Причини, съвременно състояние и начини за решаване на проблема с увеличаването на парниковия ефект. Парникови газове Натрупването на газове в земната атмосфера се увеличава

Страница 4 от 10

Образуването на земната атмосфера започва в дълбока древност - през протопланетарния етап от развитието на Земята, в период на активни вулканични изригвания с отделяне на огромни количества газове. По-късно, когато на Земята се появиха океаните и биосферата, образуването на атмосферата продължи поради обмена на газ между водата, растенията, животните и продуктите от тяхното разлагане.

През геоложката история атмосферата на Земята е претърпяла редица дълбоки трансформации.

Първичната атмосфера на Земята. Възстановяващо.

Част Първична атмосфера на Земятана протопланетарния етап от развитието на Земята (преди повече от 4,2 милиарда години) се състои главно от метан, амоняк и въглероден диоксид. След това, в резултат на дегазация на мантията на Земята и непрекъснати процеси на изветряне на земната повърхност, съставът на първичната атмосфера на Земята се обогати с водни пари, въглерод (CO 2 , CO ) и серни съединения, както и силни халогенни киселини (HCI, HF, HI) и борна киселина. Първичната атмосфера беше много разредена.

Вторична атмосфера на Земята. Окислително.

Впоследствие първичната атмосфера започва да се трансформира във вторична. Това се случи в резултат на същите процеси на изветряне, които се случиха на повърхността на земята, вулканична и слънчева активност, както и поради дейността на цианобактерии и синьо-зелени водорасли.

Резултатът от трансформацията е разлагането на метана на водород и въглероден диоксид, а амоняка на азот и водород. Въглеродният диоксид и азотът започнаха да се натрупват в земната атмосфера.

Синьо-зелените водорасли започнаха да произвеждат кислород чрез фотосинтеза, който почти целият изразходва за окисляването на други газове и скали. В резултат на това амонякът се окислява до молекулярен азот, метанът и въглеродният окис до въглероден диоксид, сярата и сероводородът до SO2 и SO3.

Така атмосферата постепенно се превърна от редуцираща в окислителна.

Образуване и отделяне на въглероден диоксид в първичната и вторичната атмосфера.

Източници на въглероден диоксид в ранните етапи от формирането на земната атмосфера:

• Окисление на метан,
• Дегазиране на земната мантия,
• Изветряне на скали.

На границата на протерозоя и палеозоя (преди около 600 милиона години) съдържанието на въглероден диоксид в атмосферата намалява и възлиза само на десети от процента от общия обем газове в атмосферата.

Въглеродният диоксид е достигнал сегашното си ниво в атмосферата само преди 10-20 милиона години.

Образуване и еволюция на кислород в първичната и вторичната атмосфера на Земята.

Източници на кислород в ранните етапи на формирането на атмосферата Земи:

• Дегазация на мантията на Земята - почти целият кислород е изразходван за окислителни процеси.
• Фотодисоциация на вода (разлагане на молекули водород и кислород) в атмосферата под въздействието на ултравиолетова радиация - в резултат на това в атмосферата се появяват свободни молекули кислород.
• Превръщане на въглероден диоксид в кислород от еукариоти. Появата на свободен кислород в атмосферата доведе до смъртта на прокариотите (адаптирани за живот в редуциращи условия) и появата на еукариоти (адаптирани за живот в окислителна среда).

Промени в концентрацията на кислород в земната атмосфера.

Архей - първата половина на протерозоя – концентрацията на кислород е 0,01% от съвременното ниво (точка Юри). Почти целият получен кислород е изразходван за окисляване на желязо и сяра. Това продължи, докато цялото двувалентно желязо на повърхността на земята се окисли. От този момент нататък в атмосферата започва да се натрупва кислород.

Втората половина на протерозоя – края на ранния венд – концентрацията на кислород в атмосферата е 0,1% от сегашното ниво (точка на Пастьор).

Късен вендско-силурски период. Свободният кислород стимулира развитието на живот - анаеробният процес на ферментация е заменен от енергийно по-обещаващ и прогресивен кислороден метаболизъм. От този момент нататък натрупването на кислород в атмосферата става доста бързо. Появата на растенията от морето на сушата (преди 450 милиона години) доведе до стабилизиране на нивата на кислород в атмосферата.

Средна креда . Окончателното стабилизиране на концентрацията на кислород в атмосферата се свързва с появата на цъфтящи растения (преди 100 милиона години).

Образуване и еволюция на азот в първичната и вторичната атмосфера на Земята.

Азотът се е образувал в ранните етапи от развитието на Земята поради разлагането на амоняка. Фиксирането на атмосферния азот и погребването му в морските седименти започва с появата на организмите. След като живите организми достигнаха сушата, азотът започна да се погребва в континенталните утайки. Процесът на фиксиране на азота се засили особено с появата на сухоземни растения.

По този начин съставът на земната атмосфера определя характеристиките на жизнената дейност на организмите, допринася за тяхната еволюция, развитие и заселване на повърхността на земята. Но в историята на Земята понякога е имало смущения в разпределението на газовия състав. Причината за това са различни катастрофи, които се случват повече от веднъж през криптозоя и фанерозоя. Тези неуспехи доведоха до масово изчезване на органичния свят.

Съставът на древната и съвременната атмосфера на Земята в проценти е даден в таблица 1.

Таблица 1. Състав на първичната и съвременната атмосфера на Земята.

Това беше статията „Образуване на земната атмосфера. Първична и вторична атмосфера на Земята." Прочетете още: «

Парниковият ефект в атмосферата на нашата планета се дължи на факта, че потокът енергия в инфрачервения диапазон на спектъра, издигащ се от повърхността на Земята, се абсорбира от молекулите на атмосферните газове и се излъчва обратно в различни посоки, като в резултат половината от енергията, погълната от молекулите на парниковите газове, се връща обратно на повърхността на Земята, причинявайки нейното затопляне Трябва да се отбележи, че парниковият ефект е естествено атмосферно явление (фиг. 5). Ако изобщо нямаше парников ефект на Земята, тогава средната температура на нашата планета щеше да бъде около -21°C, но благодарение на парниковите газове тя е +14°C. Следователно, чисто теоретично, човешката дейност, свързана с изпускането на парникови газове в земната атмосфера, трябва да доведе до допълнително нагряване на планетата. Основните парникови газове, по реда на очакваното им въздействие върху топлинния баланс на Земята, са водни пари (36-70%), въглероден диоксид (9-26%), метан (4-9%), халокарбони, азотен оксид.

Ориз.

Захранвани с въглища електроцентрали, фабрични комини, изгорели газове от автомобили и други източници на замърсяване, причинени от човека, отделят около 22 милиарда тона въглероден диоксид и други парникови газове в атмосферата всяка година. Животновъдството, използването на торове, изгарянето на въглища и други източници произвеждат около 250 милиона тона метан годишно. Около половината от парниковите газове, отделяни от човечеството, остават в атмосферата. Около три четвърти от всички антропогенни емисии на парникови газове през последните 20 години са причинени от използването на нефт, природен газ и въглища (Фигура 6). Голяма част от останалите са причинени от промени в ландшафта, предимно обезлесяване.

Ориз.

водна пара- най-важният парников газ днес. Водната пара обаче участва и в много други процеси, което прави нейната роля много двусмислена при различни условия.

На първо място, по време на изпарение от земната повърхност и по-нататъшна кондензация в атмосферата, до 40% от цялата топлина, постъпваща в атмосферата, се прехвърля в долните слоеве на атмосферата (тропосферата) поради конвекция. По този начин, когато водната пара се изпари, тя леко понижава повърхностната температура. Но топлината, отделена в резултат на кондензацията в атмосферата, отива да я затопли, а впоследствие и да затопли самата повърхност на Земята.

Но след кондензация на водни пари се образуват водни капчици или ледени кристали, които интензивно участват в процесите на разсейване на слънчевата светлина, отразявайки част от слънчевата енергия обратно в космоса. Облаците, които са просто натрупвания на тези капчици и кристали, увеличават дела на слънчевата енергия (албедо), отразена от самата атмосфера обратно в космоса (и тогава валежите от облаците могат да паднат под формата на сняг, увеличавайки албедото на повърхността ).

