Идея механизма парникового эффекта была впервые изложена в 1827 году Жозефом Фурье в статье «Записка о температурах земного шара и других планет», в которой он рассматривал различные механизмы формирования климата Земли, в то время как он Рассмотрены факторы, влияющие на общий тепловой баланс Земли (нагрев солнечным излучением, охлаждение за счет излучения, внутреннее тепло Земли), а также факторы, влияющие на теплообмен и температуру климатических зон (теплопроводность, атмосферная и океаническая циркуляция).

Рассматривая влияние атмосферы на радиационный баланс, Фурье проанализировал опыт М. де Соссюра с сосудом, почерневшим изнутри и покрытым стеклом. Де Соссюр измерил разницу температур внутри и снаружи такого сосуда, подверженного воздействию прямых солнечных лучей. Фурье объяснил увеличение температуры внутри такой «мини-теплицы» по сравнению с наружной температурой действием двух факторов: блокирование конвективного теплообмена (стекло предотвращает отток нагретого воздуха изнутри и поток прохладного снаружи) и различные прозрачность стекла в видимом и инфракрасном диапазонах.

Это последний фактор, который получил название парникового эффекта в более поздней литературе - поглощая видимый свет, поверхность нагревается и излучает тепловые (инфракрасные) лучи; Поскольку стекло прозрачно для видимого света и почти непрозрачно для теплового излучения, накопление тепла приводит к увеличению температуры, при которой количество тепловых лучей, проходящих через стекло, является достаточным для установления теплового равновесия.

Фурье постулировал, что оптические свойства атмосферы Земли аналогичны оптическим свойствам стекла, то есть его прозрачность в инфракрасном диапазоне ниже, чем в оптическом диапазоне.

1.2 Причины

Суть парникового эффекта заключается в следующем: Земля получает энергию от Солнца, в основном в видимой части спектра, и сама излучает в космос, в основном, инфракрасные лучи.

Однако многие газы в его атмосфере - водяной пар, CO2, метан, закись азота и т. Д. - прозрачны для видимых лучей, но активно поглощают инфракрасное излучение, тем самым сохраняя часть тепла в атмосфере.

В последние десятилетия содержание парниковых газов в атмосфере значительно возросло. Появились новые, ранее не существовавшие вещества с «парниковым» спектром поглощения - прежде всего фторуглероды.

Парниковые газы - это не только углекислый газ (CO2). Они также включают метан (CH4), закись азота (N2O), гидрофторуглероды (ГФУ), перфторуглероды (ПФУ), гексафторид серы (SF6). Однако именно сжигание углеводородного топлива, сопровождающееся выделением СО2, считается основной причиной загрязнения.

Причина быстрого роста количества парниковых газов очевидна - человечество теперь сжигает столько же ископаемого топлива в день, сколько было сформировано за тысячи лет во время образования нефти, угля и газа. Из-за этого «толчка» климатическая система вышла из равновесия, и мы видим большее количество вторичных негативных явлений: особенно жаркие дни, засухи, наводнения, внезапные изменения погоды, и именно это наносит наибольший ущерб.

Исследователи прогнозируют, что, если ничего не будет сделано, глобальные выбросы CO2 увеличатся в четыре раза в течение следующих 125 лет. Но мы не должны забывать, что значительная часть будущих источников загрязнения еще не построена. За последние сто лет температура в северном полушарии повысилась на 0,6 градуса. Прогнозируемое повышение температуры в следующем столетии составит от 1,5 до 5,8 градусов. Наиболее вероятный вариант - 2,5-3 градуса.

Однако изменение климата - это не только повышение температуры. Изменения касаются других климатических явлений. Последствия глобального потепления объясняются не только сильной жарой, но и сильными внезапными морозами, наводнениями, селями, торнадо, ураганами. Климатическая система слишком сложна, чтобы ожидать от нее равномерного и равномерного изменения во всех точках планеты. И ученые видят главную опасность сегодня в росте отклонений от средних значений - значительных и частых колебаний температуры.

