Парниковый эффект и глобальное потепление климата

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

на тему: Парниковый эффект и глобальное потепление климата

Работу выполнила

студентка ИИМОСТ

группы Тб-131

Ширшикова Е.Д.

Преподаватель:

Иванцова Е.А.

Введение

Парниковый эффект -- повышение температуры нижних слоёв атмосферы планеты по сравнению с эффективной температурой, то есть температурой теплового излучения планеты, наблюдаемого из космоса. Следует отличать парниковый эффект в атмосфере от такового в парниках, где он имеет совершенно иной механизм.

Количественно величина парникового эффекта определяется как разница между средней приповерхностной температурой атмосферы планеты и её эффективной температурой. Парниковый эффект существенен для планет с плотными атмосферами, содержащие газы, поглощающие в инфракрасной области и пропорционален плотности атмосферы. Следствием парникового эффекта является также сглаживание температурных контрастов как между полярными и экваториальными зонами планеты, так и между дневными и ночными температурами.

Парниковый эффект атмосфер обусловлен их различной прозрачностью в видимом и дальнем инфракрасном диапазонах. На диапазон длин волн 400--1500 нм (видимый свет и ближний инфракрасный диапазон) приходится 75 % энергии солнечного излучения, большинство газов не поглощают в этом диапазоне; рэлеевское рассеяние в газах и рассеяние на атмосферных аэрозолях не препятствуют проникновению излучения этих длин волн в глубины атмосфер и достижению поверхности планет. Солнечный свет поглощается поверхностью планеты и её атмосферой (особенно излучение в ближней УФ- и ИК-областях) и разогревает их. Нагретая поверхность планеты и атмосфера излучают в дальнем инфракрасном диапазоне: так, в случае Земли 75 % теплового излучения приходится на диапазон 7,8--28 мкм.

1. Влияние парникового эффекта на климат Земли

Ещё в 1827 году французский физик Жозеф Фурье предположил, что атмосфера земли выполняет функцию своего рода стекла в теплице: воздух пропускает солнечное тепло, не давая ему при этом испариться обратно в космос. Этот эффект достигается благодаря некоторым атмосферным газам второстепенного значения, каковыми являются, например, водяные испарения и углекислый газ. Они пропускают видимый и «ближний» инфракрасный свет, излучаемый солнцем, но поглощают «далекое» инфракрасное излучение, имеющее более низкую частоту и образующееся при нагревании земной поверхности солнечными лучами. Если бы этого не происходило, Земля была бы примерно на 30 градусов холоднее, чем сейчас, и жизнь бы на ней практически замерла.

Исходя из того, что «естественный» парниковый эффект - это устоявшийся, сбалансированный процесс, увеличение концентрации «парниковых» газов в атмосфере должно привести к усилению парникового эффекта, который в свою очередь приведет к глобальному потеплению климата. Количество CO2 в атмосфере неуклонно растет вот уже более века из-за того, что в качестве источника энергии стали широко применяться различные виды ископаемого топлива (уголь и нефть). Кроме того, как результат человеческой деятельности в атмосферу попадают и другие парниковые газы, например метан, закись азота и целый ряд хлоросодержащих веществ. Несмотря на то, что они производятся в меньших объёмах, некоторые из этих газов куда более опасны с точки зрения глобального потепления, чем углекислый газ.

Деятельность человека приводит к повышению концентрации парниковых газов в атмосфере. Увеличение концентрации парниковых газов приведет к разогреву нижних слоев атмосферы и поверхности земли. Любое изменение в способности Земли отражать и поглощать тепло, в том числе вызванное увеличением содержания в атмосфере тепличных газов и аэрозолей, приведет к изменению температуры атмосферы и мировых океанов и нарушит устойчивые типы циркуляции и погоды.

Тем не менее, ведутся ожесточенные споры вокруг того, какое конкретно количество этих газов вызовет потепление климата и в какой степени, а также как скоро это произойдет. Даже когда изменение климата действительно происходит, в этом трудно быть стопроцентно уверенным. Мировые средние температуры могут сильно колебаться в пределах нескольких лет и десятилетий - причем по естественным причинам. Проблема в том, что считать средней температурой, и на основании каких критериев судить, действительно ли она изменилась в ту или другую сторону.