Въпреки това, водната пара, дори кондензирана в капчици и кристали, все още има мощни абсорбционни ленти в инфрачервената област на спектъра, което означава, че ролята на същите облаци далеч не е ясна. Тази двойственост е особено забележима в следните екстремни случаи - когато небето е покрито с облаци при слънчево лятно време, температурата на повърхността се понижава, а ако същото се случи през зимна нощ, тогава, напротив, се повишава. Крайният резултат се влияе и от позицията на облаците - на ниска надморска височина плътните облаци отразяват много слънчева енергия и балансът в този случай може да е в полза на антипарниковия ефект, но на голяма надморска височина тънките перести облаците предават доста слънчева енергия надолу, но дори тънките облаци са почти непреодолими препятствия за инфрачервеното лъчение и тук можем да говорим за преобладаването на парниковия ефект.

Друга характеристика на водната пара - влажната атмосфера до известна степен допринася за свързването на друг парников газ - въглероден диоксид и пренасянето му чрез валежи на повърхността на Земята, където в резултат на по-нататъшни процеси може да се изразходва в образуването от карбонати и горими минерали.

Човешката дейност има много слаб пряк ефект върху съдържанието на водни пари в атмосферата - само поради увеличаването на площта на напояваната земя, промените в площта на блатата и работата на енергията, която е незначителна спрямо фона на изпарението от цялата водна повърхност на Земята и вулканичната активност. Поради това доста често му се обръща малко внимание, когато се разглежда проблемът с парниковия ефект.

Въпреки това косвеният ефект върху съдържанието на водна пара може да бъде много голям поради обратната връзка между съдържанието на водна пара в атмосферата и затоплянето, причинено от други парникови газове, които сега ще разгледаме.

Известно е, че с повишаване на температурата се увеличава и изпарението на водните пари, като за всеки 10 °C възможното съдържание на водни пари във въздуха се удвоява почти. Например при 0 °C налягането на наситените пари е около 6 MB, при +10 °C - 12 MB, а при +20 °C - 23 MB.

Вижда се, че съдържанието на водна пара силно зависи от температурата и когато тя намалее по някаква причина, първо, парниковият ефект на самата водна пара намалява (поради намаленото съдържание), и второ, възниква кондензация на водна пара, което, разбира се, силно възпрепятства намаляването на температурата поради отделянето на кондензационна топлина, но след кондензацията се увеличава отражението на слънчевата енергия, както в самата атмосфера (разпръскване върху капчици и ледени кристали), така и на повърхността (снеговалеж) , което допълнително понижава температурата.

С повишаването на температурата се увеличава съдържанието на водни пари в атмосферата, засилва се нейният парников ефект, което засилва първоначалното повишаване на температурата. По принцип облачността също се увеличава (повече водни пари навлизат в относително студени зони), но изключително слабо - според И. Мохов около 0,4% на градус затопляне, което не може да повлияе силно на увеличаването на отразяването на слънчевата енергия.

Въглероден двуокис- вторият най-голям принос за парниковия ефект днес, не замръзва, когато температурата спадне, и продължава да създава парников ефект дори при възможно най-ниските температури в земни условия. Вероятно именно благодарение на постепенното натрупване на въглероден диоксид в атмосферата в резултат на вулканична дейност Земята успя да излезе от състоянието на мощни заледявания (когато дори екваторът беше покрит с дебел слой лед), в която попада в началото и края на протерозоя.

Въглеродният диоксид участва в мощен въглероден цикъл в системата литосфера-хидросфера-атмосфера и промените в климата на Земята се свързват предимно с промени в баланса на неговото навлизане в и отстраняване от атмосферата.

Поради относително високата разтворимост на въглеродния диоксид във вода, съдържанието на въглероден диоксид в хидросферата (предимно океаните) сега е 4x104 Gt (гигатона) въглерод (оттук нататък се дават данни за CO2 по отношение на въглерод), включително дълбоки слоеве (Putvinsky, 1998). В момента атмосферата съдържа около 7,5x102 Gt въглерод (Alekseev et al., 1999). Съдържанието на CO2 в атмосферата не винаги е било ниско - например в архея (преди около 3,5 милиарда години) атмосферата се е състояла от почти 85-90% въглероден диоксид, при значително по-високо налягане и температура (Сорохтин, Ушаков, 1997). Въпреки това, доставянето на значителни маси вода на повърхността на Земята в резултат на дегазация на вътрешността, както и появата на живот, осигури свързването на почти целия атмосферен и значителна част от въглеродния диоксид, разтворен във вода под формата карбонати (около 5,5x107 Gt въглерод се съхранява в литосферата (доклад на IPCC, 2000 г.)). Освен това въглеродният диоксид започна да се превръща от живите организми в различни форми на горими минерали. В допълнение, свързването на част от въглеродния диоксид се дължи и на натрупването на биомаса, общите въглеродни запаси в която са сравними с тези в атмосферата, а като се вземе предвид почвата, те са няколко пъти по-високи.

Но ние се интересуваме преди всичко от потоците, които доставят въглероден диоксид в атмосферата и го отстраняват от нея. Литосферата сега осигурява много малък поток въглероден диоксид, навлизащ в атмосферата главно поради вулканична дейност - около 0,1 Gt въглерод на година (Putvinsky, 1998). Значително големи потоци се наблюдават в системите океан (заедно с живеещите там организми) – атмосфера и сухоземна биота – атмосфера. Около 92 Gt въглерод навлиза в океана годишно от атмосферата и 90 Gt се връща обратно в атмосферата (Putvinsky, 1998). По този начин океанът годишно премахва около 2 Gt въглерод от атмосферата. В същото време, по време на процесите на дишане и разлагане на земните мъртви живи същества, около 100 Gt въглерод годишно навлиза в атмосферата. В процесите на фотосинтеза земната растителност също премахва около 100 Gt въглерод от атмосферата (Putvinsky, 1998). Както виждаме, механизмът на приемане и отстраняване на въглерод от атмосферата е доста балансиран, осигурявайки приблизително равни потоци. Съвременната човешка дейност включва в този механизъм непрекъснато нарастващ допълнителен поток от въглерод в атмосферата поради изгарянето на изкопаеми горива (нефт, газ, въглища и др.) - според данни например за периода 1989-99 г. средно около 6,3 Gt на година. Също така, потокът от въглерод в атмосферата се увеличава поради обезлесяването и частичното изгаряне на горите - до 1,7 Gt годишно (доклад на IPCC, 2000), докато увеличението на биомасата, допринасяща за усвояването на CO2, е само около 0,2 Gt годишно вместо почти 2 Gt годишно. Дори като се вземе предвид възможността за абсорбиране на около 2 Gt допълнителен въглерод от океана, все още остава доста значителен допълнителен поток (в момента около 6 Gt годишно), увеличавайки съдържанието на въглероден диоксид в атмосферата. Освен това поглъщането на въглероден диоксид от океана може да намалее в близко бъдеще и дори е възможен обратният процес - освобождаването на въглероден диоксид от Световния океан. Това се дължи на намаляване на разтворимостта на въглеродния диоксид с повишаване на температурата на водата - например, когато температурата на водата се повиши от само 5 до 10 ° C, коефициентът на разтворимост на въглеродния диоксид в нея намалява от приблизително 1,4 на 1,2.

И така, потокът от въглероден диоксид в атмосферата, причинен от икономически дейности, не е голям в сравнение с някои естествени потоци, но неговата некомпенсация води до постепенно натрупване на CO2 в атмосферата, което разрушава баланса на входящия и изходящия CO2, който се е развил през милиарди години от еволюцията на Земята и живота на нея.