2. ПАРНИКОВЫЙ ЭФФЕКТ: МЕХАНИЗМ, УСИЛЕНИЕ, ЭФФЕКТЫ

2.1 Механизм парникового эффекта и его роль в биосферных процессах

Основным источником жизни и всех природных процессов на Земле является лучистая энергия Солнца. Энергия солнечного излучения всех длин волн, приходящих на нашу планету в единицу времени на единицу площади, перпендикулярную солнечным лучам, называется солнечной постоянной и составляет 1,4 кДж / см2. Это всего одна две миллиарда энергии, испускаемой поверхностью Солнца. Из общего количества солнечной энергии, поступающей на Землю, атмосфера поглощает -20%. Приблизительно 34% энергии, проникающей глубоко в атмосферу и достигающей поверхности Земли, отражается атмосферными облаками, расположенными в ней аэрозолями и самой земной поверхностью. Таким образом, -46% солнечной энергии достигает поверхности земли и поглощается ею. В свою очередь, поверхность суши и воды испускает длинноволновое инфракрасное (тепловое) излучение, которое частично уходит в космос, а частично остается в атмосфере, задерживаясь своими составляющими газами и нагревая поверхностные слои воздуха. Эта изоляция Земли от космического пространства создала благоприятные условия для развития живых организмов.

Природа парникового эффекта атмосфер обусловлена ??их различной прозрачностью в видимом и дальнем инфракрасном диапазонах. В диапазоне длин волн 400- 1500 нм (видимый свет и ближний инфракрасный диапазон) составляют 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 атмосферы и достижению поверхности планет. Солнечный свет поглощается поверхностью планеты и ее атмосферой (особенно излучением в ближней ультрафиолетовой и инфракрасной областях) и нагревает их. Нагретая поверхность планеты и атмосферы излучают в дальнем инфракрасном диапазоне: например, в случае Земли () 75% теплового излучения попадает в диапазон 7,8-28 мкм , для Венеры - 3,3- 12 мкм .

Атмосфера, содержащая газы, которые поглощают в этой области спектра (так называемые парниковые газы - H2O, CO2, CH4 и т. Д.), Существенно непрозрачна для такого излучения, направленного с его поверхности в космическое пространство, то есть имеет большой оптический спектр в ИК диапазоне. Благодаря этой непрозрачности атмосфера становится хорошим теплоизолятором, что, в свою очередь, приводит к тому, что переизлучение поглощенной солнечной энергии в космос происходит в верхних холодных слоях атмосферы. Земля как излучатель оказывается ниже температуры ее поверхности.

Таким образом, тепловое излучение, которое задерживается с поверхности земли (как пленка над теплицей), получило образное название парникового эффекта. Газы, которые препятствуют тепловому излучению и предотвращают отток тепла в космическое пространство, называются парниковыми газами. Из-за парникового эффекта средняя годовая температура на поверхности Земли в прошлом тысячелетии составляет приблизительно 15 ° C. Без парникового эффекта эта температура упала бы до -18 ° C, и существование жизни на Земле было бы невозможным. Основным парниковым газом в атмосфере является водяной пар, который удерживает 60% теплового излучения Земли. Содержание водяного пара в атмосфере определяется планетарным круговоротом воды и (при сильных широтных и высотных колебаниях) практически постоянно. Приблизительно 40% теплового излучения Земли задерживают другие парниковые газы, в том числе более 20% углекислого газа. Основными природными источниками CO2 в атмосфере являются извержения вулканов и естественные лесные пожары. В начале геобиохимическойэволюции Земли двуокись углерода попала в Мировой океан через подводные вулканы, насыщала его и выбрасывала в атмосферу. Точных оценок количества CO2 в атмосфере до сих пор нет на ранних стадиях его развития. Согласно анализу базальтовых пород подводных хребтов в Тихом и Атлантическом океанах американский геохимик Д. Мара пришел к выводу, что содержание СО2 в атмосфере за первые миллиард лет его существования было в тысячу раз больше, чем в настоящее время - около 39 %. Затем температура воздуха в поверхностном слое достигла почти 100 ° С, а температура воды в Мировом океане приближалась к точке кипения («супер-парниковый эффект»). С появлением фотосинтезирующих организмов и химических процессов связывания диоксида углерода начал действовать мощный механизм удаления СО2 из атмосферы и океана в осадочные породы . Парниковый эффект начал постепенно уменьшаться, пока не наступило равновесие в биосфере, существовавшее до начала эпохи индустриализации и соответствующее минимальному содержанию углекислого газа в атмосфере - 0,03%. В отсутствие антропогенных выбросов углеродный цикл наземной и водной биоты, гидросферы, литосферы и атмосферы находился в равновесии. Выброс углекислого газа в атмосферу вследствие вулканической активности оценивается в 175 миллионов тонн в год. Отложения в виде карбонатов связывают около 100 миллионов тонн. Запас углерода в океане велик - он в 80 раз выше атмосферного. В три раза больше чем в атмосфере, углерод сконцентрирован в биоте, и с увеличением CO2 продуктивность наземной растительности увеличивается.