В конце восьмидесятых - начале девяностых годов XX века несколько лет подряд среднегодовая глобальная температура была выше обычной. Это вызвало опасения в том, что вызванное человеческой деятельностью глобальное потепление уже началось. Среди ученых существует консенсус, что за последние сто лет среднегодовая глобальная температура поднялась на 0,3 - 0,6 градусов Цельсия. Однако среди них нет согласия в том, что именно вызвало это явление. Трудно с уверенностью сказать, происходит глобальное потепление или нет, так как наблюдаемый рост температуры все ещё находится в пределах естественных температурных колебаний.

Неопределенность в вопросе глобального потепления порождает скепсис по поводу грозящей опасности.

Глобальное потепление -- процесс постепенного увеличения среднегодовой температуры атмосферы Земли и Мирового океана.

Научное мнение, выраженное Межгосударственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК) ООН, и непосредственно поддержанное национальными академиями наук стран «Большой восьмёрки», заключается в том, что средняя температура по Земле поднялась на 0,7 °C по сравнению со временем начала промышленной революции (в 1850-х), и что «бомльшая доля потепления, наблюдавшегося в последние 50 лет, вызвана деятельностью человека», в первую очередь выбросом газов, вызывающих парниковый эффект, таких как углекислый газ (CO2) и метан (CH4).

Как ожидается, потепление и подъём уровня Мирового океана будут продолжаться на протяжении тысячелетий, даже в случае стабилизации уровня парниковых газов в атмосфере. Этот эффект объясняется большой теплоёмкостью океанов.

Помимо повышения уровня Мирового океана, повышение глобальной температуры также приведёт к изменениям в количестве и распределении атмосферных осадков. В результате могут участиться природные катаклизмы, такие как наводнения, засухи, ураганы и другие, понизиться урожаи сельскохозяйственных культур и исчезнуть многие биологические виды. Потепление должно, по всей вероятности, увеличивать частоту и масштаб таких явлений.

2. Опасность потепления климата

В результате сжигания различного топлива в атмосферу ежегодно выбрасывается около 20 млрд. т углекислого газа и поглощается соответствующее количество кислорода. Природный запас СО2 в атмосфере составляет величину порядка 50 000 млрд. т. Эта величина колеблется и зависит, в частности, от вулканической активности. Однако антропогенные выбросы углекислого газа превышают естественные и составляют в настоящее время большую долю его общего количества. Увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере, сопровождающееся ростом количества аэрозоля (мелких частиц пыли, сажи, взвесей растворов некоторых химических соединений), может привести к заметным изменениям климата и соответственно к нарушению складывавшихся в течение миллионов лет равновесных связей в биосфере.

Итогом нарушения прозрачности атмосферы, а следовательно, и теплового баланса может явиться возникновение “парникового эффекта”, то есть увеличения средней температуры атмосферы на несколько градусов. Это способно вызвать таяние ледников полярных областей, повышение уровня Мирового океана, изменение его солености, температуры, глобальные нарушения климата, затопление прибрежных низменностей и многие другие неблагоприятные последствия.

Выброс в атмосферу промышленных газов, включающих такие соединения, как окись углерода СО (угарный газ), окислы азота, серы, аммиака и других загрязнителей, приводит к угнетению жизнедеятельности растений и животных, нарушениям обменных процессов, к отравлению и гибели живых организмов.

“Парниковый эффект”

По новейшим данным ученых, за 80-е гг. средняя температура воздуха в северном полушарии повысилась по сравнению с концом XIX в. на 0,5-0,6 "С. По прогнозам, к началу 2000 г. средняя температура на планете может повыситься на 1,2 "С по сравнению с доиндустриальной эпохой. Ученые связывают такое повышение температуры в первую очередь с увеличением содержания углекислого газа (диоксида углерода) и аэрозолей в атмосфере. Это приводит к чрезмерному поглощению воздухом теплового излучения Земли. Очевидно, определенную роль в создании так называемого “парникового эффекта” играет и тепло, выделяющееся от ТЭЦ и АЭС.