Множество факти от геоложкото и историческо минало показват връзка между изменението на климата и колебанията на парниковите газове. В периода от преди 4 до 3,5 милиарда години яркостта на Слънцето е била с около 30% по-малка от сегашната. Въпреки това, дори под лъчите на младото, „бледо“ Слънце, животът се развива на Земята и се образуват седиментни скали: поне на част от земната повърхност температурата е над точката на замръзване на водата. Някои учени предполагат, че по това време земната атмосфера е съдържала 1000 пъти повече ос въглероден двуокисотколкото сега и това компенсира липсата на слънчева енергия, тъй като повече от топлината, излъчвана от Земята, остава в атмосферата. Увеличаващият се парников ефект може да е една от причините за изключително топлия климат по-късно през мезозойската ера (ерата на динозаврите). Според анализ на фосилни останки Земята по това време е била с 10-15 градуса по-топла от сега. Трябва да се отбележи, че тогава, преди 100 милиона години и по-рано, континентите са заемали различно положение от нашето време и океанската циркулация също е била различна, така че преносът на топлина от тропиците към полярните региони може да бъде по-голям. Въпреки това, изчисленията на Ерик Дж. Барън, сега в Университета на Пенсилвания, и други изследователи показват, че палеоконтиненталната география може да обясни не повече от половината от мезозойското затопляне. Останалата част от затоплянето може лесно да се обясни с нарастващите нива на въглероден диоксид. Това предположение е изказано за първи път от съветските учени А. Б. Ронов от Държавния хидрологичен институт и М. И. Будико от Главната геофизична обсерватория. Изчисленията в подкрепа на това предложение бяха извършени от Ерик Барън, Старли Л. Томпсън от Националния център за атмосферни изследвания (NCAR). От геохимичен модел, разработен от Робърт А. Бърнер и Антонио С. Ласага от Йейлския университет и покойния Робърт. Полетата в Тексас се превърнаха в пустиня след суша, продължила известно време през 1983 г. Тази картина, както показват изчисленията с компютърни модели, може да се наблюдава на много места, ако в резултат на глобалното затопляне влагата на почвата в централните райони на континентите намалява, където е съсредоточено зърнопроизводството.

M. Garrels от Университета на Южна Флорида, следва, че въглеродният диоксид може да бъде освободен по време на изключително силна вулканична дейност в средноокеанските хребети, където издигащата се магма образува ново океанско дъно. Преки доказателства, сочещи връзката по време на заледяването между атмосферните парникови газове и климата, могат да бъдат „извлечени“ от въздушни мехурчета, включени в антарктическия лед, които са се образували в древни времена в резултат на уплътняването на падащия сняг. Екип от изследователи, ръководен от Клод Лорио от Лабораторията по глациология и геофизика в Гренобъл, изследва ледена колона с дължина 2000 м (съответстваща на период от 160 хиляди години), получена от съветски изследователи на станцията Восток в Антарктика. Лабораторният анализ на газовете, съдържащи се в този леден стълб, показа, че в древната атмосфера концентрациите на въглероден диоксид и метан се променят съвместно и, което е по-важно, „навреме“ с промените в средната местна температура (тя се определя от съотношение на концентрациите на водородни изотопи във водните молекули). По време на последния междуледников период, продължил 10 хиляди години, и в предшестващия го междуледников период (преди 130 хиляди години), който също е продължил 10 хиляди години, средната температура в тази област е била с 10 градуса по-висока, отколкото по време на заледяванията. (Като цяло Земята е била с 5 os по-топла през тези периоди.) През същите тези периоди атмосферата е съдържала 25% повече въглероден диоксид и 100 070 повече метан, отколкото по време на заледяванията. Не е ясно дали промените в парниковите газове са причината, а изменението на климата последствието, или обратното. Най-вероятно причината за заледяванията са промените в орбитата на Земята и специалната динамика на напредъка и отстъплението на ледниците; обаче, тези климатични колебания може да са били усилени от промени в биотата и колебания в циркулацията на океана, които влияят върху съдържанието на парникови газове в атмосферата. Още по-подробни данни за колебанията на парниковите газове и изменението на климата са налични за последните 100 години, през които е имало допълнително увеличение от 25% на концентрациите на въглероден диоксид и 100% на метан. Средният глобален температурен „рекорд“ за последните 100 години беше изследван от два екипа изследователи, ръководени от Джеймс Е. Хансен от Института за космически изследвания на Националната аеронавтика и космическото управление и Т. М. Л. Уигли от отдела за климата на Източния университет. Англия.

Задържането на топлина от атмосферата е основният компонент на енергийния баланс на Земята (фиг. 8). Приблизително 30% от енергията, идваща от Слънцето, се отразява (вляво) от облаци, частици или земна повърхност; останалите 70% се усвояват. Погълнатата енергия се преизлъчва в инфрачервения лъч от повърхността на планетата.

Ориз.

Тези учени са използвали измервания от метеорологични станции, разпръснати из всички континенти (екипът на Climate Division също включва измервания в морето в анализа). В същото време двете групи възприеха различни методи за анализиране на наблюденията и отчитане на „изкривяванията“, свързани например с факта, че някои метеорологични станции се „преместиха“ на друго място за сто години, а някои, разположени в градовете, дадоха данни, които са били „замърсени“ » влиянието на топлината, генерирана от промишлени предприятия или натрупана през деня от сгради и тротоари. Последният ефект, водещ до появата на топлинни острови, е много забележим в развитите страни, като Съединените щати. Въпреки това, дори ако корекцията, изчислена за Съединените щати (извлечена от Томас Р. Карл от Националния център за климатични данни в Ашвил, Северна Каролина, и П. Д. Джоунс от Университета на Източна Англия) се разшири до всички данни на земното кълбо, в и двата записа ще останат "<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 на въглерод между атмосферата и различни „резервоари“ на Земята (фиг. 9). Всяко число показва в милиарди тонове притока или изтичането на въглерод (под формата на диоксид) на година или неговия запас в резервоара. Тези природни цикли, единият на сушата, а другият в океана, премахват толкова въглероден диоксид от атмосферата, колкото добавя, но човешката дейност, като обезлесяването и изгарянето на изкопаеми горива, води до намаляване на въглеродните нива в атмосферата, което се увеличава годишно с 3 милиарда тона. Данните са взети от работата на Берт Болин от Стокхолмския университет

Фиг.9

Да приемем, че имаме разумна прогноза за това как ще се променят емисиите на въглероден диоксид. Какви промени ще настъпят в този случай с концентрацията на този газ в атмосферата? Атмосферният въглероден диоксид се „консумира” от растенията, както и от океана, където се изразходва в химични и биологични процеси. Тъй като концентрацията на въглероден диоксид в атмосферата се променя, скоростта на „консумация“ на този газ вероятно ще се промени. С други думи, процесите, които причиняват промени в съдържанието на въглероден диоксид в атмосферата, трябва да включват обратна връзка. Въглеродният диоксид е „изходна суровина“ за фотосинтезата в растенията, така че консумацията му от растенията вероятно ще се увеличи, докато се натрупва в атмосферата, което ще забави това натрупване. По същия начин, тъй като съдържанието на въглероден диоксид в повърхностните океански води е приблизително в равновесие със съдържанието му в атмосферата, увеличаването на поглъщането на въглероден диоксид от океанската вода ще забави натрупването му в атмосферата. Възможно е обаче натрупването на въглероден диоксид и други парникови газове в атмосферата да задейства механизми за положителна обратна връзка, които ще увеличат климатичния ефект. Така бързата промяна на климата може да доведе до изчезването на някои гори и други екосистеми, което ще отслаби способността на биосферата да абсорбира въглероден диоксид. Освен това затоплянето може да доведе до бързо освобождаване на въглерод, съхраняван в мъртва органична материя в почвата. Този въглерод, който е два пъти повече от количеството, което се намира в атмосферата, непрекъснато се превръща във въглероден диоксид и метан от почвените бактерии. Затоплянето може да ускори тяхната работа, което води до повишено отделяне на въглероден диоксид (от сухи почви) и метан (от оризови полета, сметища и влажни зони). Доста голямо количество метан се съхранява и в седиментите на континенталния шелф и под слоя вечна замръзналост в Арктика под формата на клатрати - молекулярни решетки, състоящи се от молекули метан и вода. Затоплянето на шелфовите води и размразяването на вечната замръзналост може да доведе до освобождаване Въпреки тези несигурности, много изследователи смятат, че усвояването на въглероден диоксид от растенията и океана ще забави натрупването на този газ в атмосферата - поне през следващите 50 до 100 години че от общото количество въглероден диоксид, постъпващ в атмосферата, около половината ще остане там. От това следва, че концентрациите на въглероден диоксид ще се удвоят от нивата от 1900 (до 600 ppm) между около 2030 и 2080 г. Други парникови газове обаче вероятно ще се натрупват в атмосферата по-бързо.

