Příčiny, současný stav a způsoby řešení problému zvyšování skleníkového efektu. Skleníkové plyny Množství plynů akumulovaných v zemské atmosféře se zvyšuje

Strana 4 z 10

Tvorba zemské atmosféry začala v dávných dobách – v protoplanetární fázi vývoje Země, v období aktivních sopečných erupcí s uvolňováním obrovského množství plynů. Později, když se na Zemi objevily oceány a biosféra, tvorba atmosféry pokračovala v důsledku výměny plynů mezi vodou, rostlinami, zvířaty a produkty jejich rozkladu.

V průběhu geologické historie prošla zemská atmosféra řadou hlubokých proměn.

Primární atmosféra Země. Regenerační.

Část Primární atmosféra Země v protoplanetární fázi vývoje Země (před více než 4,2 miliardami let) se skládala hlavně z metanu, amoniaku a oxidu uhličitého. Poté, v důsledku odplyňování zemského pláště a neustálých zvětrávacích procesů na zemském povrchu, se složení primární atmosféry Země obohatilo o vodní páru, sloučeniny uhlíku (CO 2, CO) a síry a také silné halogenové kyseliny. (HCI, HF, HI) a kyselina boritá. Primární atmosféra byla velmi řídká.

Sekundární atmosféra Země. Oxidační.

Následně se primární atmosféra začala přeměňovat na sekundární. Stalo se tak v důsledku stejných procesů zvětrávání, které probíhaly na povrchu země, vulkanické a sluneční činnosti, jakož i v důsledku činnosti sinic a modrozelených řas.

Výsledkem přeměny byl rozklad metanu na vodík a oxid uhličitý a amoniaku na dusík a vodík. V zemské atmosféře se začal hromadit oxid uhličitý a dusík.

Modrozelené řasy začaly produkovat kyslík prostřednictvím fotosyntézy, která byla téměř celá vynaložena na oxidaci jiných plynů a hornin. V důsledku toho byl amoniak oxidován na molekulární dusík, metan a oxid uhelnatý - na oxid uhličitý, síru a sirovodík - na SO 2 a SO 3.

Atmosféra se tak postupně změnila z redukční na oxidační.

Vznik a vývoj oxidu uhličitého v primární a sekundární atmosféře.

Zdroje oxidu uhličitého v raných fázích tvorby zemské atmosféry:

• oxidace metanu,
• Odplynění zemského pláště,
• Zvětrávání hornin.

Na přelomu prvohor a paleozoika (cca před 600 miliony let) obsah oxidu uhličitého v atmosféře klesal a činil pouhé desetiny procenta z celkového objemu plynů v atmosféře.

Oxid uhličitý dosáhl své současné úrovně v atmosféře teprve před 10-20 miliony let.

Vznik a vývoj kyslíku v primární a sekundární atmosféře Země.

Zdroje kyslíku v raných fázích tvorby atmosféry Země:

• Odplynění zemského pláště – téměř všechen kyslík byl vynaložen na oxidační procesy.
• Fotodisociace vody (rozklad na molekuly vodíku a kyslíku) v atmosféře pod vlivem ultrafialového záření – v důsledku toho se v atmosféře objevily volné molekuly kyslíku.
• Přeměna oxidu uhličitého na kyslík u eukaryot. Objevení se volného kyslíku v atmosféře vedlo ke smrti prokaryot (přizpůsobených životu v redukčních podmínkách) a vzniku eukaryot (přizpůsobených životu v oxidujícím prostředí).

Změny koncentrace kyslíku v zemské atmosféře.

Archean - první polovina proterozoika – koncentrace kyslíku je 0,01 % moderní úrovně (bod Yuri). Téměř všechen vzniklý kyslík byl vynaložen na oxidaci železa a síry. To pokračovalo, dokud nebylo zoxidováno veškeré dvojmocné železo na povrchu Země. Od té chvíle se začal v atmosféře hromadit kyslík.

Druhá polovina proterozoika – konec raného vendianu – koncentrace kyslíku v atmosféře je 0,1 % současné úrovně (Pasteurův bod).

Pozdní vendsko - silurské období. Volný kyslík stimuloval rozvoj života – anaerobní fermentační proces byl nahrazen energeticky nadějnějším a progresivnějším metabolismem kyslíku. Od tohoto okamžiku došlo k akumulaci kyslíku v atmosféře poměrně rychle. Vynoření rostlin z moře na pevninu (před 450 miliony let) vedlo ke stabilizaci hladiny kyslíku v atmosféře.

Střední křída . Konečná stabilizace koncentrace kyslíku v atmosféře je spojena s výskytem kvetoucích rostlin (před 100 miliony let).

Vznik a vývoj dusíku v primární a sekundární atmosféře Země.

Dusík vznikl v raných fázích vývoje Země v důsledku rozkladu čpavku. Fixace atmosférického dusíku a jeho pohřbívání v mořských sedimentech začalo s výskytem organismů. Poté, co se živé organismy dostaly na pevninu, dusík začal být pohřben v kontinentálních sedimentech. Proces fixace dusíku zvláště zesílil s příchodem suchozemských rostlin.

Složení zemské atmosféry tedy určovalo vlastnosti životní činnosti organismů, přispělo k jejich vývoji, vývoji a osídlení na povrchu Země. Ale v historii Země někdy docházelo k poruchám v distribuci složení plynu. Důvodem byly různé katastrofy, k nimž během kryptozoika a fanerozoika došlo vícekrát. Tato selhání vedla k masovému vymírání organického světa.

Složení starověké a moderní atmosféry Země v procentech je uvedeno v tabulce 1.

Tabulka 1. Složení primární a moderní atmosféry Země.

Byl to článek „Tvorba zemské atmosféry. Primární a sekundární atmosféra Země." Čtěte dále: «

Skleníkový efekt v atmosféře naší planety je způsoben tím, že tok energie v infračervené oblasti spektra, stoupající z povrchu Země, je pohlcován molekulami atmosférických plynů a vyzařován zpět do různých směrů. Výsledkem je, že polovina energie absorbované molekulami skleníkových plynů se vrací zpět na povrch Země, což způsobuje její zahřívání Je třeba si uvědomit, že skleníkový efekt je přirozený atmosférický jev (obr. 5). Pokud by na Zemi vůbec nebyl skleníkový efekt, pak by průměrná teplota na naší planetě byla asi -21°C, ale díky skleníkovým plynům je to +14°C. Čistě teoreticky by tedy lidská činnost spojená s uvolňováním skleníkových plynů do zemské atmosféry měla vést k dalšímu zahřívání planety. Hlavními skleníkovými plyny, v pořadí jejich odhadovaného dopadu na tepelnou bilanci Země, jsou vodní pára (36-70 %), oxid uhličitý (9-26 %), metan (4-9 %), halogenované uhlovodíky, oxid dusnatý.

Rýže.

Uhelné elektrárny, tovární komíny, výfukové plyny z automobilů a další člověkem vytvořené zdroje znečištění společně vypouštějí do atmosféry asi 22 miliard tun oxidu uhličitého a dalších skleníkových plynů ročně. Chov hospodářských zvířat, používání hnojiv, spalování uhlí a další zdroje vyprodukují ročně asi 250 milionů tun metanu. Přibližně polovina všech skleníkových plynů vypouštěných lidstvem zůstává v atmosféře. Asi tři čtvrtiny všech antropogenních emisí skleníkových plynů za posledních 20 let jsou způsobeny používáním ropy, zemního plynu a uhlí (obrázek 6). Velká část zbytku je způsobena změnami v krajině, především odlesňováním.

Rýže.

vodní pára- nejdůležitější skleníkový plyn současnosti. Vodní pára se však podílí i na mnoha dalších procesech, což činí její roli v různých podmínkách značně nejednoznačnou.

Za prvé, při vypařování z povrchu Země a další kondenzaci v atmosféře se až 40 % veškerého tepla vstupujícího do atmosféry díky konvekci předá do spodních vrstev atmosféry (troposféry). Když se tedy vodní pára vypařuje, mírně snižuje povrchovou teplotu. Ale teplo uvolněné v důsledku kondenzace v atmosféře ji zahřeje a následně ohřeje samotný povrch Země.

Ale po kondenzaci vodní páry se tvoří vodní kapky nebo ledové krystalky, které se intenzivně účastní procesů rozptylu slunečního světla, odrážejícího část sluneční energie zpět do vesmíru. Mraky, které jsou jen nahromaděním těchto kapiček a krystalů, zvyšují podíl sluneční energie (albedo) odražené samotnou atmosférou zpět do vesmíru (a pak mohou srážky z mraků padat ve formě sněhu, čímž se zvyšuje albedo povrchu ).