2.2 Усиление парникового эффекта в индустриальном веке

Усиление парникового эффекта в индустриальную эпоху связано, прежде всего, с увеличением в атмосфере содержания техногенного диоксида углерода в результате сжигания органического топлива на ископаемом топливе предприятиями энергетики, металлургическими заводами, автомобильными двигателями: C + O = CO2, C3H8 + 502 = ЗСО 2 + 4 Н 2 О , С 25 Н 52 + 38 О 2 = 25CO2 + 26H20, 2S8H18 + 25O2 = 16CO2 + 18H2O.

Количество техногенных выбросов CO2 в атмосферу значительно возросло во второй половине 20-го века. Основной причиной этого была колоссальная зависимость мировой экономики от ископаемого топлива. Индустриализация, урбанизация и быстрый рост населения планеты привели к увеличению мирового спроса на электроэнергию, который в основном удовлетворяется за счет сжигания горючих ископаемых. Рост потребления энергии всегда считался не только важным условием технического прогресса, но и благоприятным фактором существования и развития человеческой цивилизации. Когда человек научился разводить огонь, произошел первый скачок в изменении уровня жизни; Энергетическими ресурсами были мышечная сила человека и дрова.

Рост потребления энергии в настоящее время составляет около 5% в год, что при росте населения чуть менее 2% в год означает более чем двукратное увеличение потребления на душу населения. В 2000 г из. мир потреблял более 16-109 кВт-ч энергии, четверть этого количества приходилась на Соединенные Штаты и такое же количество на развивающиеся страны наряду с Китаем ( доля России составляет около 6%). В настоящее время ископаемое топливо составляет более 90% всех первичных энергоресурсов, обеспечивая 75% мирового производства электроэнергии. В результате сжигания ископаемого топлива только на тепловых электростанциях (ТЭС), не считая работы автомобильных двигателей и металлургических предприятий, ежегодно в атмосферу выбрасывается более 5 миллиардов тонн углекислого газа (25% техногенных выбросов углекислого газа в атмосферу). Атмосфера родом из США и стран Евросоюза, 1 1 % - Китай, 9% - Россия).

С начала 20-го века, по оценкам экспертов ООН, увеличение выбросов CO2 составляло от 0,5 до 5% в год. В результате за последние сто лет 400 миллиардов тонн углекислого газа только что вошли в атмосферу из-за сжигания топлива.

Развитие индустриализации и экономической активности человека приводит к тому, что все больше и больше примесей выбрасывается в воздух, создавая знаменитый парниковый эффект - углекислый газ, метан и другие «грязи». Это, соответственно, приводит к тому, что среднегодовые температуры медленно, но верно повышаются. Несмотря на то, что год за годом рост измеряется десятыми и сотыми долями градуса, за десятилетия и столетия были накоплены довольно существенные значения в несколько градусов по шкале Цельсия.

