Парниковый эффект и современные способы решения проблемы. Причины парникового эффекта Парниковый эффект проявляется в

Парниковый эффект – серьёзная экологическая проблема. Если не остановить его нарастание, равновесие на Земле может нарушиться. Изменится климат, придёт голод и болезни. Учёные разрабатывают разные меры борьбы с проблемой, которая должна стать глобальной.

Суть

Что такое парниковый эффект? Так называют повышение температуры поверхности планеты благодаря тому, что газы в атмосфере имеют свойство удерживать тепло. Земля нагревается излучением Солнца. Видимые короткие волны от источника света беспрепятственно проникают к поверхности нашей планеты. Нагреваясь, Земля начинает излучать длинные тепловые волны. Частично они проникают сквозь слои атмосферы и «уходят» в космос. Парниковые газы снижают пропускную способность, отражают длинные волны. Тепло остаётся у поверхности Земли. Чем больше концентрация газов, тем выше парниковый эффект.

Впервые явление было описано Жозефом Фурье ещё в начале 19 века. Он предположил, что процессы, происходящие в земной атмосфере, аналогичны тому, что существует под стеклом.

Парниковые газы – это пар (от воды), диоксид углерода (углекислота), метан, озон. Основное участие в формировании парникового эффекта принимает первый (до 72%). Следующий по значимости – углекислый газ (9-26%), доля метана и озона 4-9 и 3-7% соответственно.

В последнее время часто можно услышать про парниковый эффект как серьёзную экологическую проблему . Но у этого явления есть и положительная сторона. Благодаря тому, что парниковый эффект существует, средняя температура нашей планеты примерно 15 градусов выше нуля. Без него жизнь на Земле была бы невозможна. Температура могла быть только «минус» 18.

Причина появления эффекта – активная деятельность множества вулканов на планете миллионы лет назад. При этом в атмосфере значительно повысилось содержание пара воды, углекислого газа. Концентрация последнего достигла такого значения, что возник сверхсильный парниковый эффект. Вследствие этого практически вскипела вода Мирового океана, настолько высока стала её температура.

Появление растительности повсеместно на поверхности Земли вызвало достаточно быстрое поглощение диоксида углерода. Накопление тепла снизилось. Установилось равновесие. Среднегодовая температура на поверхности планеты оказалась на уровне, близком к настоящему.

Причины

Усилению явления способствуют:

• Развитие промышленности – главная причина того, что углекислота и другие газы, усиливающие парниковый эффект, активно выбрасываются и накапливаются в атмосфере. Результат деятельности человека на Земле – рост среднегодовой температуры. За столетие она поднялась на 0,74 градуса. Учёные прогнозируют, что в дальнейшем этот рост может составить 0,2 градуса за каждые 10 лет. То есть, интенсивность потепления увеличивается.
• Вырубка лесов – причина роста концентрации СО2 в атмосфере. Этот газ поглощается растительностью. Массовое освоение новых земель, сопряжённое с вырубкой лесов, ускоряет темп накопления углекислоты, и одновременно изменяет условия обитания животных, растений, ведёт к вымиранию их видов.
• Сжигание топлива (твёрдого и нефти), отходов ведёт к выбросу углекислоты. Отопление, производство электроэнергии, транспорт – основные источники этого газа.
• Рост энергопотребления – признак и условие технического прогресса. Численность населения планеты увеличивается примерно на 2% в год. Рост энергопотребления – 5%. Интенсивность ежегодно увеличивается, человечеству нужно всё больше энергии.
• Рост числа свалок ведёт к увеличению концентрации метана. Другой источник газа – деятельность животноводческих комплексов.

