Парниковый эффект

Размещено на http://www.allbest.ru/

В последние десятилетия противоречия между обществом (особенно его экономическими процессами) и окружающей средой вплотную приблизились к критической отметке и стали фактором, угрожающим жизнедеятельности современного человека на всех континентах.

Революционные изменения в биосферных процессах, которые начались в XX веке, привели к бурному развитию энергетики машиностроения, химии, транспорта, к тому, что человеческая деятельность стала сравнима по масштабам с естественными энергетическими и материальными процессами, происходящими в биосфере.

Интенсивность потребления человечеством энергии и материальных ресурсов растет пропорционально численности населения и даже опережает его прирост. Последствия антропогенной деятельности проявляются в истощении природных ресурсов, загрязнения биосферы отходами производства, разрушении природных экосистем, изменении структуры поверхности Земли, измени климата. Антропогенные воздействия приводят к нарушению практически всех природных биогеохимических циклов.

Перестройка биосферы и грядущее становление ноосферы ставит перед человечеством нелегкие задачи. Прежде всего, это рациональное управление биосферой для удовлетворения насущных потребностей человечества.

У экологических проблем современности есть отличительные признаки, которые придают им масштаб глобальности. Прежде всего, это их общечеловеческая значимость.

Основные проблемы современной биосферы , так или иначе связаны с техногенной деятельность человека. Эволюция человека как биологического вида и человечества в целом привела к изменению естественного биогеохимического круговорота и перераспределению энергии на Земле. Можно с уверенностью сказать, что все глобальные проблемы современности прямо или косвенно замыкаются на использовании природных ресурсов Земли.

Все экологические процессы в биосфере взаимосвязаны и неразрывны. Нарушение одних процессов неминуемо влечет за собой сдвиги в системе сложившихся связях природных экосистем. Масштабы воздействия хозяйственной деятельности на природную среду стали гигантскими. Ежегодно из земных недр безвозвратно извлекается свыше 100 миллиард тонн полезных (для человека но не для планеты) ископаемых, выплавляется 800 миллионов тонн различных металлов, вносится в почвы свыше 500 миллионов тонн минеральных удобрений, около 3 миллионов различных ядохимикатов , из которых треть смывается поверхностными стоками в водоемы или задерживается атмосферой.

Усиление техногенного воздействия на природную среду породило ряд экологических проблем, требующих безотлагательного решения. В первую очередь это состояние атмосферного воздуха, водных и земельных ресурсов.

Загрязнение атмосферы влияет на все природные компоненты. Оно обуславливает парниковый эффект, изменение озонового слоя, образование кислотных дождей и смогов, влияет на здоровье человека и его хозяйственную деятельность.

Парниковый эффект - это разогревание нижних слоёв атмосферы, благодаря Загрязнение атмосферы влияет на все природные компоненты. Оно обуславливает парниковым газам. Атмосфера хорошо пропускает к земной поверхности коротковолновую солнечную радиацию. От неё нагревается поверхность суши и воды, которая становится источником теплового (длинноволнового) излучения. Указанный вид излучения задерживается водяным паром и парниковыми газами в атмосфере. Поэтому повышается температура нижних слоёв атмосферы.

К парниковым газам относят двуокись углерода (СО2), метан (СН4), окис - лы азота (NхО), фреоны (ХФУ). Относительный вклад в парниковый эффект газов следующий: СО2--60%, СН4--15%, N2О--5%, О3--8%, фреонов--12%.

Значительное количество углекислого газа поступает в атмосферу из-за сжигания топлива, производства цемента, вырубки лесов, лесных пожаров, антропогенного изменения характера подстилающей поверхности. Антропогенные источники метана- животноводство (скотоводство), растениеводство (выращивание риса), топливная промышленность (добыча газа, нефти, угля). Источники оксидов азота - сельское хозяйство, сжигание биомассы, промышленность, производящие азотосодержащие вещества.

Вклад газов в парниковый эффект зависит от следующих факторов:

1) эффекта, вызываемого единичным объёмом поступившего в атмосферу газа, по сравнению с эффектом углекислого газа, принимаемым за единицу;

2) продолжительность пребывания газа в атмосфере;

3) объёма эмиссии газа.

