочих газов (фторхлоридуглеводорода, тропосферного озона и др.) - 13 %.[ ...]

Необходимо иметь в виду, что точность оценок как парникового эффекта в целом, так и его составляющих все еще не является абсолютной. Неясно, например, как можно безошибочно учесть парниковую роль паров воды, которые при возникновении облаков становятся мощным фактором повышения альбедо Земли. Стратосферный озон является не столько парниковым, сколько антипарниковым газом, так как отражает примерно 3% приходящей солнечной радиации. Пыль и другие аэрозоли, в особенности соединения серы, ослабляют нагревание земной поверхности и нижней атмосферы, хотя для теплового баланса пустынных территорий они выступают в обратной роли.[ ...]

Необходимо отметить, что на явление, ныне называемое парниковым эффектом газообразных примесей атмосферы, впервые указал в 1824 г. французский ученый Ж.Фурье, а в 1861 г. английский физик Дж.Тиндалл открыл, что подобно водяному пару молекулы СО2 экранируют инфракрасное излучение. Это геофизическое свойство углекислого газа не является однако его единственным глобальным рычагом воздействия на биосферу. О других сопоставимых качествах С02 - таких как удобрительный и антитранспирационный эффекты, говорится в главе “Живое вещество”. Вернемся к основной теме.[ ...]

В настоящее время льдами покрыто около 10% суши. Приближение парникового эффекта зависит от количества выбросов диоксида углерода.[ ...]

Некоторые газы в атмосфере, включая водяной пар, отличаются парниковым эффектом, то есть способностью в большей степени пропускать к поверхности Земли солнечную радиацию по сравнению с тепловым излучением, испускаемым нагретой Солнцем Землей. В результате температура поверхности Земли и приземного слоя воздуха выше, чем она была бы при отсутствии парникового эффекта. Парниковый эффект - один из механизмов жизнеобеспечения на Земле.[ ...]

Комбинация первых двух факторов носит название “Относи-тель-ный парниковый потенциал” и выражается в единицах от потенциала СО2. Она является удобным показателем текущего состояния парникового эффекта и используется в международных дипломатических переговорах. Относительная роль каждого из парниковых газов весьма чувствительна к изменению каждого фактора и к их взаимозависимости, и потому определяется весьма приближенно.[ ...]

Основа построений сторонников парникового эффекта - наблюдения за климатом. Часто фигурирует число потепления за 100 лет 0,5-0,6 градуса Цельсия. Но в указанных выше климатических отчетах ясно говорится, что "все виды данных, используемых для изучения климатических изменений и изменчивости, страдают проблемами качества и неадекватности". Настораживает и то обстоятельство, что с начала спутниковых наблюдений (конец 70-х годов прошлого века) глобальные изменения температуры тропосферы почти не наблюдаются. По спутниковым и радио-зондовым данным за этот период глобальная температура в нижней и средней тропосфере почти не менялась: ее рост - всего 0,05 градуса Цельсия за десятилетие, что вдвое меньше ошибки этой оценки (± 0,1 градуса за 10 лет). В верхней же тропосфере с начала 60-х годов прошедшего столетия вообще не наблюдается статистически значимых глобальных температурных трендов.[ ...]

Отметим также следующее важное обстоятельство: надежно зафиксировать парниковый эффект антропогенного происхождения при небольшом числе наблюдений в принципе вряд ли возможно, так как числе тепла, необходимое на нагрев атмосферы, скажем, на 1 градус, на три порядка меньше, чем количество тепла, ушедшее в космическое пространство за счет излучения с верхних слоев атмосферы.[ ...]

Еще два-три десятилетия назад о глобальном потеплении климата вследствие парникового эффекта знали только ученые-экологи. Сегодня это стало проблемой, которой озабочено человечество.[ ...]

Диоксид углерода, или углекислый газ (СО2), отличается, по сравнению с другими парниковыми газами, относительно низким потенциалом парникового эффекта, но довольно значительной продолжительностью существования в атмосфере - 50-200 лет и сравнительно высокой концентрацией. Доля диоксида углерода в парниковом эффекте составляет в настоящее время около 64%, но эта относительная величина неустойчива, поскольку зависит от изменяющейся роли других парниковых газов.[ ...]