Парникови газове

Парниковите газове са газове, за които се смята, че причиняват глобалния парников ефект.

Основните парникови газове, по реда на тяхното изчислено въздействие върху термичния баланс на Земята, са водни пари, въглероден диоксид, метан, озон, халокарбони и азотен оксид.

водна пара

Водната пара е основният естествен парников газ, отговорен за повече от 60% от ефекта. Прякото антропогенно въздействие върху този източник е незначително. В същото време повишаването на температурата на Земята, причинено от други фактори, увеличава изпарението и общата концентрация на водни пари в атмосферата при почти постоянна относителна влажност, което от своя страна увеличава парниковия ефект. По този начин се получава известна положителна обратна връзка.

Метан

Гигантско изригване на метан, натрупан под морското дъно преди 55 милиона години, затопли Земята със 7 градуса по Целзий.

Същото може да се случи и сега - това предположение беше потвърдено от изследователи от НАСА. Използвайки компютърни симулации на древни климати, те се опитаха да разберат по-добре ролята на метана в изменението на климата. В наши дни повечето изследвания върху парниковия ефект се фокусират върху ролята на въглеродния диоксид в този ефект, въпреки че потенциалът на метана да задържа топлина в атмосферата надвишава способността на въглеродния диоксид 20 пъти.

Разнообразие от домакински уреди, захранвани с газ, допринасят за увеличаването на съдържанието на метан в атмосферата.

През последните 200 години метанът в атмосферата се е увеличил повече от два пъти поради разлагането на органична материя в блатата и влажните низини, както и течове от изкуствени обекти като газопроводи, въглищни мини, повишено напояване и отделяне на газове от добитък. Но има и друг източник на метан - разлагащата се органична материя в океанските утайки, запазена замръзнала под морското дъно.

Обикновено ниските температури и високото налягане поддържат метана под океана в стабилно състояние, но това не винаги е било така. По време на периоди на глобално затопляне, като късния палеоценски термален максимум, настъпил преди 55 милиона години и продължил 100 хиляди години, движението на литосферните плочи, особено в Индийския субконтинент, доведе до спад на налягането върху морското дъно и може причиняват голямо отделяне на метан. Тъй като атмосферата и океанът започнаха да се затоплят, емисиите на метан можеха да се увеличат. Някои учени смятат, че сегашното глобално затопляне може да доведе до същия сценарий – ако океанът се затопли значително.

Когато метанът навлезе в атмосферата, той реагира с молекулите на кислорода и водорода, за да създаде въглероден диоксид и водни пари, всеки от които може да предизвика парниковия ефект. Според предишни прогнози целият отделен метан ще се превърне във въглероден диоксид и вода след около 10 години. Ако това е вярно, тогава увеличаването на концентрациите на въглероден диоксид ще бъде основната причина за затоплянето на планетата. Опитите да се потвърди разсъждението с препратки към миналото обаче бяха неуспешни - не бяха открити следи от увеличаване на концентрацията на въглероден диоксид преди 55 милиона години.

Моделите, използвани в новото изследване, показват, че когато нивото на метан в атмосферата рязко се повиши, съдържанието на кислород и водород, реагиращи с метан в нея, намалява (докато реакцията спре), а останалият метан остава във въздуха в продължение на стотици години, превръщайки се в причина за глобалното затопляне. И тези стотици години са достатъчни, за да затоплят атмосферата, да разтопят ледовете в океаните и да променят цялата климатична система.

Основните антропогенни източници на метан са храносмилателната ферментация в добитъка, отглеждането на ориз и изгарянето на биомаса (включително обезлесяването). Последните проучвания показват, че през първото хилядолетие след новата ера е настъпило бързо нарастване на концентрациите на метан в атмосферата (вероятно в резултат на разширяването на земеделското и животновъдното производство и изгарянето на горите). Между 1000 и 1700 г. концентрациите на метан са спаднали с 40%, но са започнали да се покачват отново през последните векове (вероятно в резултат на разширяването на обработваемата земя и пасищата и изгарянето на гори, използването на дърва за отопление, увеличения брой добитък, канализацията , и отглеждане на ориз). Известен принос за доставката на метан идва от течове по време на разработването на находища на въглища и природен газ, както и от емисиите на метан като част от биогаза, генериран в депата за отпадъци

Въглероден двуокис

Източници на въглероден диоксид в земната атмосфера са вулканичните емисии, жизнената дейност на организмите и човешката дейност. Антропогенните източници включват изгаряне на изкопаеми горива, изгаряне на биомаса (включително обезлесяване) и някои промишлени процеси (например производство на цимент). Основните консуматори на въглероден диоксид са растенията. Обикновено биоценозата абсорбира приблизително същото количество въглероден диоксид, което произвежда (включително чрез разпадане на биомаса).

Влиянието на въглеродния диоксид върху интензивността на парниковия ефект.

Все още трябва да се научи много за въглеродния цикъл и ролята на световните океани като огромен резервоар на въглероден диоксид. Както бе споменато по-горе, всяка година човечеството добавя 7 милиарда тона въглерод под формата на CO 2 към съществуващите 750 милиарда тона. Но само около половината от нашите емисии – 3 милиарда тона – остават във въздуха. Това може да се обясни с факта, че по-голямата част от CO 2 се използва от сухоземни и морски растения, заровен в морски седименти, абсорбиран от морска вода или по друг начин. От тази голяма част от CO 2 (около 4 милиарда тона), океанът абсорбира около два милиарда тона атмосферен въглероден диоксид всяка година.

Всичко това увеличава броя на въпросите без отговор: Как точно взаимодейства морската вода с атмосферния въздух, абсорбирайки CO 2? Колко повече въглерод могат да абсорбират моретата и какво ниво на глобално затопляне може да повлияе на капацитета им? Какъв е капацитетът на океаните да абсорбират и съхраняват топлината, уловена от изменението на климата?

Ролята на облаците и суспендираните частици във въздушните течения, наречени аерозоли, не е лесно да се вземе предвид при изграждането на климатичен модел. Облаците засенчват земната повърхност, което води до охлаждане, но в зависимост от тяхната височина, плътност и други условия, те могат също да уловят топлината, отразена от земната повърхност, увеличавайки интензивността на парниковия ефект. Интересен е и ефектът на аерозолите. Някои от тях модифицират водната пара, като я кондензират в малки капчици, които образуват облаци. Тези облаци са много плътни и закриват земната повърхност със седмици. Тоест блокират слънчевата светлина, докато паднат с валежи.

Комбинираният ефект може да бъде огромен: изригването на планината Пинатуба във Филипините през 1991 г. изпусна колосален обем сулфати в стратосферата, причинявайки световен спад на температурата, който продължи две години.

По този начин нашето собствено замърсяване, главно причинено от изгарянето на съдържащи сяра въглища и масла, може временно да компенсира ефектите от глобалното затопляне. Експертите изчисляват, че аерозолите са намалили количеството затопляне с 20% през 20-ти век. Като цяло температурите се покачват от 40-те години на миналия век, но падат след 1970 г. Аерозолният ефект може да помогне да се обясни аномалното охлаждане в средата на миналия век.

През 2006 г. емисиите на въглероден диоксид в атмосферата възлизат на 24 милиарда тона. Много активна група изследователи се противопоставят на идеята, че човешката дейност е една от причините за глобалното затопляне. Според нея основното са естествените процеси на изменение на климата и повишената слънчева активност. Но според Клаус Хаселман, ръководител на Германския климатологичен център в Хамбург, само 5% могат да се обяснят с естествени причини, а останалите 95% са причинени от човека фактори, причинени от човешка дейност.

Някои учени също не свързват увеличаването на CO 2 с повишаване на температурата. Скептиците казват, че ако повишаването на температурите трябва да се дължи на нарастващите емисии на CO 2 , тогава температурите трябва да са се повишили по време на следвоенния икономически бум, когато изкопаемите горива са били изгаряни в огромни количества. Въпреки това, Джери Малман, директор на лабораторията за геофизична динамика на флуидите, изчисли, че увеличеното използване на въглища и масла бързо повишава съдържанието на сяра в атмосферата, причинявайки охлаждане. След 1970 г. топлинният ефект от дългите жизнени цикли на CO 2 и метана потисна бързо разлагащите се аерозоли, което доведе до повишаване на температурите. Така можем да заключим, че влиянието на въглеродния диоксид върху интензивността на парниковия ефект е огромно и неоспоримо.