Комбинация первых двух факторов называется относительным парниковым потенциалом. Она выражается в единицах от потенциала углекислого газа и характеризует текущее состояние парникового эффекта. Роль углекислого газа в изменении температуры воздуха связана со значительной продолжительностью существования в атмосфере (50-200 лет) и сравнительно высокой концентрацией. Однако СО2 отличается низким потенциалом парникового эффекта.

Накопление углекислого газа в атмосфере - одна из основных причин парникового эффекта ,возрастающего от разогревания Земли лучами Солнца. Этот газ не пропускает солнечное тепло обратно в космос. Содержание парниковых газов- СО2, метана и др.- неуклонно увеличивается. Правда , действует и процесс, направленный в обратную сторону, - это процесс фотосинтеза, в котором растения усваивают двуокись углерода из воздуха и строят из неё свою биомассу. По оценкам учёных, за год вся растительность суши улавливает из атмосферы 20 - 30 млрд. т углерода в форме его двуокиси. Один квадратный метр быстрорастущего тропического леса за год извлекает из воздуха 1 - 2 кг углерода, 1 кв.м арктической тундры - раз в сто меньше, но нельзя забывать, что растительность суши - лишь сравнительно небольшая часть всей земной флоры. Основную площадь нашей планеты занимают океаны, а в их водах плавают массы микроскопических водорослей. В усвоении атмосферной двуокиси они играют не меньшую роль, чем гигантские по сравнению с ними наземные растения, за год эти микроскопические водоросли потребляют около 40млрд. т углерода.

Российский климатолог Н.И.Будыко ещё в 1962 г. Выдвинул гипотезу, что сжигание человечеством огромного количества разнообразных топлив, особенно возросшее во второй половине ХХ в., неизбежно приведёт к увеличению содержания углекислого газа в атмосфере. А он задерживает отдачу солнечного и глубинного тепла с поверхности Земли в космос, что приведёт к эффекту, который мы наблюдаем в застеклённых парниках. Вследствие такого парникового эффекта средняя температура приземного слоя атмосферы должна постепенно повышаться.

Выводы Н.И.Будыко заинтересовали американских метеорологов. Они проверили его расчёты, сами провели многочисленные наблюдения и к концу 60-х гг. пришли к твёрдому убеждению, что парниковый эффект в атмосфере Земли существует и нарастает.

Концентрация, например, двуокиси углерода в атмосфере увеличилась по сравнению с доиндустриальной эпохой на 28%. Если человечество не примет меры, чтобы сократить выбросы этих газов , к середине будущего века средняя глобальная температура приземной атмосферы повысится на 1,5--4,5⁰ С . Произойдёт перераспределение осадков, увеличится число засух, изменится режим речного стока и режим работы гидроэлектростанций. Растает верхний слой вечной мерзлоты, что повлияет на устойчивость фундаментов инженерных сооружений. Уровень Мирового океана поднимется к 2030 г. на 20 см, что приведёт к затоплению низколежащих побережий.

Доли некоторых государств в глобальном выбросе двуокиси углерода таковы: США -22 %, Россия и Китай - по 11%, Германия и Япония - по 5% (данные 2000 г.).

К газам, создающим парниковый эффект, относится и метан, поэтому очень важно определить реальные его потери при добыче, транспортировке по трубопроводам, распределении в городах и населённых пунктах, при использовании на станциях теплоснабжения и электростанциях. К наиболее загрязняющим атмосферу отраслям отнесены топливно-энергетическая, нефтехимическая, металлургическая и транспортная.

Мощным источником СО2 служит дыхание почвы. В условиях холодного и умеренного климата за счёт замедленной скорости разложение биомассы происходит (вместе с органическим веществом) накопление углерода.

Другим местом скопления СО2 служат болота - резервуар с временем пребывания органического углерода в торфах до 10 тыс. лет и его аккумуляцией 45--50 МтС/г. Из-за малой скорости разложения мха углерод активно накапливается в сфагновых болотах. Увеличение годового стока может быть достигнута в первую очередь облесением, а также путём сохранения и увеличения содержания гумуса в почвах.