Быстрыми темпами растет в атмосфере содержание углекислого газа и метана. Эти газы обусловливают «парниковый эффект» (рис. 13.4).[ ...]

По данным российских, французских и американских исследователей, уровень газов, создающих в атмосфере Земли парниковый эффект, в настоящее время является самым высоким за последние 420 тыс. лет. Исследования проводились на российской антарктической базе «Восток», где, разбуривая льды, исследователи достигли рекордной глубины 3620 м, которая соответствует слою, образовавшемуся 420 тыс. лет назад. Пузырьки воздуха, содержащиеся в толще льда, стали своеобразным архивом состояния атмосферы. В период глобального потепления уровень газов, вызывающих парниковый эффект (углекислый газ, метан и др.), повышался, а во время похолодания - уменьшался.[ ...]

А нам грозит не только нехватка энергии, но и тепловая смерть от избытка тепловыделений при ее получении (так называемый «парниковый эффект»).[ ...]

Однако около 3 млрд. лет назад количество атмосферной углекислоты стало убывать из-за связывания ее в карбонатных породах. Парниковый эффект снизился ко времени 2,8 млрд. лет так сильно, что возникло материковое оледенение. Это была первая (?) гляциоэра в истории Земли. Средне глобальная температура, по В. А.Зубакову, не превышала тогда 4-10°С. В дальнейшем светимость Солнца повысилась, а парниковый эффект радиационно-активных газов и газообразных веществ атмосферы стал убывать, но процесс этот шел скачками.[ ...]

Инструментально доказано накопление в атмосфере углекислого газа на 0,4 % в гоп, метана на I % и окиси азота Л/0 на 0,2%. что обусловливает "парниковый эффект". Он состоит в том,что эти газы,попадая в атмосферу, затрудняют отдачу тепла с поверхности Земли и действуют как стекг или пленка теплице.[ ...]

Целью Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата является стабилизация концентраций газов, вызывающих парниковый эффект в атмосфере, на таких уровнях, которые гге вызовут опасного дисбаланса в мировой климатической системе. Это потребует от нас сокращения выбросов таких газов, как двуокись углерода побочного продукта использования топлива для производства энергии.[ ...]

Хлорфторуглероды (ХФУ) - это вещества, синтезируемые человеком, и содержащие хлор, фтор и бром. Они обладают очень сильным относительным парниковым потенциалом и значительной продолжительностью жизни в атмосфере. Их итоговая роль в парниковом эффекте составляет, на середину 1990-х гг., приблизительно 7%. Производство хлорфторуглеродов в мире в настоящее время контролируется международными соглашениями по защите озонового слоя, включающими и положение о постепенном снижении производства этих веществ, замене их на менее озонразрушающие с последующим полным его прекращением. В результате концентрация ХФУ в атмосфере начала сокращаться.[ ...]

Выше отмечалось, к каким отрицательным последствиям может привести интенсивное увеличение содержания диоксида углерода в атмосфере вследствие проявления парникового эффекта (потепление климата, таяние ледников, поднятие уровня Мирового океана и т.д.). Кроме того, повышение концентрации углекислого газа усиливает разложение строительных материалов - известняков, доломитов, бетона, камня. НекотЬрые памятники древности, пережив тысячелетия, не могут пережить болезнь, вызванную загрязнением окружающей среды. Разрушающе действует на них та же азотная кислота, образующаяся при взаимодействии оксидов азота и воды.[ ...]

Велика роль атмосферы в жизни: поддержание процессов дыхания (кислород), перенос газообразных веществ - основы жизни растительных организмов и регулирование температуры на земле («парниковый эффект»).[ ...]

В 1896 г. С. Аррениус (1859-1927) опубликовал основополагающую работу, в которой количественно оценил влияние изменения концентрации атмосферного СО2 на температуру земной поверхности. В калькуляции парникового эффекта он учитывал эффект важной положительной обратной связи между ростом температуры и увеличением содержания паров воды в воздухе, что также должно вести к потеплению климата.[ ...]

К середине XXI столетия (2050 г.) можно ожидать удвоения концентрации С02 в атмосфере Земли по сравнению со временем, предшествовавшим индустриализации (примерно 1850 г.). Таким образом, несомненно существует угроза антропогенного парникового эффекта при сжигании ископаемого топлива.[ ...]