Потепление климата может привести к интенсивному таянию ледников и повышению уровня Мирового океана. Изменения, которые могут произойти вследствие этого, просто трудно предсказать.

Решить данную проблему было бы можно, сократив выбросы углекислого газа в атмосферу и установив равновесие в цикле круговорота углерода.

Общепринятые оценки метеорологов показывают, что повышение содержания углекислотного газа в атмосфере приведет к повышению температуры практически только в высоких широтах, особенно в северном полушарии, где "совсем недавно было гигантское оледенение". Причем в основном это потепление произойдет зимой. Отечественные "зеленые" механически повторяют про опасность потепления, не осознавая, что живут в холодной стране. При ожидаемом потеплении в большинстве районов России климат станет очень благоприятным, близким к субтропическому. Нечерноземная мало продуктивная зона центральной России станет плодоносной, продолжительность сельскохозяйственного года в ней утроится, Кубань превратиться в саванну, в Сибири морозы прекратятся, и там будут выращивать хлопок, а северный морской путь освободиться ото льда и станет самым экономичным морским путем между Европой и Дальним Востоком.

Важно, что потепление за счет повышения температуры будет происходить в основном зимой. Лето в России останется практически таким же относительно не жарким. Причем это повышение температуры произойдет за несколько лет вслед за повышением концентрации СО2, так как материковых льдов давно нет, а время нагрева атмосферы не превышает двух месяцев На климате низких широт удвоение концентрации СО2 практически не скажется, разве только северный ветер зимой не будет там столь холодным, как сейчас. До наступления последней ледниковой эпохи средняя температура Земли была на 5-6° С выше, и в районе Якутска росли леса грецких орехов.

Угроза потопа

В разных источниках указываются разные значения повышения уровня Мирового океана в пределах до 0,2-1,4 метра. Доверчивые специалисты при этом восклицают: Всемирный потоп! Однако почти все ледники в северном полушарии растаяли 9000 лет назад. Осталась только Гренландия. Льды же Северного Ледовитого океана при таянии не повысят уровень Мирового океана даже на 1 мм согласно всем известному из школьной физики закону Архимеда. Гренландский ледник не растает по той же причине, что и Атлантический. Дело в том, что оледенение имеет место быть при температуре ниже нуля, а температура Антарктиды в зависимости от сезона равна 30-90 °С ниже нуля. При ожидаемом потеплении условия сохранения Антарктического ледника практически не изменяется. Скорее всего из-за увеличения испарений количество влаги, поступающей в Антарктиду, возрастет, из-за этого ледник может существенно увеличиться и соответственно возрастет сход айсбергов. Гренландия - это маленькая Антарктида. При ожидаемом в 21 веке повышении температуры в высоких широтах на 4 °С температура на ледниках Гренландии сохраниться существенно ниже нуля, и из-за увеличения циркуляции влаги в атмосфере выпадение снега в Гренландии и частота схода там айсбергов увеличится. Данные палеоклиматологии подтверждают эти прогнозы. Гренландский и Антарктический ледники существуют многие десятки миллионов лет и пережили периоды несравненно более сильного потепления, чем это ожидаемое. Поэтому никакого существенного повышения уровня Мирового океана не следует ожидать ни в 21 веке, ни в более отдаленные времена.