Если посчитать, сколько углерода содержится во всех болотах мира, получится колоссальная цифра - 550 гигатонн. Это 75% общего количества углерода, находящегося в атмосфере Земли, что в два раза больше, чем во всех лесах на планете, вместе взятых! И если бы в одночасье все болота высвободились от своих запасов СО2, концентрация парникового газа в окружающей среде увеличилась бы вдвое, что привело бы к необратимым последствиям для климата.

Сегодня осушенные болотные угодья повинны в 10% выбросов двуокиси углерода в атмосферу. Данный эффект ученые объясняют тем, что вода находится глубоко под поверхностью почвы. Кислород проникает в торфяной слой, в результате чего происходит минерализация торфа и наружу проникает углекислый газ. Естественная же топь на 90% состоит из воды. Отмирающая биомасса не разлагается в ней полностью, а откладывается в виде торфа. И та часть диоксида углерода, которую растения получили для строительства своей ткани, надолго сохраняется в недрах трясины.

Одним из главных источников загрязнения атмосферы углекислым газом - автомобильный транспорт. Один усреднённый автомобиль за 6 лет эксплуатации выбрасывает в атмосферу 9 т СО2, 0,9 т СО, 0,25 т NОХ и 80 кг углеводородов. На долю автомобилей приходится 25% сжигаемого топлива. Есть несколько путей борьбы с этим видом загрязнений : техническое совершенствование двигателей, топливной аппаратуры, электронных систем подачи топлива; повышение качество топлива; снижение содержания токсичных веществ в выхлопных газах в выхлопных газах в результате применения дожигателей топлива, каталитическиских катализаторов; использование альтернативных видов топлива, например сжатого природного газа.

Таблица. Приближённый состав (% по объёму) выхлопных газов автомобилей.

В Беларуси основными источниками загрязнения атмосферы являются автотранспорт, объекты энергетики, промышленные предприятия. Большая часть загрязняющих веществ поступает в атмосферу от автотранспорта, в результате технологических, производственных и других процессов и при сжигании топлива. В составе выбросов в атмосферу преобладают оксид углерода, углеводороды, оксиды азота, диоксид серы. Основной вклад в поступление этих веществ в Европе принадлежит Польше, Германии, России, Украине. Анализ динамики климатических данных показал, что в 80-х и в начале 90-х гг. среднегодовые температуры на северной половине Восточно-Европейской равнины возросли из-за частой повторяемости теплых зим, причём отмечена сопряжённость ареалов максимальной изменчивости климатических характеристик с географическим распределением загрязнений атмосферы. Изменение климата в результате антропогенных выбросов парниковых газов ведёт к крупномасштабным негативным последствиям во всех областях деятельности человека. В конце XX - начале XXI века в Беларуси, как и во всем мире, наблюдается самый продолжительный период потепления за все время наблюдений за температурой воздуха, которые ведутся с 1861 года. Участились также аномальные явления - бури, наводнения, засухи.

Изменение климата чревато для сельского, лесного и водного хозяйства. Это связано главным образом с перераспределением осадков и увеличением числа и интенсивности засух. В зоне вечной мерзлоты в результате таяния льдов при потеплении климата станет разрушаться хозяйственная инфраструктура, будет нанесён ущерб добывающей промышленности, энергетическим и транспортным системам, коммунальному хозяйству. Подъём уровня Мирового океана приведёт к затоплению и разрушению береговой линии и низменных территорий дельт рек с расположенными здесь населёнными пунктами. Изменение климата может оказать негативное влияние на здоровье людей--как из-за усиления теплового стресса в южных районах, так и из-за распространения многих видов заболеваний.

Таблица. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух от различных отраслей хозяйства.

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

Учёным удалось выяснить, что за этот период температура на земле регулярно колебалась. Точную причину таких колебаний исследователи назвать пока затрудняются, однако некоторые высказывают предположения, что они вызваны изменением орбиты Земли по отношению к Солнцу.