Nicméně vodní pára, dokonce i zkondenzovaná do kapiček a krystalů, má stále silné absorpční pásy v infračervené oblasti spektra, což znamená, že role stejných mraků není zdaleka jasná. Tato dualita je patrná zejména v následujících extrémních případech – když je obloha za slunečného letního počasí pokryta mraky, povrchová teplota klesá, a pokud se totéž děje za zimní noci, pak naopak stoupá. Konečný výsledek je ovlivněn i polohou oblačnosti – v nízkých nadmořských výškách odrážejí husté mraky hodně sluneční energie a bilance může být v tomto případě ve prospěch protiskleníkového efektu, ale ve vysokých nadmořských výškách tenké cirry mraky propouštějí směrem dolů poměrně hodně sluneční energie, ale i tenké mraky jsou téměř nepřekonatelnými překážkami pro infračervené záření a, a zde lze mluvit o převaze skleníkového efektu.

Další vlastnost vodní páry - vlhká atmosféra se do jisté míry podílí na vazbě dalšího skleníkového plynu - oxidu uhličitého a jeho přenosu dešťovými srážkami na zemský povrch, kde může být v důsledku dalších procesů spotřebována při vzniku uhličitanů a hořlavých minerálů.

Lidská činnost má velmi slabý přímý vliv na obsah vodní páry v atmosféře - pouze díky zvětšování plochy zavlažované půdy, změnám plochy bažin a práci energie, která je proti pozadí vypařování z celého vodního povrchu Země a vulkanické činnosti. Z tohoto důvodu se mu při zvažování problému skleníkového efektu často věnuje malá pozornost.

Nepřímý vliv na obsah vodní páry však může být velmi velký v důsledku zpětných vazeb mezi obsahem vodních par v atmosféře a oteplováním způsobeným jinými skleníkovými plyny, které nyní budeme uvažovat.

Je známo, že s rostoucí teplotou roste i vypařování vodní páry a na každých 10 °C se možný obsah vodní páry ve vzduchu téměř zdvojnásobuje. Například při 0 °C je tlak nasycených par asi 6 MB, při +10 °C - 12 MB a při +20 °C - 23 MB.

Je vidět, že obsah vodní páry silně závisí na teplotě a když se z nějakého důvodu sníží, za prvé se sníží (díky sníženému obsahu) samotný skleníkový efekt vodní páry a za druhé dochází ke kondenzaci vodní páry, což samozřejmě silně brzdí pokles teploty v důsledku uvolňování kondenzačního tepla, ale po kondenzaci se zvyšuje odraz sluneční energie, a to jak v samotné atmosféře (rozptyl na kapičkách a ledových krystalcích), tak na povrchu (sněžení) , což dále snižuje teplotu.

Se stoupající teplotou se zvyšuje obsah vodní páry v atmosféře, zvyšuje se její skleníkový efekt, který zesiluje počáteční zvýšení teploty. V zásadě se také zvětšuje oblačnost (více vodní páry se dostává do relativně chladných oblastí), ale extrémně slabě - podle I. Mokhova asi 0,4 % na stupeň oteplení, což nemůže příliš ovlivnit zvýšení odrazu sluneční energie.

Oxid uhličitý- dnes druhý největší přispěvatel ke skleníkovému efektu, při poklesu teploty nevymrzá a pokračuje ve vytváření skleníkového efektu i při nejnižších teplotách, které jsou v pozemských podmínkách možné. Pravděpodobně právě díky postupnému hromadění oxidu uhličitého v atmosféře v důsledku vulkanické činnosti se Země dokázala vymanit ze stavu silného zalednění (kdy i rovník byl pokryt silnou vrstvou ledu), do kterého spadla na začátku a na konci prvohor.

Oxid uhličitý se podílí na mohutném koloběhu uhlíku v systému litosféra-hydrosféra-atmosféra a změny zemského klimatu jsou spojeny především se změnami rovnováhy jeho vstupu do atmosféry a odvodu z atmosféry.

Vzhledem k relativně vysoké rozpustnosti oxidu uhličitého ve vodě je nyní obsah oxidu uhličitého v hydrosféře (především oceánech) 4x104 Gt (gigatuny) uhlíku (od této chvíle jsou uváděny údaje o CO2 v uhlíku) , včetně hlubokých vrstev (Putvinsky, 1998). Atmosféra v současnosti obsahuje asi 7,5x102 Gt uhlíku (Alekseev et al., 1999). Obsah CO2 v atmosféře nebyl vždy nízký – např. v Archeanu (asi před 3,5 miliardami let) se atmosféra skládala z téměř 85–90 % oxidu uhličitého, při výrazně vyšším tlaku a teplotě (Sorochtin, Ushakov, 1997). Přísun značných mas vody na zemský povrch v důsledku odplynění nitra a také vznik života však zajistily navázání téměř veškerého atmosférického a značné části oxidu uhličitého rozpuštěného ve vodě ve formě uhličitanů (asi 5,5x107 Gt uhlíku je uloženo v litosféře (zpráva IPCC, 2000)) . Také oxid uhličitý začaly živé organismy přeměňovat na různé formy hořlavých minerálů. Navíc k navázání části oxidu uhličitého došlo i v důsledku akumulace biomasy, jejíž celkové zásoby uhlíku jsou srovnatelné se zásobami v atmosféře a s přihlédnutím k půdě jsou několikanásobně vyšší.

Nás však zajímají především toky, které dodávají oxid uhličitý do atmosféry a odvádějí ho z ní. Litosféra nyní poskytuje velmi malý tok oxidu uhličitého vstupujícího do atmosféry především v důsledku vulkanické činnosti – asi 0,1 Gt uhlíku za rok (Putvinsky, 1998). Významně velké toky jsou pozorovány v oceánu (spolu s tam žijícími organismy) - atmosféře a suchozemské biotě - atmosférických systémech. Asi 92 Gt uhlíku ročně vstupuje do oceánu z atmosféry a 90 Gt se vrací zpět do atmosféry (Putvinsky, 1998). Oceán tak ročně odstraní z atmosféry asi 2 Gt uhlíku. Zároveň se při procesech dýchání a rozkladu pozemských mrtvých živých bytostí dostává do atmosféry asi 100 Gt uhlíku ročně. V procesech fotosyntézy také suchozemská vegetace odstraňuje z atmosféry asi 100 Gt uhlíku (Putvinsky, 1998). Jak vidíme, mechanismus příjmu a odstraňování uhlíku z atmosféry je poměrně vyvážený a poskytuje přibližně stejné toky. Moderní lidská činnost zahrnuje do tohoto mechanismu stále se zvyšující přídavný tok uhlíku do atmosféry v důsledku spalování fosilních paliv (ropa, plyn, uhlí atd.) - podle údajů např. za období 1989-99, v průměru asi 6,3 Gt za rok. Také se zvyšuje tok uhlíku do atmosféry v důsledku odlesňování a částečného vypalování lesů – až 1,7 Gt za rok (zpráva IPCC, 2000), zatímco nárůst biomasy přispívající k absorpci CO2 je jen asi 0,2 Gt za rok místo téměř 2 Gt za rok. I když vezmeme v úvahu možnost absorpce asi 2 Gt dalšího uhlíku oceánem, stále zde zůstává poměrně významný dodatečný tok (v současnosti asi 6 Gt za rok), který zvyšuje obsah oxidu uhličitého v atmosféře. Absorpce oxidu uhličitého oceánem se navíc může v blízké budoucnosti snížit a je možný i opačný proces – uvolňování oxidu uhličitého ze Světového oceánu. Je to způsobeno poklesem rozpustnosti oxidu uhličitého se zvyšující se teplotou vody – například když se teplota vody zvýší z pouhých 5 na 10 °C, koeficient rozpustnosti oxidu uhličitého v ní klesne přibližně z 1,4 na 1,2.

Tok oxidu uhličitého do atmosféry způsobený ekonomickými aktivitami tedy není velký ve srovnání s některými přírodními toky, ale jeho nekompenzace vede k postupnému hromadění CO2 v atmosféře, což ničí rovnováhu mezi vstupem a výstupem CO2, která se v průběhu roku vyvinula. miliardy let vývoje Země a života na ní.