Последние модели климата дают следующий результат: к началу следующего столетия, то есть к 2100 году климат Земли станет теплее на 2-4,5 градуса по сравнению с так называемым «доиндустриальным» уровнем (что по сравнению с тем давним периодом, когда промышленность еще не начала выбрасывать парниковые газы в атмосферу). Средняя оценка колеблется около трех градусов.

Однако, по-видимому, наиболее важным является не то, насколько сильно Земля нагревается в 21 веке. Что еще более важно, научный мир в целом достиг соглашения о причинах скачка температуры. В течение последних 20-30 лет антропогенная теория глобального потепления постоянно подвергалась критике со стороны скептиков, которые полагали, что изменение климата может иметь естественные причины. К 2007 году подавляющее большинство ученых согласилось с тем, что ни солнечная радиация, ни вулканическая активность, ни другие природные явления не могут дать такого мощного теплового эффекта.

2.3 Эффекты усиления парникового эффекта

Предположения о том, что последствиями человеческой деятельности могут быть значительные изменения климата, впервые были сделаны в конце XIX - начале XX века. В 1922 г из. Английский геолог Р. Шерлок выдвинул идею, что эти изменения непосредственно связаны с увеличением содержания углекислого газа в атмосфере и, следовательно, с увеличением масштабов использования ископаемого топлива. Основным следствием усиления парникового эффекта является повышение температуры поверхности, которое неуклонно наблюдается в последние десятилетия. В 1988 г из. Первая международная конференция по проблеме антропогенного изменения климата прошла в Торонто. Ученые пришли к выводу, что последствия усиления парникового эффекта из-за увеличения содержания углекислого газа в атмосфере уступают только последствиям мировой ядерной войны. В то же время в Организации Объединенных Наций была создана Межправительственная группа экспертов по изменению климата, МГЭИК (Межправительственная группа экспертов по изменению климата), которая занималась комплексным изучением влияния повышения температуры поверхности в результате увеличения теплицы. влияние на климат, экосистему океана, биосферу в целом, в том числе на жизнь и здоровье населения планеты. По мнению экспертов ООН, 2025 , увеличение среднегодовой температуры на поверхности Земли может составлять 2,5 ° С, а к концу столетия - почти 6 ° С Это приведет к нарушению естественных механизмов поддержания теплового баланса планеты и необратимо превратить Землю в раскаленный ад, как Венера.