Угрозы

Последствия парникового эффекта могут быть губительны для человека:

• Тают полярные льды, а это причина повышению уровня моря. В результате прибрежные плодородные земли оказываются под водой. Если затопление будет происходить высокими темпами, возникнет серьёзная угроза сельскому хозяйству. Гибнут посевы, сокращается площадь пастбищ, исчезают источники пресной воды. Прежде всего, пострадают малообеспеченные слои населения, жизнь которых зависит от урожая, роста домашних животных.
• Многие прибрежные города, в том числе и высокоразвитые, в будущем могут оказаться под водой. Например, Нью-Йорк, Санкт-Петербург. Или целые страны. Например, Голландия. Такие явления вызовут необходимость массового перемещения поселений людей. Учёные предполагают, что через 15 лет уровень океана может подняться на 0,1-0,3 метра, а к концу 21 века – на 0,3-1 метр. Чтобы под водой оказались вышеназванные города, уровень должен подняться примерно на 5 метров.
• Рост температуры воздуха ведёт к тому, что внутри континентов сокращается период лежания снега. Таять он начинает раньше, как и быстрее заканчивается сезон дождей. В результате почвы оказываются пересушенными, непригодными для выращивания сельскохозяйственных культур. Недостаток влаги – причина опустынивания земель. Специалисты утверждают, что рост средней температуры на 1 градус через 10 лет приведёт к сокращению лесных территорий на 100-200 миллионов гектаров. Эти земли станут степями.
• Океан покрывает 71% площади поверхности нашей планеты. С ростом температуры воздуха нагревается и вода. Значительно увеличивается испарение. А это одна из основных причин усиления парникового эффекта.
• При повышении уровня воды в мировом океане, температуры появляется угроза биоразнообразию, может исчезнуть множество видов живой природы. Причина – изменения в среде их обитания. Не каждый вид может успешно приспособиться новым условиям. Следствие исчезновения некоторых растений, животных, птиц, других живых существ – нарушение цепей питания, равновесия экосистем.
• Рост уровня воды вызывает изменения климата. Сдвигаются границы сезонов, увеличивается количество и интенсивность штормов, ураганов, осадков. Стабильность климата – основное условие существования на Земле жизни. Остановить парниковый эффект – значит сохранить человеческую цивилизацию на планете.
• Высокая температура воздуха может негативно сказаться на здоровье людей. При таких условиях обостряются сердечно-сосудистые заболевания, страдают органы дыхания. Тепловые аномалии приводят к увеличению числа травм, некоторых психологических расстройств. Рост температуры влечёт за собой более быстрое распространение многих опасных заболеваний, например, малярии, энцефалита.

Что делать?

Сегодня проблема парникового эффекта – глобальный вопрос экологии. Специалисты считают, что решить проблему поможет повсеместное принятие следующих мер:

• Изменения в использовании источников энергии. Сокращение доли и количества ископаемых (содержащих углерод торфа, угля), нефти. Переход на природный газ значительно уменьшит выделение СО2.Увеличение доли альтернативных источников (солнца, ветра, воды) снизит выбросы, ведь эти способы позволяют получать энергию без вреда для экологии. При их использовании газы не выделяются.
• Изменение политики в сфере энергетики. Увеличение коэффициента полезного действия на электростанциях. Снижение энергоёмкости выпускаемых продуктов на предприятиях.
• Внедрение технологий энергосбережения. Даже обычное утепление фасадов домов, оконных проёмов, теплоцентралей даёт существенный результат – экономию топлива, а, значит, меньший объём выбросов. Решение вопроса на уровне предприятий, производств, государств влечёт за собой глобальное улучшение ситуации. Каждый человек может внести свой вклад в решение проблемы: экономия электроэнергии, правильная утилизация мусора, утепление собственного жилища.
• Развитие технологий, направленных на получение продуктов новыми, экологически чистыми способами.
• Использование вторичных ресурсов – одна из мер по сокращению отходов, числа и объёма свалок.
• Восстановление лесов, борьба с пожарами в них, увеличение площади как способ уменьшения концентрации углекислоты в атмосфере.