Četná fakta z geologické a historické minulosti naznačují souvislost mezi změnou klimatu a kolísáním skleníkových plynů. V období před 4 až 3,5 miliardami let byla jasnost Slunce asi o 30 % menší než nyní. I pod paprsky mladého „bledého“ Slunce se však na Zemi rozvíjel život a vznikaly usazené horniny: alespoň na části zemského povrchu byla teplota nad bodem mrazu vody. Někteří vědci naznačují, že v té době zemská atmosféra obsahovala 1000krát více os oxid uhličitý než nyní, a to kompenzovalo nedostatek sluneční energie, protože více tepla vyzařovaného Zemí zůstalo v atmosféře. Rostoucí skleníkový efekt by mohl být jedním z důvodů mimořádně teplého klimatu později v druhohorní éře (věk dinosaurů). Podle rozboru fosilních pozůstatků byla Země v té době o 10-15 stupňů teplejší než nyní. Nutno podotknout, že tehdy, před 100 miliony let a dříve, zaujímaly kontinenty jinou pozici než v naší době a oceánská cirkulace byla také jiná, takže přenos tepla z tropů do polárních oblastí mohl být větší. Výpočty Erica J. Barrona, nyní na Pensylvánské univerzitě, a dalších výzkumníků však naznačují, že paleokontinentální geografie by mohla mít na svědomí ne více než polovinu druhohorního oteplování. Zbytek oteplování lze snadno vysvětlit rostoucími hladinami oxidu uhličitého. Tento předpoklad poprvé vyslovili sovětští vědci A. B. Ronov ze Státního hydrologického ústavu a M. I. Budyko z Hlavní geofyzikální observatoře. Výpočty podporující tento návrh provedl Eric Barron, Starley L. Thompson z Národního centra pro výzkum atmosféry (NCAR). Z geochemického modelu vyvinutého Robertem A. Bernerem a Antoniem C. Lasagou z Yale University a zesnulým Robertem. Pole ve státě Texas se změnila v poušť poté, co v roce 1983 nějakou dobu trvalo sucho. Tento obrázek, jak ukazují výpočty pomocí počítačových modelů, lze pozorovat na mnoha místech, pokud v důsledku globálního oteplování klesá vlhkost půdy v centrální regiony kontinentů, kde se koncentruje produkce obilí.

M. Garrels z University of South Florida vyplývá, že oxid uhličitý by se mohl uvolňovat při mimořádně silné vulkanické činnosti ve středooceánských hřbetech, kde stoupající magma tvoří nové dno oceánu. Přímé důkazy poukazující na spojitost během zalednění mezi atmosférickými skleníkovými plyny a klimatem lze „extrahovat“ ze vzduchových bublin obsažených v antarktickém ledu, který se vytvořil v dávných dobách v důsledku zhutňování padajícího sněhu. Tým výzkumníků pod vedením Clauda Laurieuxe z Laboratoře glaciologie a geofyziky v Grenoblu studoval 2000 m dlouhý ledový sloup (odpovídající období trvajícímu 160 tisíc let), který získali sovětští badatelé na stanici Vostok v Antarktidě. Laboratorní analýza plynů obsažených v tomto sloupci ledu ukázala, že ve starověké atmosféře se koncentrace oxidu uhličitého a metanu měnily ve shodě, a co je důležitější, „v čase“ se změnami průměrné místní teploty (určeno poměr koncentrací izotopů vodíku v molekulách vody ). Během poslední doby meziledové, která trvala 10 tisíc let, a v době meziledové, která jí předcházela (před 130 tisíci lety), která také trvala 10 tisíc let, byla průměrná teplota v této oblasti o 10 stupňů vyšší než během zalednění. (Obecně byla Země v těchto obdobích o 5 os teplejší.) Během těchto stejných období obsahovala atmosféra o 25 % více oxidu uhličitého a o 100 070 více metanu než během zalednění. Není jasné, zda byly příčinou změny skleníkových plynů a změna klimatu důsledkem, nebo naopak. Nejpravděpodobnější příčinou zalednění byly změny na oběžné dráze Země a zvláštní dynamika postupu a ústupu ledovců; tyto klimatické výkyvy však mohly být zesíleny změnami v biotě a kolísáním oceánské cirkulace, které ovlivňují obsah skleníkových plynů v atmosféře. Ještě podrobnější údaje o kolísání skleníkových plynů a klimatických změnách jsou k dispozici za posledních 100 let, během nichž došlo k dalšímu nárůstu koncentrace oxidu uhličitého o 25 % a metanu o 100 %. Průměrný globální teplotní „rekord“ za posledních 100 let zkoumaly dva týmy výzkumníků pod vedením Jamese E. Hansena z Goddardova institutu pro vesmírná studia Národního úřadu pro letectví a vesmír a T. M. L. Wigleyho z klimatické divize Východní univerzity. Anglie.

Zadržování tepla atmosférou je hlavní složkou energetické bilance Země (obr. 8). Přibližně 30 % energie pocházející ze Slunce se odráží (vlevo) buď od mraků, částic nebo zemského povrchu; zbývajících 70 % se vstřebá. Pohlcená energie je znovu vyzařována v infračerveném světle povrchem planety.

Rýže.

Tito vědci použili data z meteorologických stanic roztroušených po všech kontinentech (tým Climate Division do analýzy zahrnul i měření na moři). Obě skupiny zároveň přijaly různé metody analýzy pozorování a zohledňovaly „zkreslení“ související například se skutečností, že některé meteorologické stanice se „přesunuly“ na jiné místo za sto let a některé umístěné ve městech poskytly údaje, které byly „kontaminovány“ » vlivem tepla generovaného průmyslovými podniky nebo akumulovaného během dne budovami a chodníky. Posledně jmenovaný efekt, vedoucí ke vzniku tepelných ostrovů, je velmi patrný ve vyspělých zemích, jako jsou Spojené státy americké. I když se však oprava vypočítaná pro Spojené státy (odvozená Thomasem R. Carlem z National Climatic Data Center v Asheville v Severní Karolíně a P. D. Jonesem z University of East Anglia) rozšíří na všechna data na zeměkouli, v oba záznamy zůstanou“<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.

Výměna uhlíku mezi atmosférou a různými „rezervoáry“ na Zemi (obr. 9). Každé číslo udává v miliardách tun přítok nebo odtok uhlíku (ve formě oxidu) za rok nebo jeho zásobu v nádrži. Tyto přírodní cykly, jeden na pevnině a druhý na oceánu, odstraňují z atmosféry tolik oxidu uhličitého, kolik ho přidává, ale lidská činnost, jako je odlesňování a spalování fosilních paliv, způsobuje, že hladina uhlíku v atmosféře se každoročně zvyšuje o 3 miliardy tun. Data převzata z práce Berta Bohlina ze Stockholmské univerzity

Obr.9

Předpokládejme, že máme rozumnou předpověď, jak se změní emise oxidu uhličitého. Jaké změny v tomto případě nastanou s koncentrací tohoto plynu v atmosféře? Atmosférický oxid uhličitý „spotřebovávají“ rostliny a také oceán, kde se spotřebovává v chemických a biologických procesech. Se změnou koncentrace atmosférického oxidu uhličitého se pravděpodobně změní i míra „spotřeby“ tohoto plynu. Jinými slovy, procesy, které způsobují změny v obsahu atmosférického oxidu uhličitého, musí zahrnovat zpětnou vazbu. Oxid uhličitý je „vstupní surovinou“ pro fotosyntézu v rostlinách, takže jeho spotřeba rostlinami pravděpodobně vzroste, protože se bude hromadit v atmosféře, což zpomalí tuto akumulaci. Podobně, protože obsah oxidu uhličitého v povrchových vodách oceánu je přibližně v rovnováze s jeho obsahem v atmosféře, zvýšení příjmu oxidu uhličitého oceánskou vodou zpomalí jeho akumulaci v atmosféře. Může se však stát, že akumulace oxidu uhličitého a dalších skleníkových plynů v atmosféře spustí mechanismy pozitivní zpětné vazby, které zvýší klimatický efekt. Rychlá změna klimatu tak může vést k zániku některých lesů a dalších ekosystémů, což oslabí schopnost biosféry absorbovat oxid uhličitý. Oteplování by navíc mohlo vést k rychlému uvolnění uhlíku uloženého v mrtvé organické hmotě v půdě. Tento uhlík, jehož dvojnásobné množství se nachází v atmosféře, je neustále přeměňován na oxid uhličitý a metan půdními bakteriemi. Oteplování může urychlit jejich provoz, což má za následek zvýšené uvolňování oxidu uhličitého (ze suchých půd) a metanu (z rýžových polí, skládek a mokřadů). Poměrně hodně metanu se také ukládá v sedimentech na kontinentálním šelfu a pod vrstvou permafrostu v Arktidě ve formě klatrátů - molekulárních mřížek skládajících se z metanu a molekul vody Oteplování šelfových vod a tání permafrostu může vést k uvolnění Navzdory těmto nejistotám se mnozí výzkumníci domnívají, že absorpce oxidu uhličitého rostlinami a oceánem zpomalí akumulaci tohoto plynu v atmosféře - alespoň v příštích 50 až 100 letech že z celkového množství oxidu uhličitého vstupujícího do atmosféry tam zůstane asi polovina. Z toho vyplývá, že koncentrace oxidu uhličitého se mezi lety 2030 a 2080 zdvojnásobí z úrovně 1900 (na 600 ppm). Jiné skleníkové plyny se však budou pravděpodobně hromadit v atmosféře rychleji.