Климат можно охарактеризовать некоторой средней глобальной температурой приземного слоя атмосферы и уровнем Мирового океана. В настоящее время увеличение этих параметров интерпретируют как глобальное потепление, обусловленное антропогенным парниковым эффектом (за счет эмиссии диоксида углерода вследствие сжигания углеродсодержащих топлив). Однако если тепловой и водный балансы планеты неустойчивы, то предположения о постоянстве глобальной температуры и уровня океана оказываются неверными, и эти величины все время находятся в нестационарном состоянии, меняясь сложным образом.[ ...]

Глобальный уровень управления экологической безопасностью предполагает прогнозирование и отслеживание процессов в состоянии биосферы в целом и составляющих ее сфер. Во второй половине XX в. эти процессы выражаются в глобальных изменениях климата, возникновении «парникового эффекта», разрушении озонового экрана, опустынивании планеты и загрязнении Мирового океана. Суть глобального контроля и управления - в сохранении и восстановлении естественного механизма воспроизводства ОС биосферой, который направляется совокупностью входящих в состав биосферы живых организмов.[ ...]

Однако огромная мощность, развиваемая биотой Земли, таит в себе скрытую опасность быстрого разрушения окружающей среды. Если целостность биоты будет нарушена, то окружающая среда может полностью исказиться за десятки лет. Известно, что концентрация диоксида углерода (С02) в атмосфере быстро увеличивается, что усиливает парниковый эффект и может привести к росту приземной температуры (глобальному потеплению). Этот процесс долгое время связывали только со сжиганием ископаемого топлива. Однако глобальный анализ землепользования показывает, что на значительных территориях континентальной биосферы количество органического углерода не увеличивается, а уменьшается, причем скорость выброса углерода из континентальной биоты и органических запасов почвы совпадает по порядку величины со скоростью выброса ископаемого углерода от сжигания угля, нефти и газа. Следовательно, современная биота нарушает принцип Ле-Шателье. С начала нашего столетия биота суши перестала поглощать избыток диоксида углерода из атмосферы. Наоборот, она начала выбрасывать углерод в атмосферу, увеличивая, а не уменьшая загрязнение окружающей среды, производимое промышленными предприятиями. Это означает, что структура естественной биоты суши оказалась нарушенной в глобальных масштабах.[ ...]

Давайте посмотрим, почему эта железная теория для садовых домиков не подходит. Итак, вы сделали фундамент из бетонных блоков, посадив его ниже расчетной глубины промерзания грунта. В Подмосковье, например, такая глубина - 1,5 м, впрочем, достаточно и 1,4, даже 1,3 м: уже многие годы зимы в Подмосковье, да, пожалуй, и повсюду бывают гораздо теплее, чем в те времена, когда эта расчетная глубина устанавливалась. Дальше, говорят, будет еще теплее из-за парникового эффекта от высокого содержания С02 в атмосфере.[ ...]

Для сохранения озонового слоя Земли проводят мероприятия, направленные на снижение выбросов фреонов, замену их на экологически безопасные вещества. В настоящее время решение проблемы сохранения озонового экрана и уничтожения озоновых дыр необходимо для сохранения земной цивилизации. На Конференции ООН по окружающей среде и развитию, прошедшей в Рио-де-Жанейро, был сделан вывод, что наша атмосфера во все большей степени испытывает воздействие газов, вызывающих парниковый эффект и грозящих изменением климата, а также химических веществ, уменьшающих озоновый слой.[ ...]

Если не принять мер, то накопление С02, приведет к аккумуляции тепла в нижних слоях тропосферы (поскольку, С02 не пропускает тепловые лучи, излучаемые Землей). Наряду с колоссальными (до ЗхЮ14 МДж в год) выделениями энергии от теплоисточников это может привести к нагреву атмосферы, таянию льдов, повышению влажности, изоляции от Солнца, похолоданию и т. д. В конце этой цепочки не исключен потоп с последующим ледниковым периодом. Этот механизм, часто называемый гипотезой «парникового эффекта», подтверждается многопараметрическими расчетами на ЭВМ. Ученые считают, что процесс уже начался: 1987 г. - самый теплый по средней мировой температуре, зима 1989 - самая жаркая, 80-е гг. - самое теплое десятилетие. Драматические последствия может принести мировое потепление всего на 2-3 градуса.[ ...]