парниковый эффект глобальный потепление

3. Вредность СО2

Сколько поднято шума в связи с увеличением содержания СО2 в атмосфере, что в сознании широких масс, наверное, создалось мнение о его вредности. Однако это не так. При концентрации углекислого газа ниже 1% он не оказывает вредного влияния на животных. Более того, слишком низкое содержание СО2 в воздухе для некоторых людей является причиной астматических болезней. Их не даром лечат по методу профессора Бутейко задержкой дыхания. Ведь присутствие СО2 совершенно необходимо для эффективного дыхания. По-видимому, этот результат (точнее пережиток) эволюции. Ведь животный мир возник при весьма высокой концентрации углекислого газа. Еще 600 млн. лет назад, когда животный мир начал трансформироваться в современные виды, концентрация кислорода в воздухе составляла всего 2%. Предки приматов возникли примерно 20 миллионов лет назад, когда концентрация СО2 была втрое выше, т.е. 0,1%. Для растений углекислота является самым необходимым жизненным веществом, так как другой возможности усвоения растениями углерода в природе не существует. Поэтому СО2 ни в коем случае нельзя считать вредным веществом для здоровья животных и тем более растений. Экспериментально показано, что с повышением концентрации в воздухе углекислого газа урожайность всех культур возрастает. По мнению некоторых врачей, человеку полезнее высокогорный воздух, где абсолютная концентрация кислорода вдвое меньше. В обыденном сознании сформировалось мнение, что леса являются "легкими планеты". Но леса и растительность вообще в основном поглощают СО2. Очищать воздух от углекислого газа бессмысленно, так как его уже практически там нет: осталось всего 0.035%. Таким образом, и в этом смысле обыденное сознание отягощено мифами.

СО2 и парниковый эффект

По оценкам ученых, без парникового эффекта средняя температура поверхности Земли была бы на 30 градусов ниже нуля и никакой жизни на ней скорее всего не было бы. Именно парниковый эффект, являясь природным одеялом, создает благоприятные условия жизни на земле. Парниковый эффект, то есть степень поглощения инфракрасного излучения земной поверхности, обусловлен наличием многоатомных газов (СО2, пары H20, СН4), непрозрачных для теплового излучения. В наше время парниковый эффект в среднем на 78% порожден парами воды и только на 22% углекислым газом при их объемном соотношении 1:10. Вкладом других газов можно пренебречь.

Влияние парникового эффекта на климат в зависимости от концентрации СО2 хорошо известно метеорологам. Он в основном повышает температуру зимой в высоких широтах и практически не влияет на температурный режим низких широт. Это объясняется следующим. Вышеупомянутое соотношение вкладов водяного пара и СО2 в парниковый эффект наблюдается только раз в год. В высоких широтах при снижении зимней температуры концентрация водяного пара в атмосфере резко снижается, так как он конденсируется и выпадает в виде осадков. В результате парниковый эффект резко снижается и температура атмосферы уменьшается. Кибернетики сказали бы, что имеет место сильная обратная связь. При дальнейшем снижении температуры водяной пар вымораживается из атмосферы, на землю выпадает снег и резко увеличивается отражение лучистой энергии, поступающей от солнца. Физики и метеорологи сказали бы, что увеличивается альбедо (доля отраженной лучистой энергии) Земли. Это вторая сильная обратная связь. А вот концентрация СО2 в атмосфере не зависит от этих факторов. Именно парниковый эффект от СО2 сохраняет тепло в атмосфере при вымораживании из нее водяного пара. Увеличение концентрации СО2 приведет к тому, что снижение температуры и вымораживание водяного пара, а также выпадение снега и увеличение альбедо будет проходить в существенно меньшей степени.

Итак, наличие СО2 в атмосфере играет важную роль для улучшения климата, прежде всего в зимнее время. Но наличие СО2 в атмосфере еще важнее для стабилизации климата при воздействии случайных факторов, приводящих к временному похолоданию, которые в отсутствие СО2 могли бы вызвать оледенение. Очень показательно, например, сравнение климата на Марсе и Венере. Уровень температуры на Марсе таков, что там не только вода, но и СО2 вымораживаются из атмосферы настолько, что давление марсианской атмосферы, состоящей в основном из СО2, составляет всего 0,6% земной. Поэтому на Марсе наблюдаются водяные и углекислотные льды. На Венере, получающей в два раза больше тепла от Солнца, атмосфера также в основном состоит из СО2 и имеет давление 90 атмосфер. Из-за мощного парникового эффекта температура на поверхности Венеры составляет 500 С.

Парниковый эффект и оледенение, по имеющимся научным данным, взаимно связаны. На рисунке приведены кривые изменения концентрации СО2 в атмосфере и температуры за последние 160 тысяч лет. Эти данные получены анализом состава воздушных пузырьков в толще ледников Антарктиды. На кривых хорошо видно почти полное совпадение максимумов концентрации СО2 и температуры, что объясняется малой тепловой инерцией атмосферы и отсутствием материковых льдов. Следует отметить, что максимумы температуры и содержания СО2 совпадали и похоже способствовали появлению неандертальцев 100000 лет назад и сельскохозяйственной революциипримерно 5000 лет назад.