Skleníkové plyny

Skleníkové plyny jsou plyny, o kterých se předpokládá, že způsobují globální skleníkový efekt.

Hlavními skleníkovými plyny, v pořadí jejich odhadovaného dopadu na tepelnou rovnováhu Země, jsou vodní pára, oxid uhličitý, metan, ozón, halogenované uhlovodíky a oxid dusný.

vodní pára

Vodní pára je hlavním přírodním skleníkovým plynem, který je zodpovědný za více než 60 % efektu. Přímý antropogenní vliv na tento zdroj je nevýznamný. Zvýšení teploty Země způsobené jinými faktory zároveň zvyšuje výpar a celkovou koncentraci vodní páry v atmosféře při téměř konstantní relativní vlhkosti, což následně zvyšuje skleníkový efekt. Dochází tedy k určité pozitivní zpětné vazbě.

Metan

Gigantická erupce metanu nahromaděného pod mořským dnem před 55 miliony let oteplila Zemi o 7 stupňů Celsia.

Totéž se může stát i nyní – tento předpoklad potvrdili výzkumníci z NASA. Pomocí počítačových simulací starověkého klimatu se pokusili lépe porozumět roli metanu v klimatických změnách. V současné době se většina výzkumů skleníkového efektu zaměřuje na roli oxidu uhličitého v tomto efektu, ačkoli potenciál metanu pro zadržování tepla v atmosféře převyšuje schopnost oxidu uhličitého 20krát.

Různé domácí spotřebiče na plyn přispívají ke zvýšení obsahu metanu v atmosféře.

Za posledních 200 let se množství metanu v atmosféře více než zdvojnásobilo v důsledku rozkladu organické hmoty v bažinách a vlhkých nížinách, stejně jako úniků z umělých objektů, jako jsou plynovody, uhelné doly, zvýšené zavlažování a odplyňování z hospodářských zvířat. Existuje ale ještě jeden zdroj metanu – rozkládající se organická hmota v oceánských sedimentech, uchovaná zamrzlá pod mořským dnem.

Nízké teploty a vysoký tlak obvykle udržují metan pod oceánem ve stabilním stavu, ale ne vždy tomu tak bylo. Během období globálního oteplování, jako je tepelné maximum pozdního paleocénu, ke kterému došlo před 55 miliony let a trvalo 100 tisíc let, vedl pohyb litosférických desek, zejména na indickém subkontinentu, k poklesu tlaku na mořském dně a mohl způsobit velké uvolňování metanu. Jak se atmosféra a oceán začaly ohřívat, emise metanu se mohly zvýšit. Někteří vědci se domnívají, že současné globální oteplování by mohlo vést ke stejnému scénáři – pokud se oceán výrazně oteplí.

Když metan vstoupí do atmosféry, reaguje s molekulami kyslíku a vodíku za vzniku oxidu uhličitého a vodní páry, z nichž každý může způsobit skleníkový efekt. Podle dřívějších předpovědí se všechen vypouštěný metan za zhruba 10 let změní na oxid uhličitý a vodu. Pokud je to pravda, pak bude rostoucí koncentrace oxidu uhličitého hlavní příčinou oteplování planety. Pokusy potvrdit úvahy s odkazy na minulost však byly neúspěšné – nebyly nalezeny žádné stopy po zvýšení koncentrace oxidu uhličitého před 55 miliony let.

Modely použité v nové studii ukázaly, že když hladina metanu v atmosféře prudce vzroste, obsah kyslíku a vodíku reagujícího s metanem v ní klesá (dokud se reakce nezastaví) a zbývající metan zůstává ve vzduchu po stovky let a sama se stala příčinou globálního oteplování. A tyto stovky let stačí k ohřátí atmosféry, rozpuštění ledu v oceánech a změně celého klimatického systému.

Hlavními antropogenními zdroji metanu jsou trávicí fermentace u hospodářských zvířat, pěstování rýže a spalování biomasy (včetně odlesňování). Nedávné studie ukázaly, že v prvním tisíciletí našeho letopočtu došlo k rychlému nárůstu koncentrací metanu v atmosféře (pravděpodobně v důsledku expanze zemědělské a živočišné výroby a vypalování lesů). Mezi lety 1000 a 1700 klesly koncentrace metanu o 40 %, ale v posledních stoletích začaly opět stoupat (pravděpodobně v důsledku rozšiřování orné půdy a pastvin a vypalování lesů, využívání dřeva k vytápění, zvýšených stavů dobytka, odpadních vod a pěstování rýže). Určitý příspěvek k dodávce metanu pochází z úniků při rozvoji ložisek uhlí a zemního plynu a také emise metanu jako součásti bioplynu vznikajícího na skládkách odpadu

Oxid uhličitý

Zdroje oxidu uhličitého v zemské atmosféře jsou vulkanické emise, životně důležitá činnost organismů a lidská činnost. Mezi antropogenní zdroje patří spalování fosilních paliv, spalování biomasy (včetně odlesňování) a některé průmyslové procesy (například výroba cementu). Hlavními spotřebiteli oxidu uhličitého jsou rostliny. Normálně biocenóza absorbuje přibližně stejné množství oxidu uhličitého, jaké vyprodukuje (včetně rozpadu biomasy).

Vliv oxidu uhličitého na intenzitu skleníkového efektu.

O uhlíkovém cyklu a úloze světových oceánů jako obrovského rezervoáru oxidu uhličitého je třeba se ještě hodně naučit. Jak již bylo zmíněno výše, každý rok lidstvo přidá 7 miliard tun uhlíku ve formě CO 2 ke stávajícím 750 miliardám tun. Ale jen asi polovina našich emisí – 3 miliardy tun – zůstává ve vzduchu. To lze vysvětlit tím, že většinu CO 2 využívají suchozemské a mořské rostliny, pohřbené v mořských sedimentech, absorbované mořskou vodou nebo jinak absorbované. Z této velké části CO 2 (asi 4 miliardy tun) pohltí oceán ročně asi dvě miliardy tun atmosférického oxidu uhličitého.

To vše zvyšuje počet nezodpovězených otázek: Jak přesně interaguje mořská voda s atmosférickým vzduchem a absorbuje CO 2? O kolik více uhlíku mohou moře absorbovat a jaká úroveň globálního oteplování může ovlivnit jejich kapacitu? Jaká je schopnost oceánů absorbovat a uchovávat teplo zachycené změnou klimatu?

Role mraků a suspendovaných částic ve vzdušných proudech zvaných aerosoly není snadné vzít v úvahu při sestavování klimatického modelu. Mraky zastiňují zemský povrch, což vede k ochlazování, ale v závislosti na své výšce, hustotě a dalších podmínkách dokážou zachytit i teplo odražené od zemského povrchu a tím zvýšit intenzitu skleníkového efektu. Zajímavý je i účinek aerosolů. Některé z nich upravují vodní páru a kondenzují ji do malých kapiček, které tvoří mraky. Tyto mraky jsou velmi husté a zakrývají zemský povrch na týdny. To znamená, že blokují sluneční světlo, dokud neklesnou se srážkami.

Kombinovaný efekt může být obrovský: erupce hory Pinatuba na Filipínách v roce 1991 uvolnila do stratosféry obrovské množství síranů, což způsobilo celosvětový pokles teploty, který trval dva roky.

Naše vlastní znečištění, způsobené především spalováním uhlí a olejů obsahujících síru, tedy může dočasně vyrovnat účinky globálního oteplování. Odborníci odhadují, že aerosoly snížily během 20. století množství oteplování o 20 %. Obecně teploty od 40. let 20. století stoupaly, ale od roku 1970 klesaly. Aerosolový efekt může pomoci vysvětlit anomální ochlazení v polovině minulého století.

V roce 2006 činily emise oxidu uhličitého do atmosféry 24 miliard tun. Velmi aktivní skupina výzkumníků brojí proti myšlence, že lidská činnost je jednou z příčin globálního oteplování. Hlavní jsou podle ní přirozené procesy změny klimatu a zvýšená sluneční aktivita. Ale podle Klause Hasselmanna, šéfa Německého klimatologického centra v Hamburku, jen 5 % lze vysvětlit přirozenými příčinami a zbývajících 95 % je člověkem způsobený faktor způsobený lidskou činností.