В результате бурной техногенной деятельности, необдуманного отношения к окружающей среде, бесконтрольного научно-технического прогресса, усиленного давления на природу, хищнического использования природных ресурсов Земли отчетливо видны возникшие глобальные экологические проблемы, составляющие общего экологического кризиса: загрязнение атмосферы, гцдросферы, литосферы вредными техногенными отходами; изменение климата, в первую очередь, его потепление за счет «парникового эффекта», с последующей возможностью затопления значительных заселенных территорий; разрушение озонового слоя в атмосфере и возникновение опасности воздействия коротковолнового ультрафиолетового (УФ) излучения, губительного для всего живого на Земле; истощение материальных и природных ресурсов; уничтожение лесов, образование пустынь; обеднение биологических видов флоры и фауны; рост населения планеты и обеспечение его продовольствием, жилищем, одеждой; распространение вирусной заболеваемости среди регионов; нарушение генетической целостности ландшафтов; эстетические и этические аспекты деградации окружающей природной среды; несоответствие восстановительных способностей природы и техногенного воздействия и т. д.[ ...]

Тепловое равновесие наступает, когда температуры участвующих в теплообмене тел становятся одинаковыми, т.е. каждое из них начинает отдавать столько энергии, сколько получает от других тел. Поэтому зимой, например, когда поверхность Земли излучает в мировое пространство энергии больше, чем получает от Солнца, ее температура начинает понижаться. Летом наблюдается обратное явление. Таким же образом объясняется тот факт, что в безоблачную ночь температура понижается сильнее, чем в облачную. В последнем случае часть излучения Земли отражается облаками на ее поверхность. Меньшей облачностью обусловливается также относительно резкое ночное понижение температуры в горных местностях по сравнению с равнинными. Наличие в атмосфере примесных газов антропогенного происхождения с большими, чем у ее основных компонентов (азот, кислород) размерами молекул (СС>2, СН4, Б02 и др.), снижает инфракрасное излучение в мировое пространство. Это может способствовать развитию «парникового» эффекта (разд. 1.6.1).[ ...]

Приземный слой тропосферы в наибольшей степени испытывает антропогенное воздействие, основным видом которого является химическое и тепловое загрязнение воздуха. Температура воздуха испытывает наиболее сильное влияние урбанизации территории. Температурные различия между урбанизированной территорией и окружающими ее неосвоенными человеком участками связаны с размерами города, плотностью застройки, синоптическими условиями. Тенденция к повышению температуры имеется в каждом маленьком и большом городе. Для крупных городов умеренной зоны контраст температуры между городом и пригородом составляет 1-3° С. В городах уменьшается альбедо подстилающей поверхности (отношение отраженной радиации к суммарной) в результате появления зданий, сооружений, искусственных покрытий, здесь более интенсивно поглощается солнечная радиация, накапливается конструкциями зданий поглощенное днем тепло с его отдачей в атмосферу в вечернее и ночное время. Уменьшается расход тепла на испарение, так как сокращаются площади с открытым почвенным покровом, занятым зелеными насаждениями, а быстрое удаление атмосферных осадков системами дождевой канализации не позволяет создавать запас влаги в почвах и поверхностных водоемах. Городская застройка приводит к формированию зон застоя воздуха, что приводит к ее перегреву, в городе также изменяется прозрачность воздуха из-за увеличенного содержания в нем примесей от промышленных предприятий и транспорта. В городе уменьшается суммарная солнечная радиация, а также встречного инфракрасного излучения земной поверхности, которое совместно с теплоотдачей зданий приводит к появлению местного «парникового эффекта», т. е. город «накрывается» покрывалом из парниковых газов и аэрозольных частиц. Под влиянием городской застройки изменяется количество выпадаемых осадков. Основным фактором этого служит радикальное снижение проницаемости для осадков подстилающей поверхности и создание сетей по отводу поверхностного стока с территории города. Велико значение огромного количества сжигаемого углеводородного топлива. На территории города в теплое время наблюдается снижение значений абсолютной влажности и обратная картина в холодное время - в черте города влажность выше, чем за городом.

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.