Засилващият се парников ефект обаче може да не е катастрофален. Наистина, високите температури може да са добре дошли там, където са доста редки. От 1900 г. най-голямото затопляне се наблюдава от 40 до 70 0 северна ширина, включително Русия, Европа и северната част на Съединените щати, където промишлените емисии на парникови газове започнаха най-рано. По-голямата част от затоплянето се случва през нощта, главно поради увеличената облачност, която улавя изходящата топлина. В резултат сезонът на сеитба беше удължен с една седмица.

Освен това парниковият ефект може да е добра новина за някои фермери. Високите концентрации на CO 2 могат да имат положителен ефект върху растенията, тъй като растенията използват въглероден диоксид по време на фотосинтеза, превръщайки го в жива тъкан. Следователно повече растения означават по-голямо усвояване на CO 2 от атмосферата, което забавя глобалното затопляне.

Това явление е изследвано от американски специалисти. Те решават да създадат модел на света с двойно повече CO2 във въздуха. За да направят това, те използваха четиринадесетгодишна борова гора в Северна Калифорния. Газът е изпомпван през тръби, монтирани сред дърветата. Фотосинтезата се увеличава с 50-60%. Но ефектът скоро стана обратен. Задушаващите се дървета не можеха да се справят с такива количества въглероден диоксид. Предимството в процеса на фотосинтеза беше загубено. Това е още един пример как човешката манипулация води до неочаквани резултати.

Но тези малки положителни страни на парниковия ефект не могат да се сравняват с отрицателните. Да вземем например опита с борова гора, където обемът на CO 2 е удвоен, а до края на този век се предвижда концентрацията на CO 2 да се учетвори. Човек може да си представи колко катастрофални могат да бъдат последствията за растенията. И това от своя страна ще увеличи обема на CO 2, тъй като колкото по-малко растения, толкова по-голяма е концентрацията на CO 2.

Последици от парниковия ефект

парников ефект газове климат

С повишаването на температурите ще се увеличи изпарението на водата от океаните, езерата, реките и т.н. Тъй като по-топлият въздух може да задържа повече водна пара, това създава мощен ефект на обратна връзка: колкото по-топъл става, толкова по-високо е съдържанието на водна пара във въздуха, което от своя страна увеличава парниковия ефект.

Човешката дейност има малък ефект върху количеството водни пари в атмосферата. Но отделяме други парникови газове, което прави парниковия ефект все по-интензивен. Учените смятат, че увеличаването на емисиите на CO 2, най-вече от изгарянето на изкопаеми горива, обяснява поне около 60% от затоплянето на Земята от 1850 г. насам. Концентрацията на въглероден диоксид в атмосферата се увеличава с около 0,3% годишно и сега е с около 30% по-висока, отколкото преди индустриалната революция. Ако изразим това в абсолютни стойности, тогава всяка година човечеството добавя приблизително 7 милиарда тона. Въпреки факта, че това е малка част по отношение на общото количество въглероден диоксид в атмосферата - 750 милиарда тона, и още по-малко в сравнение с количеството CO 2 , съдържащо се в Световния океан - приблизително 35 трилиона тона, тя остава много значително. Причина: природните процеси са в равновесие, такъв обем CO 2 влиза в атмосферата, който се отстранява оттам. А човешката дейност само добавя CO2.

Парниковите газове са газове, които улавят инфрачервените лъчи, които затоплят повърхността и атмосферата на Земята. Най-важните парникови газове са водни пари, въглероден диоксид, метан, азотен оксид, озон и фреони. Парниковите газове могат да бъдат от естествен (естествен) или антропогенен произход. Съответно трябва да се прави разлика между естествения парников ефект и приноса към парниковия ефект, дължащ се на газовете, изпускани в атмосферата в резултат на човешката дейност. Въглеродният диоксид (CO2) е основният антропогенен парников газ. Около 80% от въглеродния диоксид идва от изгарянето на изкопаеми горива, останалата част идва от обезлесяването, предимно на тропическите гори. Азотният оксид (N20) се образува от изгарянето на изкопаеми горива, биомаса и използването на торове.[...]

ПАРНИКОВ ЕФЕКТ (ПАРНИКОВ ЕФЕКТ) - затопляне на климата на Земята в резултат на увеличаване на съдържанието в приземния слой на атмосферата на прах, въглероден диоксид, метан и флуорохлорвъглеродни съединения от технически произход (изгаряне на гориво, промишлени емисии и др. ), които предотвратяват дълговълновото топлинно излъчване от повърхността на Земята. Сместа от прах и газове действа като пластмасово фолио върху оранжерия: пропуска добре слънчевата светлина към повърхността на почвата, но задържа топлината, разсейвана от почвата - в резултат на това под фолиото се създава топъл микроклимат.[... ]

Парниковият ефект е както следва; Въглеродният диоксид насърчава проникването на късовълнова радиация от Слънцето към Земята, а дълговълновата топлинна радиация на Земята се забавя. В резултат на това се получава продължително нагряване на атмосферата.[...]

Парниковият ефект е нагряване на повърхностния слой на атмосферата, причинено от поглъщането на дълговълнова (топлинна) радиация от земната повърхност. Основната причина за този процес е обогатяването на атмосферата с газове, които поглъщат топлинното излъчване. Най-важна роля тук играе повишаването на съдържанието на въглероден диоксид (CO2) в атмосферата.[...]

Парниковият ефект е намаляване на топлинното излъчване на Земята поради увеличаване на съдържанието на въглероден диоксид в нейната атмосфера. Въглеродният диоксид свободно пропуска късовълновата слънчева радиация, но блокира топлинните лъчи, идващи от нагрятата земна повърхност. Увеличаването на концентрацията на въглероден диоксид води до нарушаване на енергийния баланс на планетата и нейното прегряване.[...]

Парниковият ефект се разбира като възможно повишаване на глобалната температура на планетата в резултат на промени в топлинния баланс, причинени от постепенното натрупване на парникови газове в атмосферата.

Същността на парниковия ефект е следната. Слънчевите лъчи проникват през земната атмосфера до повърхността на земята. Въпреки това, натрупването в атмосферата на въглероден диоксид, азотни оксиди, метан, водна пара и флуорохлорни въглеводороди (фреони) води до факта, че топлинното дълговълново излъчване на Земята се абсорбира от атмосферата. Това води до натрупване на излишна топлина в повърхностния слой на въздуха, т.е. нарушава се топлинният баланс на планетата. Този ефект е подобен на този, който наблюдаваме в оранжерии, покрити със стъкло или филм. В резултат на това температурата на въздуха на земната повърхност може да се повиши.[...]

Основният парников газ е въглеродният диоксид (Таблица 7.5). Неговият принос към парниковия ефект, според различни източници, варира от 50 до 65%. Други парникови газове включват метан (около 20%), азотни оксиди (около 5%), озон, CFC (хлорофлуоровъглероди) и други газове (около 10-25% от парниковия ефект). Общо са известни около 30 парникови газа; техният затоплящ ефект зависи не само от количеството в атмосферата, но и от относителната активност на действие на молекула. Ако според този показател CO2 се приеме за единица, то за метана той ще бъде равен на 25, за азотните оксиди - 165, а за фреона - 11000. [...]

ПАРНИКОВ ЕФЕКТ. Вижте парников ефект (атмосфера).[...]

Основната част от парниковия ефект се определя от намиращите се в атмосферата и неравномерно разпределени в нея водни пари, частично кондензирани в облаците. Около 10% от парниковия ефект се осигурява от въглероден диоксид, равномерно разпределен в атмосферата, чието съдържание е 16 пъти по-малко от водните пари. Останалите газове в атмосферата (сред които основният е метанът, чиято концентрация е почти два порядъка по-ниска от концентрацията на въглероден диоксид) определят по-малко от 1% от парниковия ефект.[...]