Борьба с выбросом парниковых газов сегодня ведётся на международном уровне. Проводятся мировые саммиты, посвящённые этой проблеме, создаются документы, направленные на организацию глобального решения вопроса. Многие учёные мира занимаются поиском способов уменьшения парникового эффекта, сохранения баланса и жизни на Земле.

В последние десятилетия мы всё чаще слышим о проблеме глобального потепления и парникового эффекта. Политики, учёные, журналисты ведут споры о том, какие изменения климата ждут нас в ближайшем будущем, к чему это приведёт и насколько причастен к этому сам человек. В этом посте мы попробуем разобраться в причинах и последствиях парникового эффекта.

Почему говорят о парниковом эффекте?

В 19 веке учёные начали вести регулярные наблюдения за погодой и климатом по всей планете. Но на самом деле, используя различные методы, можно установить, как изменялась температура на планете и в более отдалённом прошлом. И вот, во второй половине 20 века учёные стали получать тревожащие данные — глобальная температура на нашей планете начала расти. И чем ближе к современности, тем сильнее этот рост.

Рост глобальной температуры на графике

Конечно, климатические условия на нашей планете менялись и в прошлом. Были и глобальные потепления, и глобальные похолодания, но у нынешнего глобального потепления есть ряд особенностей. Во-первых, имеющиеся данные указывают, что за последние 1-2 тысячи лет климат на планете не претерпевал резких изменений, за исключением кратковременных аномалий. А во-вторых, есть немало причин считать, что текущее потепление — это не естественные изменения климата, а изменения, вызванные деятельностью человека.

По данному поводу существует немало споров. Вскоре после того, как заговорили о том, что человек вызывает глобальное потепление, появилось немало скептиков. Они стали сомневаться, что деятельность человека может повлиять на столь глобальные процессы, как климат на всей планете. Тем не менее, существуют весомые причины утверждать, что в происходящем глобальном потеплении виноват именно человек. Как же люди вызвали глобальное потепление?

В 19 веке мир вступил в индустриальную эпоху. Появление фабрик и транспорта потребовало множество топлива. Люди стали добывать миллионы тонн каменного угля, нефти и газа и сжигать их во всё более возрастающих количествах. В результате в атмосферу стало поступать огромное количество углекислого газа и других газов, вызывающих парниковый эффект.

А вместе с ростом содержания этих газов стала расти и глобальная температура. Но почему рост концентрации углекислого газа ведёт к потеплению? Попробуем разобраться.

Что такое парниковый эффект?

Люди давно научились выращивать овощи в парниках, где можно собирать урожай, не дожидаясь наступления тёплого времени года. Почему же в парнике тепло весной или даже зимой? Конечно, парник можно специально обогревать, но дело не только в этом. Через стекло или плёнку, которыми покрыт парник, солнечные лучи проникают свободно, нагревая землю внутри. Нагретая земля также испускает излучение, отдавая вместе с этим излучением тепло, но это излучение не видимое, а инфракрасное. А вот для инфракрасного излучение стекло или плёнка непрозрачны и задерживают его. Таким образом отдать парнику тепло сложнее, чем его получить, и в результате температура внутри парника оказывается выше, чем на открытой местности.

Похожее явление наблюдается и на всей нашей планете в целом. Земля укрыта атмосферой, которая легко пропускает солнечное излучение к поверхности, однако инфракрасное излучение обратно в космос от нагретой земной поверхности пропускает хуже. И то, насколько сильно задерживает атмосфера инфракрасное излучение, зависит от содержания в ней парниковых газов. Чем больше парниковых газов, и особенно главного из них — углекислого, тем больше атмосфера мешает остыванию планеты и тем теплее становится климат.

К каким последствиям может привести парниковый эффект?

