Влияние парниковых газов на климат

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

Факультет нефтегазохимии и полимерных материалов

Кафедра ЮНЕСКО «Зеленая химия для устойчивого развития»

РЕФЕРАТ

Влияние парниковых газов на климат

Выполнила:

студентка 3 курса, группы П-31

Хохлова Кристина Александровна

Зачётная книжка № П-12143

Проверил:

д.х.н., профессор Зайцев В.А.

Москва

2015 г.

Оглавление

Введение

1. Парниковые газы

2. Влияние парниковых газов на климат

3. Новый взгляд на глобальное потепление

Вывод

Литература

Введение

На рубеже XX и XXI веков наблюдаемое глобальное потепление вышло за пределы, позволяющие рассматривать эту проблему как исключительно научную. Скорость потепления в последние десятилетия и убедительность научных доказательств того, что главной причиной его становится деятельность человека, -- высоки. Это привело ведущие страны мира к необходимости формулирования и осуществления национальной политики в отношении изменении климата и его последствий, а также учета национальных интересов в международном переговорном процессе вокруг этой проблемы.

Существуют значительные неопределенности в оценках того, как ожидаемые климатические изменения будут протекать и какое влияние они окажут на экосистемы, экономическую деятельность и социальные процессы в разных странах и регионах, а также на деятельность государственных институтов. Возможны как положительные, так и негативные последствия, особенно в условиях развитой экономики и большой численности населения, когда вследствие экономического роста и накопления национального богатства потенциал ущерба от экстремальных климатических явлений и стихийных бедствий увеличится даже в отсутствие значительных климатических изменений.

1. Парниковые газы

Парник обеспечивает растения теплом, благодаря тому что стекло пропускает солнечный свет видимой, высокочастотной части спектра, задерживая при этом исходящее от растений низкочастотное, инфракрасное излучение. Тем самым стекло служит ловушкой для нагретого воздуха. Поверхность Венеры, Земли и Марса нагревается благодаря атмосфере, действующей в данном случае подобно стеклу парника. Под парниковым эффектом понимается поглощение атмосферой теплового излучения поверхности земли и переизлучение части этого поглощения обратно к земной поверхности, препятствуя тем самым потере потока этого излучения в мировое пространство. С увеличением содержания парниковых газов в атмосфере количество поглощенной ими тепловой радиации и, следовательно, переизлучаемой в направлении земной поверхности увеличивается, что, в свою очередь, приводит к повышению температуры воздуха у поверхности земли.

На рис. 1 показано взаимодействие излучения с земной поверхностью. Видимый свет от Солнца (1) большей частью проходит сквозь земную атмосферу, и лишь незначительное его количество отражается облаками. Солнечная энергия отчасти поглощается земной поверхностью (2) и отражается от нее (3). Затем молекулы земной поверхности излучают энергию в низкочастотном инфракрасном диапазоне (4). Газы в атмосфере Земли отражают значительную часть инфракрасного излучения обратно на поверхность (5), тогда как в космос возвращается лишь малая толика (6). В итоге земная поверхность нагревается подобно воздуху внутри парника.

Чтобы сбалансировать поглощенную системой атмосфера -- земная поверхность солнечную радиацию, такое же ее количество в виде инфракрасного потока должно излучаться обратно в мировое пространство. В результате у поверхности земли устанавливается глобальная равновесная температура воздуха, равная примерно 14°С.

рис. 1 Взаимодействие излучения с Землей

Земная атмосфера состоит преимущественно из азота и кислорода, которые не отражают инфракрасного излучения обратно на поверхность планеты. Это делают другие атмосферные газы, называемые поэтому парниковыми. К парниковым газам (ПГ) относятся такие составляющие атмосферы естественного и антропогенного происхождения, которые поглощают и излучают радиацию в том же инфракрасном диапазоне, что и поверхность земли, атмосфера и облака. Основными парниковыми газами являются: диоксид углерода (СО2), метан (СН4), закись азота (N20), тропосферный озон (O3) и водяной пар (Н20), образуемые в атмосфере естественным путем. Промышленность существенно пополняет их число, создавая к тому же не встречающиеся в природе парниковые газы чисто антропогенного происхождения, такие как галогеноуглероды, подпадающие под действие Монреальского протокола (МП, 1988).