Терминът "парников ефект" се отнася до специфично явление. Слънчевата радиация, падаща върху Земята, се абсорбира частично от повърхността на сушата и океана, а 30% от нея се отразява в космическото пространство. „Чистата“ атмосфера е прозрачна за инфрачервено лъчение, а атмосфера, съдържаща пари от триатомни (парникови) газове (вода, въглероден диоксид, серни оксиди и др.), абсорбира инфрачервените лъчи, причинявайки нагряване на въздуха. Поради това парниковите газове изпълняват функцията на стъклено покритие в конвенционалните градински оранжерии.[...]

Озонът (Oz) е важен парников газ, открит както в стратосферата, така и в тропосферата. Той засяга както късовълновата, така и дълговълновата радиация и следователно крайната посока и големина на неговия принос към радиационния баланс силно зависи от вертикалното разпределение на съдържанието на озон, особено на нивото на тропопаузата, където все още липсват надеждни наблюдения. Следователно определянето на приноса на озона към парниковия ефект е по-трудно в сравнение с добре смесените газове. Оценките показват положителен резултат (приблизително +0,4 вата/м).[...]

Това забавяне на енергийната експанзия беше пълна изненада за анализаторите, които пренебрегнаха изключително важен факт: през последните 25 години всички развити страни по света спряха да увеличават потреблението си на глава от населението на всички видове горива заедно. Това несъмнено се отрази и на динамиката на световното потребление на енергия, което има ясна тенденция да се стабилизира на ниво от 2,5 т.е. на година на човек. Според нас това се дължи на затихващата тенденция на демографския взрив, започнал през 1988 г. (същата година е отчетена максималната консумация на енергия на глава от населението).[...]

Друг газ, който създава парников ефект на планетата, е метанът. Увеличаването на концентрацията му във въздуха се потвърждава експериментално чрез анализиране на газови мехурчета в полярен лед (фиг. 9.4, b). Основната естествена причина за образуването на метан е дейността на специални бактерии, които разлагат въглехидратите при анаеробни условия (без достъп на кислород). Това се случва предимно в блатата и в храносмилателния тракт на животните. Метанът се произвежда в компостни купчини, сметища, оризища (навсякъде, където водата и мръсотията предпазват растителните остатъци от въздуха) и от добива на изкопаеми горива.[...]

Най-значимите природни парникови газове са водните пари, които се съдържат в големи количества в атмосферата, както и въглеродният диоксид, който навлиза в атмосферата както естествено, така и изкуствено и е основният компонент, причиняващ парниковия ефект от антропогенен произход. Известно е, че при липса на въглероден диоксид в атмосферата температурата на земната повърхност би била с около 3,3 градуса по-ниска от сегашната, което би създало крайно неблагоприятни условия за живота на животните и растенията.[...]

Днес никой не оспорва, че „парниковият ефект” се засилва. Прогнозите за влиянието на затоплянето върху екологичната система на планетата обаче не са еднозначни.[...]

За да разберем естеството и механизма на парниковия ефект, е важно също така да знаем, че приносът на един и същ компонент към общия поток на радиация силно зависи от неговото разпространение в атмосферата. Нека илюстрираме това с примера на трите основни "парникови" газа - водна пара, озон и CO2. От фиг. 3.1 е ясно, че абсорбционната лента на молекулата на въглеродния диоксид, центрирана при 15 μm, до голяма степен се припокрива от ивиците на. От тук можем да заключим, че ролята на CO2 в поглъщането на радиация не е толкова голяма, ако се обърнем към фиг.3.3, която показва вертикалните профили на H, 0 и 03, получени по време на реални наблюдения в януари 1972 г. ще видим колко голям е градиентът на концентрацията на въглеродния диоксид от около 1 до 70 км нарастващото топлинно излъчване на подлежащата повърхност може да бъде CO2 и това заключение се подкрепя от резултатите от изчисленията, представени в таблица 3.2.

Вронски V.A. Екологични последици от парниковия ефект // Биология в училище. - 1993. - № 3. - С. 15-17.[...]

За разлика от глобалното въздействие на парниковите газове, ефектът от атмосферните аерозоли е локален. Географското разпределение на сулфатните аерозоли във въздуха до голяма степен съвпада с индустриалните зони на света. Именно там локалният охлаждащ ефект на аерозолите може значително да намали и дори практически да елиминира глобалния парников ефект.[...]

Метанът е вторият най-разпространен парников газ и в момента се оценява на 20-25%. Приносът на въглеродния диоксид за парниковия ефект е 43%, на фреона - 14%, на азотния оксид - 5%, на другите газове (въглероден флуорохлорид, тропосферен озон и др.) - 13%.

Трябва да се има предвид, че точността на оценките както на парниковия ефект като цяло, така и на неговите компоненти все още не е абсолютна. Не е ясно, например, как може точно да се вземе предвид парниковата роля на водните пари, които, когато се появят облаци, се превръщат в мощен фактор за увеличаване на албедото на Земята. Стратосферният озон не е толкова парников газ, колкото е анти-парников газ, тъй като отразява приблизително 3% от входящата слънчева радиация. Прахът и другите аерозоли, особено серните съединения, намаляват нагряването на земната повърхност и долната част на атмосферата, въпреки че играят обратна роля за топлинния баланс на пустинните райони.

Трябва да се отбележи, че явлението, което днес се нарича парников ефект на газообразни атмосферни примеси, е посочено за първи път през 1824 г. от френския учен Ж. Фурие, а през 1861 г. английският физик Дж. Тиндал открива, че подобно на водната пара, молекулите на CO2 екранират инфрачервените лъчи радиация. Това геофизично свойство на въглеродния диоксид обаче не е единственият му глобален лост за влияние върху биосферата. Други сравними качества на CO2, като наторяване и антитранспирационни ефекти, се обсъждат в главата „Живата материя“. Да се ​​върнем към основната тема.[...]

В момента около 10% от земята е покрита с лед. Приближението на парниковия ефект зависи от количеството емисии на въглероден диоксид.[...]

Някои газове в атмосферата, включително водните пари, имат парников ефект, тоест способността да предават слънчевата радиация в по-голяма степен на земната повърхност в сравнение с топлинната радиация, излъчвана от Земята, нагрята от Слънцето. В резултат на това температурата на земната повърхност и приземния слой въздух е по-висока, отколкото би била при липса на парников ефект. Парниковият ефект е един от механизмите за поддържане на живота на Земята.[...]

Комбинацията от първите два фактора се нарича „относителен парников потенциал“ и се изразява в единици CO2 потенциал. Той е удобен индикатор за текущото състояние на парниковия ефект и се използва при международни дипломатически преговори. Относителната роля на всеки парников газ е много чувствителна към промените във всеки фактор и към тяхната взаимозависимост и следователно се определя много приблизително.[...]

Основата за изграждането на поддръжниците на парниковия ефект е мониторингът на климата. Често се споменава броят на затоплянията за 100 години от 0,5-0,6 градуса по Целзий. Но докладите за климата, цитирани по-горе, ясно показват, че „всички видове данни, използвани за изследване на изменението и променливостта на климата, страдат от проблеми с качеството и неадекватността“. Друг тревожен факт е, че от началото на сателитните наблюдения (края на 70-те години на миналия век) почти не се наблюдават глобални промени в тропосферната температура. Според сателитни и радиозондови данни през този период глобалната температура в долната и средната тропосфера остава почти непроменена: нейното увеличение е само 0,05 градуса по Целзий на десетилетие, което е половината от грешката на тази оценка (± 0,1 градуса за 10 години). В горната тропосфера от началото на 60-те години на миналия век изобщо не се наблюдават статистически значими глобални температурни тенденции [...]

Нека отбележим и следното важно обстоятелство: по принцип едва ли е възможно надеждно да се регистрира парниковият ефект от антропогенен произход с малък брой наблюдения, тъй като количеството топлина, необходимо за нагряване на атмосферата, да речем, с 1 градус, е с три порядъка по-малко от количеството топлина, изгубено в космическото пространство поради радиация от горните слоеве на атмосферата.[...]

Само преди две или три десетилетия само учените по околната среда знаеха за глобалното затопляне, дължащо се на парниковия ефект. Днес това се превърна в проблем, който тревожи човечеството.[...]