Někteří vědci také nespojují nárůst CO 2 se zvýšením teploty. Skeptici tvrdí, že pokud mají být rostoucí teploty obviňovány z rostoucích emisí CO 2, pak teploty musely vzrůst během poválečného ekonomického boomu, kdy se spalovala fosilní paliva v obrovských množstvích. Jerry Mallman, ředitel Geophysical Fluid Dynamics Laboratory, však vypočítal, že zvýšené používání uhlí a olejů rychle zvýšilo obsah síry v atmosféře, což způsobilo ochlazení. Po roce 1970 tepelný efekt dlouhých životních cyklů CO 2 a metanu potlačil rychle se rozkládající aerosoly, což způsobilo nárůst teplot. Můžeme tedy konstatovat, že vliv oxidu uhličitého na intenzitu skleníkového efektu je obrovský a nepopiratelný.

Zvyšující se skleníkový efekt však nemusí být katastrofální. Vysoké teploty mohou být skutečně vítány tam, kde jsou poměrně vzácné. Od roku 1900 bylo největší oteplování pozorováno od 40 do 70 0 severní šířky, včetně Ruska, Evropy a severní části Spojených států, kde průmyslové emise skleníkových plynů začaly nejdříve. K většině oteplení dochází v noci, především kvůli zvýšené oblačnosti, která zachycuje odcházející teplo. Sezóna setí se tím prodloužila o týden.

Skleníkový efekt může být navíc pro některé zemědělce dobrou zprávou. Vysoké koncentrace CO 2 mohou mít pozitivní vliv na rostliny, protože rostliny během fotosyntézy využívají oxid uhličitý a přeměňují jej na živou tkáň. Více rostlin tedy znamená větší absorpci CO 2 z atmosféry a zpomaluje globální oteplování.

Tento fenomén zkoumali američtí specialisté. Rozhodli se vytvořit model světa s dvojnásobným množstvím CO 2 ve vzduchu. Využili k tomu čtrnáctiletý borový les v severní Kalifornii. Plyn byl čerpán potrubím instalovaným mezi stromy. Fotosyntéza se zvýšila o 50–60 %. Ale účinek se brzy stal opačným. Dusící se stromy se s takovými objemy oxidu uhličitého nedokázaly vyrovnat. Výhoda v procesu fotosyntézy byla ztracena. Toto je další příklad toho, jak lidská manipulace vede k neočekávaným výsledkům.

Ale tyto malé pozitivní aspekty skleníkového efektu nelze srovnávat s těmi negativními. Vezměme si například experiment s borovým lesem, kde se objem CO 2 zdvojnásobil a do konce tohoto století se předpokládá, že se koncentrace CO 2 zčtyřnásobí. Lze si představit, jak katastrofální následky by to pro rostliny mohlo mít. A to zase zvýší objem CO2, protože čím méně rostlin, tím větší koncentrace CO2.

Důsledky skleníkového efektu

klima skleníkových plynů

Se stoupajícími teplotami se bude zvyšovat odpařování vody z oceánů, jezer, řek atd. Protože teplejší vzduch pojme více vodní páry, vytváří to silný zpětnovazební efekt: čím je teplejší, tím vyšší je obsah vodní páry ve vzduchu, což zase zvyšuje skleníkový efekt.

Lidská činnost má malý vliv na množství vodní páry v atmosféře. Vypouštíme ale jiné skleníkové plyny, díky čemuž je skleníkový efekt stále intenzivnější. Vědci se domnívají, že zvyšující se emise CO 2, většinou ze spalování fosilních paliv, vysvětlují nejméně asi 60 % oteplování Země od roku 1850. Koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře se zvyšuje asi o 0,3 % ročně a je nyní asi o 30 % vyšší než před průmyslovou revolucí. Pokud to vyjádříme v absolutních číslech, tak každý rok lidstvo přidá přibližně 7 miliard tun. Navzdory tomu, že se jedná o malou část v poměru k celkovému množství oxidu uhličitého v atmosféře - 750 miliard tun, a ještě menší ve srovnání s množstvím CO 2 obsaženého ve Světovém oceánu - přibližně 35 bilionů tun, zůstává velmi významný. Důvod: přírodní procesy jsou v rovnováze, do atmosféry se dostává takový objem CO 2, který je odtud odváděn. A lidská činnost jen přidává CO2.

Skleníkové plyny jsou plyny, které zachycují infračervené paprsky ohřívající zemský povrch a atmosféru. Nejvýznamnějšími skleníkovými plyny jsou vodní pára, oxid uhličitý, metan, oxidy dusíku, ozón a freony. Skleníkové plyny mohou být přírodního (přírodního) nebo antropogenního původu. V souladu s tím je třeba rozlišovat mezi přirozeným skleníkovým efektem a příspěvkem ke skleníkovému efektu v důsledku plynů uvolňovaných do atmosféry v důsledku lidské činnosti. Oxid uhličitý (CO2) je hlavním antropogenním skleníkovým plynem. Asi 80 % oxidu uhličitého pochází ze spalování fosilních paliv, zbytek pochází z odlesňování, především tropických pralesů. Oxid dusnatý (N20) vzniká spalováním fosilních paliv, biomasy a používáním hnojiv.[...]

SKLENÍKOVÝ EFEKT (SKLENÍKOVÝ EFEKT) - oteplování klimatu Země v důsledku zvýšení obsahu prachu, oxidu uhličitého, metanu a sloučenin fluorochloruhlovodíků technického původu v přízemní vrstvě (spalování paliv, průmyslové emise atd.). ), které zabraňují dlouhovlnnému tepelnému záření z povrchu Země. Směs prachu a plynů působí nad skleníkem jako plastová fólie: dobře propouští sluneční světlo na povrch půdy, ale zadržuje teplo odváděné půdou – v důsledku toho se pod fólií vytváří teplé mikroklima.[... ]

Skleníkový efekt je následující; Oxid uhličitý podporuje pronikání krátkovlnného záření ze Slunce na Zemi a dlouhovlnné tepelné záření Země je zpožděno. V důsledku toho dochází k dlouhodobému zahřívání atmosféry.[...]

Skleníkový efekt je zahřívání povrchové vrstvy atmosféry způsobené absorpcí dlouhovlnného (tepelného) záření ze zemského povrchu. Hlavním důvodem tohoto procesu je obohacení atmosféry plyny, které pohlcují tepelné záření. Nejdůležitější roli zde hraje nárůst obsahu oxidu uhličitého (CO2) v atmosféře.[...]

Skleníkový efekt je pokles tepelného záření Země v důsledku zvýšení obsahu oxidu uhličitého v její atmosféře. Oxid uhličitý volně propouští krátkovlnné sluneční záření, ale blokuje tepelné paprsky vycházející z ohřátého zemského povrchu. Zvýšení koncentrace oxidu uhličitého vede k narušení energetické bilance planety a jejímu přehřívání.[...]

Skleníkovým efektem se rozumí možné zvýšení globální teploty planety v důsledku změn tepelné bilance způsobené postupným hromaděním skleníkových plynů v atmosféře [...].

Podstata skleníkového efektu je následující. Sluneční paprsky pronikají přes zemskou atmosféru až na zemský povrch. Akumulace oxidu uhličitého, oxidů dusíku, metanu, vodní páry a fluorochlorovaných uhlovodíků (freonů) v atmosféře však vede k tomu, že tepelné dlouhovlnné záření Země je absorbováno atmosférou. To vede k akumulaci přebytečného tepla v povrchové vrstvě vzduchu, tedy k narušení tepelné rovnováhy planety. Tento efekt je podobný tomu, který pozorujeme ve sklenících pokrytých sklem nebo fólií. V důsledku toho se může zvýšit teplota vzduchu na zemském povrchu.[...]

Hlavním skleníkovým plynem je oxid uhličitý (tabulka 7.5). Jeho podíl na skleníkovém efektu se podle různých zdrojů pohybuje od 50 do 65 %. Mezi další skleníkové plyny patří metan (asi 20 %), oxidy dusíku (asi 5 %), ozon, CFC (chlorfluoruhlovodíky) a další plyny (asi 10-25 % skleníkového efektu). Celkem je známo asi 30 skleníkových plynů, jejich oteplovací účinek závisí nejen na množství v atmosféře, ale také na relativní aktivitě na molekulu. Pokud je podle tohoto ukazatele CO2 považován za jeden, pak pro metan bude roven 25, pro oxidy dusíku - 165 a pro freon - 11 000. [...]

SKLENÍKOVÝ EFEKT. Viz skleníkový efekt (atmosféra).[...]

Hlavní podíl na skleníkovém efektu určuje vodní pára umístěná v atmosféře a v ní nerovnoměrně rozložená, částečně kondenzovaná v mracích. Asi 10 % skleníkového efektu zajišťuje oxid uhličitý rovnoměrně rozptýlený v atmosféře, jehož obsah je 16x menší než vodní pára. Zbývající plyny v atmosféře (z nichž hlavním je metan, který má koncentraci téměř o dva řády nižší než koncentrace oxidu uhličitého) určují méně než 1 % skleníkového efektu.[...]