Учёные выяснили: подавляющую часть времени циклоны потепления и похолодания оставались неизменными. Сбой произошёл, когда началась эпоха индустриализации. Эти сведения не оставляют никаких сомнений в том, что нынешнее состояние атмосферы выбивается из общего климатического ритма планеты. Уровень содержания углекислого газа и метана в наше время соответственно на 30% и 100% выше, чем в доиндустриальную эпоху.

Американские учёные получили новые данные, свидетельствующие о потеплении земного климата. Они взяли пробы из ледника Дасуопу в южной части тибетского плато, находящегося на высоте более 6 км над уровнем моря. Этот ледник существует 400 тыс. лет. Анализ водородного состава льда позволил определить год, в котором образовался тот или иной слой, а также температуру воздуха в то время. Согласно полученным данным, последние 50 лет, особенно 90-е гг. ХХ столетия, были самыми тёплыми за последнюю тысячу лет.

Статистика свидетельствует, что в странах третьего мира на душу населения приходится в среднем 0,5 т выбросов углекислого газа в год, в то время как в индустриально развитых странах мира - в 10 и более раз выше этого показателя. США выбрасывает в атмосферу 1 млрд. 200 млн. т углекислого газа, что составляет 20 % от мирового выброса. В Беларуси количество выбросов парниковых газов по сравнению с базовым 1990 годом сократилось на 37,6%, однако по сравнению с 2007 годом выбросы выросли на 4%. Это произошло за счет таких секторов, как энергетика, сельское хозяйство и отходы.

По данным международных экспертов, при сокращении существующей тенденции к 2010 г. температура на планете может повыситься на 1--3 С⁰, что вызовет подъём уровня Мирового океана ( по разным оценкам, от 0,3 до 1 м ).

Ещё одно свидетельство глобального потепления климата, вызванного деятельностью человека, в 1998 г. представили сотрудники трёх университетов США. В результате многоплановых исследований сотрудниками Массачусетского, Амхерского и Аризонского университетов удалось установить, что три года последнего десятилетия ХХ в. Оказались самыми тёплыми за последние 600 лет.

Анализируя различные рукописные документы, а также факты, зафиксированные самой природой,-- толщину годовых колец на срезах стволов, деревьев, образование ледников и рост коралловых рифов - американские учёные пришли к выводу, что за изученный период времени рекордно высокие температуры наблюдались в 1990, 1995 и 1997 гг. Они также сопоставили изменения солнечной активности, вулканической деятельности и выбросов в атмосферу двуокиси углерода. По их мнению, история знала и тёплые и холодные времена, но ничто не может сравниться с драматическим потеплением, начавшимся на закате ХХ столетия. Хотя такие факты, как яркость солнца и вулканическая активность, игравшие важную роль в прошлом, газы, отвечающие за парниковый эффект представляются параметрами, доминировавшими на протяжении последних нескольких десятилетий.

По данным американских учёных, вырубка лесов и ведение интенсивного хозяйства являются одними из причин потепления на Земле. Исследование проведено с помощью компьютерной модели нашей планеты. В результате исследований учёные установили, что уничтожение лесов способствует повышению температур. Это воздействует на природу так же, как и заводы, фабрики, автомобили.

По данным американского Национального управления по проблемам океана и атмосферы, ХХ век был самым тёплым за последние 1200 лет. Их выводы получены по результатам изучения ледников и океанов в различных уголках земного шара. Тенденцию к потеплению они связывают с интенсивной обработкой почвы на различных континентах по мере того, как увеличивалось их население.

Исследования американских учёных в бассейне реки Амазонки показали, что вырубка лесов не только сокращает их способность поглощать углекислый газ. Как выяснилось, земля, оставленная после вырубки, не в состоянии также хорошо возвращать влагу в атмосферу. В результате в Бразилии количество осадков ежегодно сокращается на 20 %.

В южной части американского штата Флорида, где болота осушены под строительство домов и плантаций сахарного тростника, средняя температура в ХХ столетии увеличилась на 0,5 С⁰. После изменения земной поверхности летние дожди выпадают значительно реже. Вследствие этого пожары лесов во Флориде стали значительно чаще.