Максимум последнего оледенения был примерно 20000 лет назад. Он соответствовал концентрации СО2 в атмосфере, равной всего 0.02%, что почти в два раза меньше,чем сейчас. Тогда ледники занимали всю территорию Канады, значительную территорию США в всю Северную Европу включая Берлин, Москву, Киев и Санкт-Петербург. Общая площадь материковых льдов в Северном полушарии тогда составляла 23 млн.км²,толщина слоя льда - 1.5 км, объем материковых льдов превышал 37 млн. км3.

Ледниковая эпоха характеризуется крайне неустойчивым климатом. Небольшое случайное похолодание приводит из-за сильных обратных связей к росту ледников, а потепление к их быстрому таянию. Поэтому ледниковая эпоха характерна быстрыми колебаниями температуры с периодом 10000 лет.

Именно быстрое возрастание концентрации СО2 привело за 9000 лет к почти полному таянию этих ледников. Остались лишь ледники в Антарктиде и Гренландии, консервация которых обусловлена близостью к полюсу, водным окружением и замкнутой циркуляцией холодных течений.

При изменении концентрации СО2 потепление может быть очень быстрым, если нет материковых льдов, так как нагрев атмосферы ввиду ее тепловой инерции составляет около 2 месяцев. Но для таяния льдов необходимо больше времени, так как требуется много тепла. На таяние материковых ледников не влияет антропогенный фактор.

В сознании широкой общественности потепление почти всегда соединяется с повышением температуры летом и засухой зимой. Однако это не так в случае увеличения концентрации СО2. Количество влаги, поступающей на сушу, зависит в первую очередь от интенсивности испарения водной поверхности. При потеплении количество образующегося пара увеличится, во-первых, за счет увеличения площади испарения на освободившейся от океанических и материковых льдов в высоких и средних широтах и, во-вторых, за счет увеличения средней температуры. Таяние высокогорных ледников не грозит мелением рек, так как количество влаги в горах не уменьшится. И лишь изменится сезонное распределения поступления воды в горные реки. Эти теоретические рассуждения вполне поддерживаются данными палеоклиматологии. А вот каждое оледенение сопровождалось засухой, так как накопление на суше материковых льдов приводило в сокращению площади мирового океана на 30% и одновременно снижалась температура атмосферы и водной поверхности.

Углекислота в оболочках земли

В океане СО2 содержится в растворенном виде в виде угольной кислоты и ионов различных углекислотных солей, и его в 60 раз больше чем в атмосфере. При повышении концентрации СО2 в атмосфере большая его часть поглощается океаном. Правда, перемешивание океанической воды длится от 200 до 2000 лет. Океан, следовательно, является гигантским аккумулятором и регулятором концентрации углекислоты в атмосфере. Именно поэтому изменение концентрации СО2 в атмосфере будут происходить во много раз медленнее, даже несмотря на рост антропогенных выбросов.

В каменноледниковых, сланцевых и иных углеродосодержащих месторождениях угольной кислоты содержится в 300 раз больше по сравнению с атмосферой. Если ее освободить из этих месторождений, то концентрация СО2 в атмосфере увеличится с 0.035 до 9 %. Такая концентрация наблюдалась во время каменно-угольного геологического периода, когда на земле буйствовала растительность, был теплый устойчивый климат и процветали динозавры. Такая растительность была следствием высокой концентрации углекислоты, которая являлась главной, ничем не заменимой пищей для фотосинтеза. Реальная причина вымирания динозавров - похолодание в связи с наступлением ледникового периода, увядание растительности и недостаток пищи. Они вымирали в течении нескольких миллионов лет: одни виды раньше, другие позже.

Основная масса СО2 в карбонатных породах, причем в основном на дне океанов. Материковые карбонатные породы сформировались когда эти участки суши были дном морей и океанов. Как же почти весь СО2 оказался захороненным на дне океанов?