На долю двуокиси углерода среди парниковых газов приходится 76%. Природными источниками углекислого газа служат извержения вулканов, гниющие растения и разлагающиеся трупы животных, морские испарения и дыхание животных. Из атмосферы двуокись углерода удаляется через морскую воду и благодаря фотосинтезу как океанического планктона, так и биомассы на суше, включая леса и луга (именуемые поглотителями -- sink). Человеческая деятельность (именуемая антропогенной), сопряженная с выделением углекислого газа в атмосферу, включает сжигание твердых отходов, ископаемого топлива, древесины и деревянных изделий.

Метан, составляющий 13% парниковых газов, называют также болотным газом. Метан выделяется при гниении растений, особенно на рисовых полях, бактериями, разлагающими органическое вещество в увлажненной почве и в кишечнике многих животных (вспомним коровью отрыжку). Метан порождается человеческой деятельностью при ведении горных работ и транспортировке ископаемого топлива, разложении твердых отходов на свалках и разведении домашнего скота.

Закись азота составляет 6% парниковых газов и выделяется естественным путем океаном и в результате почвенной деятельности бактерий. Человек привносит закись азота посредством азотных удобрений, установок по очистке сточных вод и выхлопов легковых и грузовых автомобилей.

Примерно 5% парниковых газов поставляются источниками человеческой деятельности. Сюда относятся водородно-фтористый углерод (HFC), перфторированный углерод (PFC) и шестифтористая сера (SF6), используемые в различных промышленных производствах.

2. Влияние парниковых газов на климат

Недавние прогнозы по поводу повсеместного потепления пробудили интерес к парниковым газам. Как и в случае с любой общечеловеческой проблемой, здесь имеют место научная, техническая, экономическая и этическая составляющие.

Сначала рассмотрим рис. 2, где приводятся показания температуры за прошлые годы.

рис. 2 Средняя температура у поверхности Земли

На графике видно, что средняя температура у поверхности Земли за последние 100 лет поднялась примерно на 1°F [5/9°С]. Отступление ледников, таяние ледникового покрова на Северном и Южном полюсах, увеличение испарения и количества осадков и подъем уровня океана служат дополнительными свидетельствами повсеместного потепления в прошлом. Очевидно, Земля становится более теплой.

Но вызван ли такой рост температуры недавним увеличением количества парниковых газов? Взглянем на рис. 3.

рис.3 Содержание в атмосфере парниковых газов

Финансируемая ООН и состоящая из 2500 ученых Межправительственная комиссия по вопросу изменения климата (IPCC) пришла к заключению, что виной всему парниковые газы. Исходя из значительно большего числа природных источников парниковых газов по сравнению с антропогенными источниками, можно подумать, что рост объемов самих газов обусловлен чем-то иным, помимо деятельности человека. Однако климатологи утверждают, что естественные источники и поглотители примерно уравновешивают друг друга, так что отмеченный рост, вероятно, вызван антропогенными источниками.

Помимо поставки углекислого газа сжиганием ископаемого топлива и древесины большое влияние на состав атмосферы оказывает другой вид человеческой деятельности -- вырубка лесов. Заготовка леса и расчистка земли под пашню и пастбища в тропической зоне приводят ежечасно к потере 3500 акров [1 акр = 4046,86 м2] лесных угодий. Углекислый газ поступает в атмосферу при сжигании деревьев, тогда как обезлесение сокращает число имеющихся на Земле поглотителей этого углекислого газа.

Воздействие на радиационный режим атмосферы -- основной механизм антропогенного влияния на глобальную климатическую систему. Вклад парниковых газов атмосферы составляет основную часть этого воздействия. Оно состоит в увеличении поглощения длинноволновой инфракрасной (ИК) радиации, излучаемой в основном подстилающей поверхностью, молекулами парниковых газов при повышении их содержания в атмосфере. Поглощенная ИК радиация излучается вверх в космос и вниз к земной поверхности, вызывая повышение температуры тропосферы. Положительная обратная связь между температурой и влажностью воздуха существенно усиливает поглощение ИК радиации, увеличивая температуру тропосферы.

Для оценки радиационного воздействия парниковых газов и других радиационно-активных примесей атмосферы введена его характеристика для некоторого промежутка времени на некотором уровне атмосферы. Для большого класса ПГ с примерно постоянным по высоте отношением смеси в тропосфере (к ним относятся СО2, СН4, N20 и техногенные газы) имеет место пропорциональность радиационного воздействия и изменения температуры приземного воздуха, обусловленная лишь изменением радиационного режима. Коэффициент пропорциональности оказывается примерно одинаковым для указанных выше ПГ и равным 0,3- 0,5 К/(Вт/м2).