Pojem „skleníkový efekt“ označuje specifický jev. Sluneční záření dopadající na Zemi je částečně pohlcováno povrchem pevniny a oceánu a 30 % se odráží do vesmíru. Čistá atmosféra je průhledná pro infračervené záření a atmosféra obsahující páry tříatomových (skleníkových) plynů (voda, oxid uhličitý, oxidy síry atd.) pohlcuje infračervené paprsky, které způsobují ohřívání vzduchu. Proto skleníkové plyny plní v běžných zahradních sklenících funkci povlaku skla.[...]

Ozon (Oz) je důležitý skleníkový plyn, který se nachází ve stratosféře i troposféře. Ovlivňuje krátkovlnné i dlouhovlnné záření, a proto konečný směr a velikost jeho příspěvku k radiační bilanci silně závisí na vertikální distribuci obsahu ozonu, zejména na úrovni tropopauzy, kde zatím chybí spolehlivá pozorování. Stanovení příspěvku ozonu ke skleníkovému efektu je proto ve srovnání s dobře promíchanými plyny obtížnější. Odhady naznačují pozitivní výsledek (přibližně +0,4 watt/m).[...]

Toto zpomalení energetické expanze bylo úplným překvapením pro analytiky, kteří přehlédli mimořádně důležitou skutečnost: za posledních 25 let přestaly všechny vyspělé země světa zvyšovat spotřebu na hlavu všech druhů paliv dohromady. To nepochybně ovlivnilo dynamiku globální spotřeby energie, která má jasnou tendenci stabilizovat se na úrovni 2,5 t.e. za rok na osobu. Podle našeho názoru je to dáno doznívajícím trendem demografické exploze, která začala v roce 1988 (ve stejném roce byla zaznamenána maximální spotřeba energie na obyvatele).[...]

Dalším plynem, který vytváří skleníkový efekt na planetě, je metan. Zvýšení jeho koncentrace ve vzduchu je potvrzeno experimentálně analýzou bublin plynu v polárním ledu (obr. 9.4, b). Hlavním přirozeným důvodem vzniku metanu je činnost speciálních bakterií, které za anaerobních podmínek (bez přístupu kyslíku) rozkládají sacharidy. K tomu dochází především v bažinách a v trávicím traktu zvířat. Metan se vyrábí na hromadách kompostu, na skládkách, v rýžových polích (kdekoli, kde voda a špína udržují rostlinné zbytky mimo vzduch) a při těžbě fosilních paliv.[...]

Nejvýznamnějšími přírodními skleníkovými plyny jsou vodní pára, která je ve velkém množství obsažena v atmosféře, a také oxid uhličitý, který se do atmosféry dostává přirozeně i uměle a je hlavní složkou způsobující skleníkový efekt antropogenního původu. Je známo, že při absenci oxidu uhličitého v atmosféře by teplota zemského povrchu byla přibližně o 3,3 stupně nižší než v současnosti, což by vytvářelo extrémně nepříznivé podmínky pro život živočichů a rostlin [...].

Nikdo dnes nezpochybňuje, že „skleníkový efekt“ se zvyšuje. Předpovědi ohledně dopadu oteplování na ekologický systém planety však nejsou jednoznačné.[...]

Pro pochopení podstaty a mechanismu skleníkového efektu je také důležité vědět, že příspěvek stejné složky k celkovému toku záření silně závisí na jeho distribuci v atmosféře. Ukažme si to na příkladu tří hlavních „skleníkových“ plynů – vodní páry, ozonu a CO2 Z obr. 3.1 je zřejmé, že absorpční pás molekuly oxidu uhličitého se středem 15 μm se z velké části překrývá pásy vodní pára odtud bychom mohli usoudit, že role CO2 v absorpci záření není tak velká, pokud se však vrátíme k obr. 3.3, který ukazuje vertikální profily H, 0 a 03 získané během skutečných pozorování v roce. ledna 1972 uvidíme, jak velký je koncentrační gradient vodní páry. Naopak oxid uhličitý je celkem rovnoměrně promíchán ve vrstvě vzduchu od cca 1 do 70 km, tedy nad 2-3 km stoupající tepelné záření podkladového povrchu může být CO2 a tento závěr podporují výsledky výpočtu uvedené v tabulce 3.2 [...].

Vronskij V.A. Ekologické důsledky skleníkového efektu // Biologie ve škole. - 1993. - č. 3. - S. 15-17.[...]

Na rozdíl od globálního dopadu skleníkových plynů je účinek atmosférických aerosolů lokální. Geografické rozložení sulfátových aerosolů ve vzduchu se do značné míry shoduje s průmyslovými oblastmi světa. Právě tam může lokální ochlazovací efekt aerosolů výrazně snížit a dokonce prakticky eliminovat globální skleníkový efekt.[...]

Metan je druhým nejrozšířenějším skleníkovým plynem a v současnosti se odhaduje na 20–25 %. Podíl oxidu uhličitého na skleníkovém efektu je 43 %, freonu – 14 %, oxidu dusného – 5 %, ostatních plynů (fluorochlorid, troposférický ozon atd.) – 13 %.

Je třeba mít na paměti, že přesnost odhadů jak skleníkového efektu jako celku, tak jeho složek stále není absolutní. Není například jasné, jak lze přesně vzít v úvahu skleníkovou roli vodní páry, která se, když se objeví mraky, stává silným faktorem zvyšujícím albedo Země. Stratosférický ozón není ani tak skleníkový plyn, jako spíše plyn proti skleníkovému efektu, protože odráží přibližně 3 % příchozího slunečního záření. Prach a další aerosoly, zejména sloučeniny síry, snižují zahřívání zemského povrchu a spodní atmosféry, i když pro tepelnou bilanci pouštních oblastí hrají opačnou roli.[...]

Je třeba poznamenat, že na jev, který se dnes nazývá skleníkový efekt plynných atmosférických nečistot, poprvé poukázal v roce 1824 francouzský vědec J. Fourier a v roce 1861 anglický fyzik J. Tyndall objevil, že podobně jako vodní pára, molekuly CO2 stíní infračervené záření. záření. Tato geofyzikální vlastnost oxidu uhličitého však není jeho jedinou globální pákou vlivu na biosféru. Další srovnatelné vlastnosti CO2, jako jsou účinky hnojení a antitranspirace, jsou diskutovány v kapitole „Živá hmota“. Vraťme se k hlavnímu tématu.[...]

V současné době je asi 10 % území pokryto ledem. Přiblížení skleníkového efektu závisí na množství emisí oxidu uhličitého.[...]

Některé plyny v atmosféře, včetně vodní páry, mají skleníkový efekt, tedy schopnost propouštět sluneční záření ve větší míře na zemský povrch ve srovnání s tepelným zářením, které vyzařuje Země ohřátá Sluncem. V důsledku toho je teplota zemského povrchu a přízemní vrstvy vzduchu vyšší, než by byla při absenci skleníkového efektu. Skleníkový efekt je jedním z mechanismů podpory života na Zemi.[...]

Kombinace prvních dvou faktorů se nazývá „relativní skleníkový potenciál“ a vyjadřuje se v jednotkách potenciálu CO2. Je vhodným indikátorem aktuálního stavu skleníkového efektu a používá se při mezinárodních diplomatických jednáních. Relativní role každého skleníkového plynu je velmi citlivá na změny každého faktoru a na jejich vzájemnou závislost, a je proto určena velmi přibližně.[...]

Základem pro konstrukci podporovatelů skleníkového efektu je monitoring klimatu. Často se uvádí počet oteplení za 100 let o 0,5-0,6 stupně Celsia. Z výše uvedených zpráv o klimatu však jasně vyplývá, že „všechny typy dat používaných ke studiu změny klimatu a variability trpí problémy s kvalitou a nedostatečností“. Dalším alarmujícím faktem je, že od počátku satelitních pozorování (konec 70. let minulého století) nebyly globální změny troposférické teploty téměř pozorovány. Podle údajů z družic a radiosond se v tomto období globální teplota v dolní a střední troposféře téměř nezměnila: její nárůst činil pouze 0,05 stupně Celsia za dekádu, což je polovina chyby tohoto odhadu (± 0,1 stupně za 10 let). V horní troposféře nebyly od počátku 60. let minulého století pozorovány vůbec žádné statisticky významné globální teplotní trendy [...].

Všimněme si také následující důležité okolnosti: skleníkový efekt antropogenního původu je v zásadě stěží možné spolehlivě zaznamenat s malým počtem pozorování, protože množství tepla potřebného k ohřátí atmosféry řekněme o 1 stupeň, je o tři řády menší než množství tepla ztraceného do kosmického prostoru v důsledku radiace z horních vrstev atmosféry.[...]