Согласно современным научным представлениям первичная атмосфера образовалась в результате разделения по плотности земных пород. Она состояла из СО2, метана, аммиака, сероводорода. Изъятие из первичной атмосферы углекислоты происходило благодаря фотосинтезу в первых живых организмах на Земле. Самозарождение жизни, по мнению ученых, было возможно только в атмосфере без кислорода, и сначала только в океане. Первичный океан был сначала настоящей "газировкой". Первые сине-зеленые одноклеточные водоросли возникли не менее 3 миллиардов лет назад. Именно они за счет фотосинтеза произвели первый кислород и тем создали условия для жизни животных, энергетическим источником которых является процесс окисления. Первые животные, появившиеся сначала в океане, строили скелеты из известняка СаСО3 и магнезита (доломита) MgСО3. Их скелеты и раковины гигантских размеров откладывались на дне океанов и морей, и эти отложения можно видеть сейчас, в виде месторождения мрамора, меловых гор, известняка. А углекислота была почти начисто извлечена как из воды океана, так и из атмосферы. Кстати, некоторые ученые называют результатом этого процесса первой экологической катастрофы для первых обитателей Земли. Ведь интенсивность фотосинтеза пропорциональна концентрации СО2 в атмосфере и океане. Когда растительность распространилась на суше, создались условия для начала каменноугольного периода - эпохи карбона. Однако в образовавшиеся каменноугольные, нефтяные и газовые месторождения попало тогда меньшая часть углекислоты, так как для их образования на суше требовались специфические условия, а именно болота, покрытые минеральными осадками. В противном случае органика сгнивает, а СО2 возвращается обратно в атмосферу. Иное дело океанские отложения из СаСО3 и MgСО3. Они хоронились на всегда, и возвратить и обратно в оборот не в силах даже человечество, как оно делает с СО2 при сжигании нефти, каменного угля и газа.

В нашу геологическую эпоху в атмосфере остались буквально жалкие остатки прежнего количества СО2. Чтобы извлечь необходимую для жизни углекислоту, растениям приходится прокачивать через себя огромное количество воздуха, так как в нем содержится мало СО2 - всего 0,035%. Но даже при низкой в нынешнюю геологическую эпоху интенсивности фотосинтеза на суше и в океане можно за несколько лет выбрать и эти жалкие остатки. Среднее время обращения СО2 в сегодняшней атмосфере составляет всего пять лет.

Заключение

Eсли сохранится тенденция глобального потепления, это приведет к изменению погоды и увеличению количества осадков, что, в свою очередь, приведет к подъему уровня мирового океана. Ученые уже отметили изменения в картине выпадения осадков. Они подсчитали, что в США и бывшем СССР последние 30-40 лет выпадает осадков на 10 процентов больше, чем в прошлом. В то же время, количество осадков над экватором сократилось на те же десять процентов. Дальнейшее изменение в системе выпадения осадков окажет огромное воздействие на сельское хозяйство, смещая зоны возделывания культур в северные районы Северной Америки и Евразии. Наиболее благоприятные условия для выращивания культур сложатся в сельскохозяйственных регионах России и обильные осадки будут выпадать в Северной Африке, где засуха продолжается с 1970-го года. Кроме того, повышение температуры увеличит испарение влаги с поверхности океана. Это приведет к увеличению выпадения осадков на 11 процентов.

Последствия потепления климата будут ощущаться на Северном и Южном полюсах, где увеличившаяся температура приведет к подтаиванию ледников. По расчетам ученых увеличение температуры на 10 градусов по Цельсию, вызовет повышение уровня мирового океана на 5-6 метров, что приведет к затоплению многих прибрежных территорий во всем мире.

Список использованной литературы

1. Физика космоса. Маленькая энциклопедия, М.: Советская Энциклопедия, 1986

2. Будыко М.И. и др. Предстоящие изменения климата // Изв. АН СССР. Сер. геогр., 1992, 4. С. 36-52.

3. http://chemistry.narod.ru/razdeli/eco/8.htm

Размещено на Allbest.ru