Иногда за уровень определения эффективных потоков радиации принимают условную верхнюю границу атмосферы. С недавнего времени рассматривается и `"наземное” радиационное воздействие, в котором эффективные потоки рассчитываются на уровне подстилающей поверхности при неизменной температуре приземного воздуха. Подобные определения связаны с использованием этой характеристики для оценки эффектов радиационно-активных примесей на разных уровнях в атмосфере. Так. реальная температура стратосферы обычно мало отличается от радиационно-равновесной, а условие равенства температуры в начале и в конце периода вводится для исключения влияния изменения температуры на потоки ИК радиации и выделения радиационных эффектов оцениваемой радиационно-активной примеси в “чистом виде". Радиационные изменения на подстилающей поверхности или эффекты аэрозольных слоев в нижней и средней тропосфере, как правило, не проявляются в стратосфере и потому их удобнее оценивать с помощью “наземного” воздействия. Воздействие “взрывных” возмущений типа крупных извержений вулканов лучше оценивать как мгновенные.

Анализ влияния радиационно-активной примеси на радиационный и тепловой режимы атмосферы показывает, что помимо прямого воздействия они производят еще и ряд косвенных эффектов. Так, фотохимически активные ПГ СН4 и N20 изменяют содержание других газов (озон, окислы азота, Н20 в стратосфере), вносящих вклад в радиационное воздействие.

Антропогенные выбросы окиси углерода (СО) в промышленных регионах и при лесных пожарах служат источником озона в тропосфере. Аэрозоли существенно влияют на микрофизические и оптические свойства облаков -- сильнейших регуляторов радиационных потоков в атмосфере, а также загрязняют снежный покров, уменьшая его альбедо. В связи с этим появилось уточнение определения радиационного воздействия в виде эффективного воздействия, которое включает дополнительные изменения потоков радиации, вызванные косвенными эффектами. Иногда эти дополнительные изменения выделяют в отдельное радиационное воздействие, “прилагаемое” к основному прямому и оцениваемое по изменению содержания вызывающего его агента. Это воздействие выражают в процентах от величины основного или оценивают его отдельно в тех же единицах -- Вт/м2. В докладах МГЭИК и в научной литературе большое распространение получили их оценки за период от начала индустриальной эры до последних лет (2005 г.). Эти оценки делаются с использованием трехмерных климатических моделей для описания их косвенного воздействия.

Все долгоживущие парниковые газы и озон дают положительное радиационное воздействие (2,9 ±0,3 Вт/м2). Причем те из них, которые вызваны хозяйственной деятельностью, достаточно хорошо изучены. При этом вклад СО2 составил 57%, СН4 -- 16%; N20 -- 6%; ХФУ -- 12%. Увеличение содержания тропосферного озона также вызывает потепление (12%), а стратосферного, наоборот, похолодание (-2%).

Аэрозольные частицы оказывают влияние на радиационное воздействие посредством отражения и поглощения солнечной и длинноволновой радиации в атмосфере. Некоторые типы аэрозоля создают положительное воздействие, другие -- отрицательное.

парниковый газ атмосфера климат

3. Новый взгляд на глобальное потепление

22 января 2015 на сайте "Газета.ru" опубликована статья: "Ситуация с глобальным потеплением не является такой серьезной, как это представляется миру.

Деятельность человека, в результате которой в атмосферу планеты попадают парниковые газы, не оказывает существенного влияния на климат, в частности на глобальное потепление.

Журнал Science Bulletin опубликовал прогнозы по изменению климата, полученные при помощи новой климатической модели.

Климатическая модель разрабатывалась в течение восьми лет и основана на реальных изменениях температуры Земли. Американские специалисты из Гарвардского и Делавэрского университетов утверждают, что прогнозы

Межправительственной группы экспертов по изменению климата (IPCC) неверны и сильно преувеличивают серьезность ситуации. Так, согласно докладам IPCC, двукратное увеличение концентрации в атмосфере углекислого газа приведет к потеплению атмосферы на 3,3°C. Однако на самом деле этот показатель не превышает 1°C, а возможно, и меньше. Даже если бы человечество сожгло все имеющиеся запасы топлива, то температура Земли повысилась бы всего на 2,2°C. Это значит, что пагубное влияние парниковых газов на климат сильно переоценено, и ситуация с глобальным потеплением не является такой серьезной, как это представляется миру.