Ještě před dvěma nebo třemi desetiletími věděli o globálním oteplování v důsledku skleníkového efektu pouze vědci z oblasti životního prostředí. Dnes se to stalo problémem, který se týká lidstva.[...]

Oxid uhličitý neboli oxid uhličitý (CO2) se oproti ostatním skleníkovým plynům liší relativně nízkým potenciálem skleníkového efektu, ale poměrně značnou dobou existence v atmosféře - 50-200 let a poměrně vysokou koncentrací . Podíl oxidu uhličitého na skleníkovém efektu je v současnosti asi 64 %, ale tato relativní hodnota je nestabilní, protože závisí na měnící se roli ostatních skleníkových plynů.

Obsah oxidu uhličitého a metanu v atmosféře rychle roste. Tyto plyny způsobují „skleníkový efekt“ (obr. 13.4).[...]

Podle ruských, francouzských a amerických výzkumníků je hladina plynů, které vytvářejí skleníkový efekt v zemské atmosféře, aktuálně nejvyšší za posledních 420 tisíc let. Výzkum proběhl na ruské antarktické základně „Vostok“, kde se vrtáním v ledu výzkumníci dostali do rekordní hloubky 3620 m, což odpovídá vrstvě vytvořené před 420 tisíci lety. Vzduchové bubliny obsažené v ledu se staly jakýmsi archivem stavu atmosféry. V období globálního oteplování se hladina plynů způsobujících skleníkový efekt (oxid uhličitý, metan atd.) zvyšovala a při ochlazování se snižovala.[...]

A ohrožuje nás nejen nedostatek energie, ale i tepelná smrt z přebytečného tepla vzniklého při jeho příjmu (tzv. „skleníkový efekt“).[...]

Zhruba před 3 miliardami let však začalo množství atmosférického oxidu uhličitého klesat díky jeho vazbě v uhličitanových horninách. Skleníkový efekt se o 2,8 miliardy let snížil natolik, že došlo ke kontinentálnímu zalednění. Jednalo se o první (?) glacioera v historii Země. Průměrná globální teplota podle V.A Zubakova v té době nepřesáhla 4-10°C. Následně se zvýšila svítivost Slunce a začal se snižovat skleníkový efekt radiačně aktivních plynů a plynných látek v atmosféře, ale tento proces probíhal svižně.[...]

Přístrojově prokázaná akumulace oxidu uhličitého v atmosféře o 0,4 % v plynu, metanu o 1 % a oxidu dusíku L/0 o 0,2 %. což způsobuje „skleníkový efekt“. Spočívá v tom, že tyto plyny vstupující do atmosféry brání přenosu tepla z povrchu Země a působí jako komín nebo film ve skleníku [...].

Cílem Rámcové úmluvy OSN o změně klimatu je stabilizovat koncentrace skleníkových plynů v atmosféře na úrovních, které by způsobily nebezpečnou nerovnováhu v globálním klimatickém systému. To bude vyžadovat, abychom snížili emise plynů, jako je oxid uhličitý, vedlejší produkt používání paliv k výrobě energie.[...]

Chlorfluoruhlovodíky (CFC) jsou látky syntetizované lidmi, které obsahují chlór, fluor a brom. Mají velmi silný relativní skleníkový potenciál a významnou atmosférickou životnost. Jejich celková role ve skleníkovém efektu byla v polovině 90. let přibližně 7 %. Produkce chlorfluoruhlovodíků ve světě je v současné době kontrolována mezinárodními dohodami o ochraně ozonové vrstvy, které obsahují ustanovení o postupném snižování produkce těchto látek, jejich nahrazování látkami méně poškozujícími ozonovou vrstvu s následným jejím úplným zastavením. . V důsledku toho začala koncentrace freonů v atmosféře klesat.[...]

Výše bylo uvedeno, jaké negativní důsledky může mít intenzivní nárůst obsahu oxidu uhličitého v atmosféře v důsledku skleníkového efektu (oteplování klimatu, tání ledovců, stoupající hladina moří atd.). Navíc zvýšení koncentrace oxidu uhličitého zvyšuje rozklad stavebních materiálů - vápenec, dolomit, beton, kámen. Některé starověké památky, které přežily tisíce let, nemohou přežít nemoc způsobenou znečištěním životního prostředí. Destruktivně na ně působí stejná kyselina dusičná, která vzniká interakcí oxidů dusíku a vody.

Úloha atmosféry v životě je velká: udržuje dýchací procesy (kyslík), transportuje plynné látky - základ života rostlinných organismů a reguluje teplotu na zemi (“skleníkový efekt”).[...]

V roce 1896 publikoval S. Arrhenius (1859-1927) zásadní dílo, ve kterém kvantifikoval vliv změn koncentrace CO2 v atmosféře na teplotu zemského povrchu. Při výpočtu skleníkového efektu vzal v úvahu vliv důležité pozitivní zpětné vazby mezi rostoucími teplotami a zvyšujícím se obsahem vodní páry ve vzduchu, což by mělo vést i k oteplování klimatu.[...]

Do poloviny 21. století (2050) lze očekávat, že se koncentrace CO2 v zemské atmosféře zdvojnásobí ve srovnání s dobou před industrializací (přibližně 1850). Při spalování fosilních paliv tedy nepochybně hrozí antropogenní skleníkový efekt.[...]

Klima lze charakterizovat nějakou průměrnou globální teplotou povrchové vrstvy atmosféry a hladinou světového oceánu. V současné době je nárůst těchto parametrů interpretován jako globální oteplování způsobené antropogenním skleníkovým efektem (v důsledku emisí oxidu uhličitého v důsledku spalování paliv obsahujících uhlík). Pokud je však tepelná a vodní bilance planety nestabilní, pak se předpoklady o stálosti globální teploty a hladiny moře ukážou jako nesprávné a tyto veličiny jsou vždy v nestacionárním stavu a komplexně se mění. [...]

Globální úroveň managementu bezpečnosti životního prostředí zahrnuje procesy prognózování a monitorování stavu biosféry jako celku a jejích jednotlivých sfér. V druhé polovině 20. stol. Tyto procesy se projevují globální změnou klimatu, vznikem „skleníkového efektu“, ničením ozónové clony, dezertifikací planety a znečištěním světového oceánu. Podstatou globální kontroly a řízení je zachování a obnova přirozeného mechanismu reprodukce podmínek prostředí biosférou, která je řízena souhrnem živých organismů tvořících biosféru.[...]

Obrovská síla vyvinutá biotou Země však skrývá skryté nebezpečí rychlého zničení životního prostředí. Pokud je narušena integrita bioty, může být životní prostředí během desetiletí zcela deformováno. Je známo, že koncentrace oxidu uhličitého (CO2) v atmosféře rychle roste, což zesiluje skleníkový efekt a může vést ke zvýšení povrchové teploty (globální oteplování). Tento proces byl dlouho spojován pouze se spalováním fosilních paliv. Globální analýza využití půdy však ukazuje, že ve velkých oblastech kontinentální biosféry množství organického uhlíku neroste, ale klesá, a rychlost uvolňování uhlíku z kontinentální bioty a půdních organických rezerv je řádově stejná jako rychlost uvolňování fosilního uhlíku při spalování uhlí, ropy a plynu. V důsledku toho moderní biota porušuje Le Chatelierův princip. Od počátku tohoto století přestala suchozemská biota absorbovat přebytečný oxid uhličitý z atmosféry. Místo toho začala do atmosféry uvolňovat uhlík, čímž se průmyslové znečištění spíše zvyšovalo než snižovalo. To znamená, že struktura přirozené suchozemské bioty byla narušena v celosvětovém měřítku.[...]

Pojďme se podívat, proč tato železná teorie není vhodná pro zahradní domky. Takže jste vytvořili základ z betonových bloků a zasadili je pod vypočítanou hloubku zamrznutí půdy. Například v moskevské oblasti je taková hloubka 1,5 m, ale stačí 1,4, dokonce i 1,3 m: po mnoho let jsou zimy v moskevské oblasti a možná všude mnohem teplejší než v těchto dnech. byla stanovena konstrukční hloubka. Dále prý bude ještě tepleji kvůli skleníkovému efektu z vysokého obsahu CO2 v atmosféře.[...]

Pro zachování ozonové vrstvy Země jsou přijímána opatření ke snížení emisí freonů a jejich nahrazení látkami šetrnými k životnímu prostředí. V současné době je pro zachování pozemské civilizace nutné vyřešit problém zachování ozónové clony a zničení ozónových děr. Konference OSN o životním prostředí a rozvoji v Rio de Janeiru dospěla k závěru, že naši atmosféru stále více ovlivňují skleníkové plyny, které ohrožují změnu klimatu, a také chemikálie, které poškozují ozonovou vrstvu.[ ...]