Въглеродният диоксид или въглеродният диоксид (CO2) се различава в сравнение с други парникови газове с относително нисък потенциал на парниковия ефект, но с доста значителна продължителност на съществуване в атмосферата - 50-200 години и сравнително висока концентрация . Делът на въглеродния диоксид в парниковия ефект в момента е около 64%, но тази относителна стойност е нестабилна, тъй като зависи от променящата се роля на други парникови газове.

Съдържанието на въглероден диоксид и метан в атмосферата нараства бързо. Тези газове причиняват „парников ефект“ (фиг. 13.4).[...]

Според руски, френски и американски изследователи нивото на газовете, които създават парниковия ефект в земната атмосфера, в момента е най-високото за последните 420 хиляди години. Изследването е извършено в руската антарктическа база "Восток", където чрез пробиване на леда изследователите са достигнали рекордната дълбочина от 3620 м, което съответства на слой, образуван преди 420 хиляди години. Въздушните мехурчета, съдържащи се в леда, са се превърнали в своеобразен архив на състоянието на атмосферата. През периода на глобалното затопляне нивото на газовете, причиняващи парниковия ефект (въглероден диоксид, метан и др.), се повишава, а при охлаждане намалява.[...]

И ние сме заплашени не само от липса на енергия, но и от топлинна смърт от излишната топлина, генерирана при получаването й (т.нар. „парников ефект“).[...]

Въпреки това, преди около 3 милиарда години, количеството на атмосферния въглероден диоксид започва да намалява поради свързването му в карбонатни скали. Парниковият ефект е намалял толкова много с 2,8 милиарда години, че е настъпило континентално заледяване. Това е първата (?) ледникова ера в историята на Земята. Средната глобална температура, според В. А. Зубаков, тогава не надвишава 4-10 ° C. Впоследствие светимостта на Слънцето нараства и парниковият ефект на радиационно активните газове и газообразни вещества в атмосферата започва да намалява, но този процес протича на тласъци.[...]

Инструментално доказано натрупване в атмосферата на въглероден диоксид с 0,4% в газ, метан с 1% и азотен оксид L/0 с 0,2%. което предизвиква "парниковия ефект". Състои се в това, че тези газове, навлизайки в атмосферата, пречат на преноса на топлина от повърхността на Земята и действат като стек или филм в оранжерия.

Целта на Рамковата конвенция на ООН за изменението на климата е да стабилизира концентрациите на парникови газове в атмосферата на нива, които биха причинили опасни дисбаланси в глобалната климатична система. Това ще изисква от нас да намалим емисиите на газове като въглероден диоксид, страничен продукт от използването на горива за производство на енергия.[...]

Хлорфлуорвъглеродите (CFC) са вещества, синтезирани от хората, които съдържат хлор, флуор и бром. Те имат много силен относителен парников потенциал и значителна продължителност на живот в атмосферата. Тяхната обща роля в парниковия ефект в средата на 90-те години е приблизително 7%. Производството на хлорфлуорвъглеводороди в света понастоящем се контролира от международни споразумения за защита на озоновия слой, които включват разпоредба за постепенно намаляване на производството на тези вещества, замяната им с по-малко озоноразрушаващи, последвано от пълното му прекратяване . В резултат на това концентрацията на CFC в атмосферата започна да намалява.[...]

По-горе беше отбелязано до какви негативни последици може да доведе интензивното увеличаване на съдържанието на въглероден диоксид в атмосферата поради парниковия ефект (затопляне на климата, топене на ледници, покачване на морското равнище и др.). В допълнение, увеличаването на концентрацията на въглероден диоксид увеличава разлагането на строителни материали - варовик, доломит, бетон, камък. Някои древни паметници, оцелели хиляди години, не могат да преживеят болестта, причинена от замърсяването на околната среда. Същата азотна киселина, образувана от взаимодействието на азотни оксиди и вода, има разрушителен ефект върху тях [...]

Ролята на атмосферата в живота е голяма: поддържане на дихателните процеси (кислород), транспортиране на газообразни вещества - основата на живота на растителните организми и регулиране на температурата на земята („парников ефект“).[...]

През 1896 г. S. Arrhenius (1859-1927) публикува основополагащ труд, в който определя количествено ефекта от промените в концентрацията на CO2 в атмосферата върху температурата на земната повърхност. При изчисляването на парниковия ефект той взе предвид ефекта от важна положителна обратна връзка между повишаването на температурите и увеличаването на съдържанието на водни пари във въздуха, което също трябва да доведе до затопляне на климата.[...]

До средата на 21 век (2050 г.) може да се очаква концентрациите на CO2 в земната атмосфера да се удвоят в сравнение с времето преди индустриализацията (приблизително 1850 г.). Следователно несъмнено съществува заплаха от антропогенния парников ефект при изгарянето на изкопаеми горива.[...]

Климатът може да се характеризира с някаква средна глобална температура на повърхностния слой на атмосферата и нивото на Световния океан. Понастоящем увеличението на тези параметри се тълкува като глобално затопляне, причинено от антропогенния парников ефект (поради емисиите на въглероден диоксид поради изгарянето на въглеродсъдържащи горива). Но ако топлинният и водният баланс на планетата са нестабилни, тогава предположенията за постоянството на глобалната температура и морското равнище се оказват неверни и тези количества винаги са в нестационарно състояние, променяйки се по сложен начин. [...]

Глобалното ниво на управление на безопасността на околната среда включва прогнозиране и наблюдение на процесите в състоянието на биосферата като цяло и нейните съставни сфери. През втората половина на 20в. Тези процеси се изразяват в глобално изменение на климата, възникване на „парников ефект“, разрушаване на озоновия екран, опустиняване на планетата и замърсяване на Световния океан. Същността на глобалния контрол и управление е запазването и възстановяването на естествения механизъм на възпроизвеждане на условията на околната среда от биосферата, който се ръководи от съвкупността от живи организми, които изграждат биосферата.[...]

Въпреки това огромната сила, развивана от биотата на Земята, крие скрита опасност от бързо унищожаване на околната среда. Ако целостта на биотата бъде нарушена, околната среда може да бъде напълно изкривена в продължение на десетилетия. Известно е, че концентрацията на въглероден диоксид (CO2) в атмосферата бързо нараства, което засилва парниковия ефект и може да доведе до повишаване на повърхностната температура (глобално затопляне). Този процес отдавна се свързва само с изгарянето на изкопаеми горива. Глобалният анализ на земеползването обаче показва, че в големи райони на континенталната биосфера количеството органичен въглерод не се увеличава, а намалява, а скоростта на освобождаване на въглерод от континенталната биота и почвените органични запаси е от същия порядък като скоростта на освобождаване на изкопаем въглерод от изгарянето на въглища, нефт и газ. Следователно съвременната биота нарушава принципа на Le Chatelier. От началото на този век земната биота е престанала да абсорбира излишния въглероден диоксид от атмосферата. Вместо това той започна да освобождава въглерод в атмосферата, увеличавайки, вместо да намалява промишленото замърсяване. Това означава, че структурата на естествената сухоземна биота е нарушена в глобален мащаб.[...]

Нека видим защо тази желязна теория не е подходяща за градински къщи. Така че сте направили основа от бетонни блокове, засаждайки я под изчислената дълбочина на замръзване на почвата. В района на Москва, например, такава дълбочина е 1,5 m, но 1,4, дори 1,3 m е достатъчно: вече много години зимите в Московска област, а може би и навсякъде, са много по-топли, отколкото в онези дни това беше установена дълбочина на проектиране. Освен това, казват те, ще бъде още по-топло поради парниковия ефект от високото съдържание на CO2 в атмосферата.[...]

За запазване на озоновия слой на Земята се предприемат мерки за намаляване на емисиите на фреони и замяната им с екологично чисти вещества. В момента решаването на проблема със запазването на озоновия екран и унищожаването на озоновите дупки е необходимо за запазване на земната цивилизация. Конференцията на ООН за околната среда и развитието в Рио де Жанейро заключи, че нашата атмосфера все повече се влияе от парникови газове, които застрашават изменението на климата, както и химикали, които разрушават озоновия слой.[...]