Создатели модели утверждают, что одно из ее достоинств -- простота. По их мнению, любой университетский преподаватель математики или студент при помощи компьютера может самостоятельно сделать климатический прогноз."

Вывод

Измерения содержания парниковых газов в атмосфере однозначно указывают на антропогенную природу увеличения их содержания и воздействие ПГ на радиационные факторы, формирующие климат. Продолжающееся увеличение концентрации в атмосфере парниковых газов, несмотря на ограничения их выбросов, введенные Киотским протоколом, указывает на сложность проблемы замедления или приостановки развивающегося потепления климата планеты путем ограничения объемов этих выбросов в ближайшем будущем. Это обусловлено как большим временем жизни в атмосфере основного компонента -- диоксида утлерода, так и рядом факторов, связанных с проблемами развивающихся стран и стран с переходной экономикой, которые не ратифицировали Киотский протокол. Однако их вклад (за счет таких быстро- развивающихся стран, как Индия и Китай) в ежегодный глобальный выброс углерода в атмосферу (вместе с США) уже сейчас составляет около половины общего выброса парниковых газов всех стран.

Россия, занимая первое место в мире по площади лесов, обеспечивает в значительной степени поглощение лесами своей антропогенной эмиссии СО2 в атмосферу. Однако это преимущество уменьшается, что связано с труднодоступностью большей части площади лесов (около половины которых составляют перестойные леса, не являющиеся стоком СО2) для принятия мер по их сохранению, вырубке и восстановлению, а также с большой продолжительностью процесса восстановления, занимающего десятки лет. Достаточно низкая среднегодовая температура на основных лесных территориях замедляет как рост леса, так и гниение лесных остатков после вырубок и пожаров. Лесные пожары вносят некоторый вклад в межгодовые источники СО, и аэрозолей и в России, и в других странах, однако лесовосстановление на пожарищах в итоге не дает значительного влияния на итоговую эмиссию парниковых газов от лесных пожаров за длительный период.? .

Если тенденция к потеплению продолжится, это приведет ко многим нежелательным последствиям. Помимо очевидного роста уровня океана, что сделает непригодными для обитания некоторые прибрежные районы, а также вызовет увеличение солености пресноводных озер и рек, климат станет более суровым, приведя к человеческим и материальным потерям. Все это отразится на здоровье людей: тропические насекомые и болезни переместятся в умеренную зону; существенно возрастет риск заболевания диабетом, малярией, тепловых ударов, тепловой прострации и одышки.

Машинные модели климата содержат много неясного, что связано с трудностями моделирования; изменением солнечной активности; переменчивым характером облачности; сложностью математического аппарата, обусловленной характеризующими климат взаимосвязанными нелинейными переменными, обратной связью; слишком большим размером ячеек [покрывающих синоптический район сетки] и крайне малым количеством данных. Как и в случае с погодой, заключение межправительственной комиссии IPCC основывалось на сборном прогнозе. Предсказывалось неблагоприятное воздействие на здоровье человека, природные экосистемы и земледельческое и приморское население, но с оговоркой ввиду большого числа неучтенных факторов.

Противоположная, достаточно аргументированная точка зрения состоит в том, что нынешнее повсеместное потепление выступает лишь частью некоего более длительного цикла, нам пока не ясного, и любая человеческая деятельность крайне мало отражается на нем.

Долгосрочные действия по уменьшению выброса парниковых газов пока только изучаются, однако неясности научного свойства рисуют перед теми, кто принимает решения, смутную картину -- по крайней мере сегодня.

В дальнейшем, если развитые страны уменьшат потребление ископаемого топлива и обратятся к возобновляемым источникам энергии типа водяных, ветряных и солнечных, остроту проблемы потепления удастся снять. В Европе используют ядерную энергию, но ее производство и потребление сопряжено с вопросами безопасности и утилизации отходов. Далее, странам третьего мира необходимо снизить уровень рождаемости. Прежде чем проводить в жизнь тот или иной план, следует учесть все этические, экономические и политические факторы.

Литература

1. Мелешко В.П. и др. Оценочный доклад об изменении климата и их последствий на территории Российской Федерации. Том 1. Москва, 2008. 227с.

2. Артур Уиггинс, Чарлз Уинн. Пять нерешенных проблем науки. Москва, 2005. 304с.

Размещено на Allbest.ru