Иногда можно услышать, что глобальное потепление выгодно для России, потому что это «холодная страна». На самом деле это не так. Если, например, для Москвы изменение температуры составляет от -35 до +37 ° С, то повышение температуры на 2 градуса не означает, что амплитуда колебаний будет от -33 до +39 ° С. По расчетам климатологов, минимальная температура будет еще ниже, а максимальная будет еще выше: амплитуда московской температуры будет где-то от -40 до + 40 ° С. Среди основных проблем, связанных с усилением парникового эффекта и потепление климата, приоритетом является повышение уровня Мирового океана из-за таяния континентальных ледников и морского льда, теплового расширения океана. Повышение уровня моря - это уже реальный факт. За прошедшее столетие уровень океанов увеличился, по разным оценкам, на 10-25 см (в основном в последней четверти 20-го века), по 2025 , можно повысить уровень Мирового океана на другой 20-30 см и к концу будущего века - на 1-2 м , Доклад МГЭИК на совещании в Шанхае (январь 2001 .) было отмечено, что за последние десять лет толщина ледяного покрова в Северном Ледовитом океане уменьшилась на 40%, а ледовые щиты Антарктиды и Гренландии интенсивно разрушаются. Из-за таяния гренландского и арктического льда поток Гольфстрима замедляется, унося миллионы миллиардов ватт тепла от тропиков, согласно исследованию американских ученых, поток уже уменьшился на 10%. Исчезновение Гольфстрима приведет к значительным изменениям климата в Северной Атлантике: британское побережье может упасть на 5 ° C, в других районах среднегодовая температура упадет на 10 ° C. Прямое влияние повышения уровня океана является береговой линией движение. В результате таяния льда многие прибрежные районы и острова окажутся под водой , вторжение фронта соленой воды в пресноводные реки приведет к засолению пресноводных прибрежных вод. Все эти процессы глубоко затронуты человеческим обществом, особенно густонаселенными прибрежными районами. Повышение уровня воды приведет к затоплению многих прибрежных городов, ухудшится их водоснабжение, серьезно пострадают нерестилища рыб . По оценкам, повышение уровня океана на 1m влечет за собой огромные потери людских и материальных ресурсов. Сотни миллионов людей на земном шаре будут вынуждены мигрировать из прибрежных зон, речных дельт и островов. Потепление приведет к выделению метана в зоне вечной мерзлоты в виде гидрата метана (твердого соединения кристаллов воды и абсорбированного под давлением газообразного метана), плавящегося фунтов. Это создаст угрозу для дорог, зданий и коммуникаций, включая газо- и нефтепроводы, буровые установки и т. Д., И ухудшит состояние лесов в вечной мерзлоте. Произойдут значительные изменения в природных процессах в биосфере: - нарушение циклов основных биогенных элементов; - изменение характера облаков и, как следствие, изменение климата; - изменение распределения осадков по регионам; - смещение климатических зон и, в частности , расширение пустынных зон; - нарушение биологических ритмов развития растений и длительные периоды выхода из строя основных сельскохозяйственных культур. Изменение средней температуры поверхности приведет к перестройке биоты - всей системы живых организмов на Земле - и будет сопровождаться такими аномальными явлениями, как распространение болезней, вредителей, так называемых гангстерских видов. Отчасти такие процессы уже начались: еловые леса Черноземья гибнут от короедов. Дисбаланс системы регулирования климата проявляется в виде увеличения и усиления аномальных погодных явлений, таких как штормы, ураганы и торнадо, наводнения и цунами. Исследования показали , что в А изменение средней температуры поверхности приведет к реорганизации биоты - всей системы живых организмов на Земле - и будет сопровождаться такими аномальными явлениями , как распространение болезней, вредителей, так называемые виды гангстерские ,Отчасти такие процессы уже начались: еловые леса Черноземья гибнут от короедов. Дисбаланс системы регулирования климата проявляется в виде увеличения и усиления аномальных погодных явлений, таких как штормы, ураганы и торнадо, наводнения и цунами. Исследования показали , что в А изменение средней температуры поверхности приведет к реорганизации биоты - всей системы живых организмов на Земле - и будет сопровождаться такими аномальными явлениями , как распространение болезней, вредителей, так называемые виды гангстерские , Отчасти такие процессы уже начались: еловые леса Черноземья гибнут от короедов. Дисбаланс системы регулирования климата проявляется в виде увеличения и усиления аномальных погодных явлений, таких как штормы, ураганы и торнадо, наводнения и цунами. Исследования показали , что InThe дисбаланс системы регулирования климата проявляется в виде увеличения и усиления аномальных погодных явлений, таких как штормы, ураганы и торнадо, наводнения и цунами. Исследования показали , что InThe дисбаланс системы регулирования климата проявляется в виде увеличения и усиления аномальных погодных явлений, таких как штормы, ураганы и торнадо, наводнения и цунами. Исследования показали, что в G 2004 , в мире в два раза больше катаклизмов, чем предсказывали ученые. Проливные дожди над Европой сменились засухой. Летом того же года, температура в некоторых европейских странах достигает 40 ° С, хотя обычно максимальная температура не превышает 25-30 ° С. И наконец, 2004 год закончился сильнейшим землетрясением в Юго-Восточной Азии (26 декабря), в результате которого произошло цунами, в результате которого погибли сотни тысяч человек.

Изменение климата может нанести ущерб сотням миллиардов долларов, если не будут приняты срочные меры по сокращению выбросов парниковых газов. Социальные последствия изменения климата для России достаточно серьезны. В ряде регионов России засухи участились, режим наводнений изменился, площади водно-болотных угодий увеличиваются, а зоны уверенного ведения сельского хозяйства уменьшаются. Все это наносит значительный ущерб относительно бедным слоям населения, связанным с аграрным сектором.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