Pokud nebudou přijata opatření, akumulace CO2 povede k akumulaci tepla ve spodních vrstvách troposféry (protože CO2 nepropouští tepelné paprsky vyzařované Zemí). Spolu s kolosální (až 3x14 MJ ročně) uvolněnou energií z tepelných zdrojů to může vést k ohřevu atmosféry, tání ledu, zvýšené vlhkosti, izolaci od Slunce, ochlazení atd. Na konci tohoto řetězce je není vyloučena povodeň následovaná dobou ledovou. Tento mechanismus, často nazývaný hypotéza „skleníkového efektu“, je potvrzen multiparametrovými počítačovými výpočty. Vědci se domnívají, že tento proces již začal: rok 1987 je nejteplejší z hlediska průměrné globální teploty, zima 1989 je nejteplejší, 80. léta. - nejteplejší desetiletí. Globální oteplení o pouhé 2-3 stupně by mohlo mít dramatické následky.[...]

V důsledku rychlé technogenní činnosti, bezmyšlenkovitého přístupu k životnímu prostředí, nekontrolovaného vědeckého a technologického pokroku, zvýšeného tlaku na přírodu, predátorského využívání přírodních zdrojů Země jsou jasně viditelné vznikající globální ekologické problémy, složky obecné ekologické krize: znečištění atmosféry, geodrosféry, litosféry se škodlivým technogenním odpadem; změna klimatu, především její oteplování v důsledku „skleníkového efektu“ s následnou možností zaplavení velkých obydlených oblastí; zničení ozonové vrstvy v atmosféře a vznik nebezpečí vystavení krátkovlnnému ultrafialovému (UV) záření, které je destruktivní pro veškerý život na Zemi; vyčerpání materiálních a přírodních zdrojů; ničení lesů, tvorba pouští; vyčerpání biologických druhů flóry a fauny; růst populace planety a poskytování potravin, bydlení a oblečení; šíření virové incidence mezi regiony; porušení genetické integrity krajiny; estetické a etické aspekty zhoršování životního prostředí; rozpor mezi obnovujícími schopnostmi přírody a technogenním dopadem atd.[...]

Tepelná rovnováha nastává, když se teploty těles účastnících se výměny tepla stanou stejnými, tzn. každý z nich začne rozdávat tolik energie, kolik dostává od jiných těl. Proto například v zimě, kdy povrch Země vyzařuje do vesmíru více energie, než přijímá od Slunce, začíná její teplota klesat. V létě dochází k opačnému jevu. To také vysvětluje skutečnost, že v noci bez mráčku teplota klesá více než v noci zatažené. V druhém případě je část záření Země odražena mraky na její povrch. Menší oblačnost má na svědomí i poměrně prudký pokles teplot v noci v horských oblastech oproti rovinatým. Přítomnost nečistot v atmosféře antropogenního původu s molekulovou velikostí větší, než mají její hlavní složky (dusík, kyslík) (CC>2, CH4, SO2 atd.) snižuje infračervené záření do vnějšího prostoru. To může přispět k rozvoji „skleníkového“ efektu (oddíl 1.6.1).[...]

Povrchová vrstva troposféry je nejvíce zasažena antropogenním dopadem, jehož hlavním typem je chemické a tepelné znečištění ovzduší. Nejsilněji je teplota vzduchu ovlivněna urbanizací území. Teplotní rozdíly mezi urbanizovaným územím a okolními nezastavěnými oblastmi jsou spojeny s velikostí města, hustotou zástavby a synoptickými podmínkami. V každém malém i velkém městě je stoupající trend teploty. Pro velká města v mírném pásmu je teplotní kontrast mezi městem a předměstími 1-3° C. Ve městech se albedo podložního povrchu (poměr odraženého záření k celkovému záření) snižuje v důsledku vzhledu budov, konstrukcí a umělých povrchů zde je sluneční záření intenzivněji absorbováno a akumulováno konstrukcemi budovy absorbují teplo během dne s jeho uvolňováním do atmosféry večer a v noci. Sníží se spotřeba tepla na odpařování, protože se zmenšují plochy s otevřeným půdním pokryvem, které zabírají zelené plochy, a rychlý odvod srážek dešťovými drenážními systémy neumožňuje vytváření zásob vláhy v půdách a útvarech povrchových vod. Rozvoj měst vede ke vzniku zón stagnace vzduchu, což vede k jeho přehřívání, mění se i průhlednost vzduchu ve městě v důsledku zvýšeného obsahu nečistot v něm z průmyslových podniků a dopravy. Ve městě se snižuje celkové sluneční záření a proti infračervenému záření zemského povrchu, což spolu s prostupem tepla budov vede ke vzniku lokálního „skleníkového efektu“, tedy „zakrytí“ města. s pokrývkou skleníkových plynů a aerosolových částic. Vlivem rozvoje měst se mění množství srážek. Hlavním faktorem je radikální snížení propustnosti podložního povrchu pro sedimenty a vytvoření sítí pro odvádění povrchového odtoku z města. Velký význam má obrovské množství spáleného uhlovodíkového paliva. Na území města v teplých obdobích dochází k poklesu hodnot absolutní vlhkosti a naopak v chladných obdobích - ve městě je vlhkost vyšší než mimo město.

Problém skleníkového efektu je aktuální zejména v našem století, kdy ničíme lesy, abychom postavili další průmyslový závod, a mnozí z nás si život bez auta neumí představit. Stejně jako pštrosi strkáme hlavu do písku a nevšímáme si škod způsobených naší činností. Mezitím skleníkový efekt zesiluje a vede ke globálním katastrofám.

Fenomén skleníkového efektu existuje od objevení atmosféry, i když nebyl tak nápadný. Přesto jeho studium začalo dávno před aktivním používáním automobilů a.

Stručná definice

Skleníkový efekt je zvýšení teploty spodní atmosféry planety v důsledku akumulace skleníkových plynů. Jeho mechanismus je následující: sluneční paprsky pronikají atmosférou a ohřívají povrch planety.

Tepelné záření, které přichází z povrchu, by se mělo vrátit do vesmíru, ale spodní atmosféra je příliš hustá na to, aby pronikla. Důvodem jsou skleníkové plyny. Tepelné paprsky setrvávají v atmosféře a zvyšují její teplotu.

Historie výzkumu skleníkového efektu

Poprvé se o tomto fenoménu začalo mluvit v roce 1827. Poté se objevil článek Jeana Baptista Josepha Fouriera „Poznámka k teplotám zeměkoule a jiných planet“, kde podrobně popsal své představy o mechanismu skleníkového efektu a důvodech jeho výskytu na Zemi. Fourier se ve svých výzkumech opíral nejen o vlastní experimenty, ale také o úsudky M. De Saussura. Ten prováděl pokusy se skleněnou nádobou zevnitř zčernalou, uzavřenou a umístěnou na slunečním světle. Teplota uvnitř nádoby byla mnohem vyšší než venku. To je vysvětleno následujícím faktorem: tepelné záření nemůže procházet zatmaveným sklem, což znamená, že zůstává uvnitř nádoby. Zároveň sluneční světlo snadno proniká stěnami, protože vnější strana nádoby zůstává průhledná.

Několik vzorců

Celková energie slunečního záření absorbovaného za jednotku času planetou s poloměrem R a sférickým albedem A se rovná:

E = πR2 ( E_0 přes R2) (1 – A),

kde E_0 je sluneční konstanta a r je vzdálenost ke Slunci.

V souladu se Stefanovým-Boltzmannovým zákonem je rovnovážné tepelné záření L planety s poloměrem R, to znamená, že plocha vyzařujícího povrchu je 4πR2:

L=4πR2σTE^4,

kde TE je efektivní teplota planety.

Příčiny

Povaha jevu se vysvětluje odlišnou průhledností atmosféry pro záření z vesmíru a z povrchu planety. Pro sluneční paprsky je atmosféra planety průhledná, jako sklo, a proto jí snadno procházejí. A pro tepelné záření jsou spodní vrstvy atmosféry „neproniknutelné“, příliš husté na průchod. Proto část tepelného záření zůstává v atmosféře, postupně sestupuje do jejích nejnižších vrstev. Zároveň roste množství skleníkových plynů zahušťujících atmosféru.

Ve škole nás učili, že hlavní příčinou skleníkového efektu je lidská činnost. Evoluce nás dovedla k průmyslu, spalujeme tuny uhlí, ropy a plynu a vyrábíme palivo. Důsledkem toho je uvolňování skleníkových plynů a látek do atmosféry. Patří mezi ně vodní pára, metan, oxid uhličitý a oxid dusnatý. Je jasné, proč se tak jmenují. Povrch planety je zahříván slunečními paprsky, ale nutně „vrací“ část tepla zpět. Tepelné záření, které vychází ze zemského povrchu, se nazývá infračervené.