Ако не се вземат мерки, натрупването на CO2 ще доведе до натрупване на топлина в долните слоеве на тропосферата (тъй като CO2 не пропуска топлинните лъчи, излъчвани от Земята). Наред с колосалните (до 3x14 MJ годишно) отделяния на енергия от източници на топлина, това може да доведе до нагряване на атмосферата, топене на лед, повишена влажност, изолация от Слънцето, охлаждане и т.н. В края на тази верига, не е изключено наводнение, последвано от ледников период. Този механизъм, често наричан хипотезата за "парниковия ефект", се потвърждава от многопараметрични компютърни изчисления. Учените смятат, че процесът вече е започнал: 1987 г. е най-топлата като средна глобална температура, зимата на 1989 г. е най-горещата, 80-те. - най-топлото десетилетие. Глобалното затопляне само с 2-3 градуса може да има драматични последици.[...]

В резултат на бърза техногенна дейност, необмислено отношение към околната среда, неконтролиран научно-технически прогрес, засилен натиск върху природата, хищническо използване на природните ресурси на Земята, ясно се виждат възникващите глобални екологични проблеми, компоненти на общата екологична криза: замърсяване на атмосферата, геодросферата, литосферата с вредни техногенни отпадъци; изменение на климата, предимно затоплянето му поради „парниковия ефект“, с последваща възможност за наводняване на големи населени места; разрушаване на озоновия слой в атмосферата и възникване на опасност от излагане на късовълнова ултравиолетова (UV) радиация, която е разрушителна за целия живот на Земята; изчерпване на материални и природни ресурси; унищожаване на гори, образуване на пустини; изчерпване на биологични видове от флората и фауната; растеж на населението на планетата и осигуряване на храна, жилище и облекло; разпространение на вирусна заболеваемост между регионите; нарушаване на генетичната цялост на ландшафта; естетически и етични аспекти на деградацията на околната среда; несъответствие между възстановителните способности на природата и техногенното въздействие и др.[...]

Топлинното равновесие възниква, когато температурите на телата, участващи в топлообмена, станат еднакви, т.е. всяко от тях започва да отдава толкова енергия, колкото получава от другите тела. Затова през зимата например, когато повърхността на Земята излъчва повече енергия в космоса, отколкото получава от Слънцето, нейната температура започва да намалява. През лятото се наблюдава обратното явление. Това обяснява и факта, че в безоблачна нощ температурата спада повече, отколкото в облачна нощ. В последния случай част от радиацията на Земята се отразява от облаците върху нейната повърхност. По-малката облачност е отговорна и за сравнително рязкото понижение на температурата през нощта в планинските райони в сравнение с равнинните. Наличието в атмосферата на примесни газове от антропогенен произход с молекулни размери, по-големи от тези на основните й компоненти (азот, кислород) (CC>2, CH4, SO2 и др.), намалява инфрачервеното лъчение в космическото пространство. Това може да допринесе за развитието на „парниковия“ ефект (раздел 1.6.1).[...]

Повърхностният слой на тропосферата е най-силно засегнат от антропогенно въздействие, чийто основен вид е химичното и топлинното замърсяване на въздуха. Температурата на въздуха се влияе най-силно от урбанизацията на територията. Температурните разлики между урбанизирана зона и околните незастроени зони са свързани с размера на града, гъстотата на застрояване и синоптичните условия. Има тенденция към повишаване на температурата във всеки малък и голям град. За големите градове в умерената зона температурният контраст между града и предградията е 1-3° C. В градовете албедото на подстилащата повърхност (съотношението на отразената радиация към общата радиация) намалява в резултат на появата на на сгради, конструкции и изкуствени повърхности; тук слънчевата радиация се абсорбира по-интензивно и се акумулира от конструкции, сградите поглъщат топлина през деня с отделянето й в атмосферата вечер и през нощта. Потреблението на топлина за изпаряване се намалява, тъй като площите с открита почвена покривка, заети от зелени площи, се намаляват, а бързото отстраняване на валежите от дренажните системи за дъждовна вода не позволява създаването на запаси от влага в почвите и повърхностните водни тела. Градското развитие води до образуване на зони на застой на въздуха, което води до неговото прегряване; прозрачността на въздуха в града също се променя поради повишеното съдържание на примеси в него от промишлени предприятия и транспорт. В града намалява общата слънчева радиация, както и насрещната инфрачервена радиация от земната повърхност, което заедно с топлообмена на сградите води до появата на локален „парников ефект“, т.е. градът се „покрива“ с одеяло от парникови газове и аерозолни частици. Под влияние на градското развитие количеството на валежите се променя. Основният фактор за това е радикалното намаляване на пропускливостта на подстилащата повърхност за седименти и създаването на мрежи за отвеждане на повърхностния отток от града. Огромното количество изгорено въглеводородно гориво е от голямо значение. На територията на града в топло време се наблюдава намаляване на абсолютните стойности на влажност и обратната картина в студено време - в града влажността е по-висока, отколкото извън града.

Проблемът с парниковия ефект е особено актуален в нашия век, когато унищожаваме горите, за да построим поредния промишлен завод и много от нас не могат да си представят живота без кола. Ние, като щрауси, заравяме главите си в пясъка, без да забелязваме вредата от нашите дейности. Междувременно парниковият ефект се засилва и води до глобални бедствия.

Феноменът на парниковия ефект съществува от появата на атмосферата, въпреки че не е толкова забележим. Въпреки това проучването му започва много преди активното използване на автомобили и.

Кратка дефиниция

Парниковият ефект е повишаване на температурата на долната атмосфера на планетата поради натрупването на парникови газове. Механизмът му е следният: слънчевите лъчи проникват в атмосферата и нагряват повърхността на планетата.

Топлинното лъчение, което идва от повърхността, трябва да се върне в космоса, но долната атмосфера е твърде плътна, за да може да проникне. Причината за това са парниковите газове. Топлинните лъчи се задържат в атмосферата, повишавайки нейната температура.

История на изследването на парниковия ефект

За първи път хората започват да говорят за феномена през 1827 г. Тогава се появи статия на Жан Батист Джоузеф Фурие „Бележка за температурите на земното кълбо и други планети“, където той подробно описва идеите си за механизма на парниковия ефект и причините за появата му на Земята. В своите изследвания Фурие разчита не само на собствените си експерименти, но и на преценките на г-н Де Сосюр. Последният провежда експерименти със стъклен съд, почернял отвътре, затворен и поставен на слънчева светлина. Температурата вътре в съда беше много по-висока от външната. Това се обяснява със следния фактор: топлинното излъчване не може да премине през затъмненото стъкло, което означава, че остава вътре в контейнера. В същото време слънчевата светлина лесно прониква през стените, тъй като външната страна на съда остава прозрачна.

Няколко формули

Общата енергия на слънчевата радиация, погълната за единица време от планета с радиус R и сферично албедо A, е равна на:

E = πR2 (E_0 над R2) (1 – A),

където E_0 е слънчевата константа, а r е разстоянието до Слънцето.

В съответствие със закона на Стефан-Болцман, равновесното топлинно излъчване L на планета с радиус R, т.е. площта на излъчващата повърхност е 4πR2:

L=4πR2 σTE^4,

където TE е ефективната температура на планетата.

причини

Природата на явлението се обяснява с различната прозрачност на атмосферата за радиация от космоса и от повърхността на планетата. За слънчевите лъчи атмосферата на планетата е прозрачна, като стъкло, и затова те лесно преминават през нея. А за топлинното излъчване долните слоеве на атмосферата са „непроницаеми“, твърде плътни за преминаване. Ето защо част от топлинното излъчване остава в атмосферата, като постепенно се спуска до най-ниските й слоеве. В същото време количеството парникови газове, сгъстяващи атмосферата, нараства.

Още в училище ни учеха, че основната причина за парниковия ефект е човешката дейност. Еволюцията ни доведе до индустрията, ние изгаряме тонове въглища, нефт и газ, произвеждайки гориво. Последицата от това е изпускането на парникови газове и вещества в атмосферата. Сред тях са водна пара, метан, въглероден диоксид и азотен оксид. Ясно е защо са кръстени така. Повърхността на планетата се нагрява от слънчевите лъчи, но непременно „дава“ част от топлината обратно. Топлинното лъчение, което идва от повърхността на Земята, се нарича инфрачервено.