Похожие процессы наблюдаются в Юго-Восточной Азии, Северной Америке и других регионах. По мнению учёных, обнажённая таким образом земля не может удержать тепло и « выбрасывает « его в атмосферу, нарушая тем самым климатический баланс.

Изменение климата в результате антропогенных выбросов парниковых газов ведёт к крупномасштабным негативным последствиям практически во всех областях деятельности человека. Наиболее значительному потеплению подвержены высокие широты Земли, в которых расположена значительная часть территории России. По данным специалистов ЮНЕП, изменение климата может привести миру ущерб в сотни миллиардов долларов, из них 6 млрд. приходится на страны бывшего СССР, если не будут приняты срочные меры по сокращению выбросов парниковых газов.

Ущерб от более частых тропических циклонов, потерь земельных ресурсов в результате подъёма уровня моря, сокращение запасов рыбы и пресной воды приведёт к ежегодным затратам в размере около 304,2 млрд. долларов.

Наибольшие потери будут в области энергетики. К 2050 г. водный сектор столкнётся с необходимостью тратить дополнительно 47 млрд. долларов в год. Защита жилых домов, предприятий, электростанций от наводнений может составить в среднем 1 млрд. долларов.

Потери экосистем, включая коралловые рифы и материковые линии, к 2050г. могут превысить 70 млрд. долларов. Сельское и лесное хозяйство понесёт ущерб до 42 млрд. долларов, если в результате засух, наводнений и пожаров уровень выбросов парниковых газов превысит вдвое уровень 1990 г. Природные катастрофы, включая учащение циклонов и ураганов, приведут к дополнительным потерям в размере 3 млрд. долларов.

В Европе, например, основные потери будут вызваны повышением уровня смертности и заболеваемости. Они оцениваются в 21,9 млрд. долларов. Управление водными ресурсами потребует дополнительно 14 млрд. долларов.

В связи с глобальной угрозой изменения климата страны - члены ООН в 1992г. на Конференции ООН по охране окружающей среды и развитию подписали рамочную Конвенцию ООН об изменении климата. Конечная цель Конвенции заключается в том, чтобы добиться стабилизации парниковых газов в атмосфере на таком уровне, который не допускал бы опасного антропогенного воздействия на климатическую систему.

В декабре 1997 г. в рамках Конвенции ООН по изменению климата был принят Киотский документ, по которому все развитые страны и страны с переходной экономикой, приняли обязательства по сокращению выбросов в атмосферу газов, создающих парниковый эффект, - углекислый газ, метан, азотные соединения.

По состоянию на 26 марта 2009 Протокол был ратифицирован 181 страной мира (на эти страны совокупно приходится более чем 61 % общемировых выбросов). Заметным исключением из этого списка являются США. Первый период осуществления протокола начался 1 января 2008 года и продлится пять лет до 31 декабря 2012 года, после чего, как ожидается, на смену ему придёт новое соглашение. Предполагалось, что такое соглашение будет достигнуто в декабре 2009 года на конференции ООН в Копенгагене.

Барри Коммонер так сформулировал главный принцип человеческого существования: «Мы должны научиться у природы основному уроку: на нашей планете ничто не может выжить, если оно не входит в единое глобальное целое как неотъемлемая его часть».

Человек - часть природы, и для своего эффективного существования и развития должен соблюдать её законы.

Список литературы

парниковый эффект земля атмосфера

1.Галай Е. И. «Использование природных ресурсов и охрана природы».- Минск, 2007.

2.Новиков Ю. В. «Экология, окружающая среда и человек» . Учебное пособие для вузов, средних школ и колледжей. - 2-е изд., испр. и доп. - Москва,2003.

3. Маврищев В. В. «Основы экологии: ответы на экзаменационные вопросы. - 2-е

изд. -Минск,2010.

4. Михнюк Т. Ф. «Охрана труда и основы экологии». - Минск, 2007.

Размещено на Allbest.ru