Конечно, дело не в самом парниковом эффекте, а в том, насколько он сильный. Какое-то количество парниковых газов в атмосфере всегда содержалось, и если бы они исчезли из атмосферы совсем, нам бы не поздоровилось. Ведь при нулевом парниковом эффекте, согласно расчётам учёных, температура на планете опустилась бы на 20-30 °С. Земля бы замёрзла и покрылась бы ледниками практически до экватора. Однако и усиление парникового эффекта ни к чему хорошему не приведёт.

Изменение глобальной температуры всего на несколько градусов приведёт (и согласно некоторым наблюдениям, уже приводит) к серьёзным последствиям. Какие же это последствия?

1) Глобальное таяние ледников и повышение уровня океана. В ледниках Гренландии и Антарктиды сосредоточены достаточно большие запасы льда. Если этот лёд растает в результате глобального потепления, уровень мирового океана повысится. Если растает весь лёд, уровень океана поднимется на 65 метров. Много это или мало? На самом деле довольно много. Повышения уровня моря на 1 м достаточно, чтобы утонула Венеция, на 6 м — чтобы утонул Петербург. При таянии всех ледников Чёрное море соединится с Каспийским, утонет значительная часть Поволжья и Западной Сибири. Под водой скроются территории, на которых сегодня проживает более миллиарда человек, а США и Китай потеряют 2/3 современного промышленного потенциала.

Карта затопления Европы в результате таяния ледников

2) Погода ухудшится. Существует общая закономерность — чем выше температура, тем больше энергии расходуется на движение воздушных масс, и тем более непредсказуемой становится погода. Усилятся ветры, значительно возрастёт количество и масштаб разных стихийных бедствий, таких, как грозы, торнадо и тайфуны, станут более резкими колебания температуры.

3) Вред для биосферы. Животные и растения и так страдают от деятельности человека, но резкие климатические изменения могут нанести по биосфере ещё более мощный удар. В прошлом глобальные климатические изменения уже приводили к массовым вымираниям, и изменения, вызванные парниковым эффектом, вряд ли окажутся исключением. Живым организмам сложно приспособиться к резким изменениям климата, чтобы они смогли эволюционировать и нормально чувствовать себя в новых условиях, обычно требуются сотни тысяч или даже миллионы лет. Но изменения в биосфере непременно отразятся и на самом человечестве. Например, в последние годы учёные уже поднимают тревогу по поводу массового вымирания пчёл, и главная причина этого вымирания как раз глобальное потепление. Установлено, что повышенная температура внутри улья зимой не позволяет пчелам впадать в полноценную спячку. Они быстро сжигают запасы жира и к весне сильно слабеют. Если потепление продолжится, во многих регионах Земли пчёлы могут и вовсе исчезнуть, что будет иметь самые катастрофические последствия для сельского хозяйства.

Худший сценарий

Описанных выше последствий уже достаточно для того, чтобы забеспокоиться и начать предпринимать меры для остановки глобального потепления. Однако бесконтрольный рост парникового эффекта может запустить поистине убийственный сценарий, который приведёт к гарантированному уничтожению всего живого на нашей планете. Как же это может произойти?

В прошлом на нашей планете содержание парниковых газов в атмосфере и глобальная температура менялись в довольно широких пределах. Однако на долгосрочных временных промежутках процессы, которые приводили к усилению парникового эффекта и его ослаблению, компенсировали друг друга. Например, если содержание CO₂ в атмосфере значительно возрастало, его начинали более активно усваивать и перерабатывать растения и другие живые организмы. Давным-давно огромные количества углекислого газа, захваченные живыми организмами из атмосферы, превратились в каменный уголь, нефть, мел. Но эти процессы заняли миллионы лет. Сегодня же человек, расходуя данные природные ресурсы, возвращает углекислый газ в атмосферу значительно быстрее, и биосфера не успевает его переработать. Более того, в силу своей глупости и жадности загрязняя мировой океан и вырубая леса, человек уничтожает растения, которые усваивают углекислый газ и вырабатывают кислород. По мнению некоторых учёных, это может привести к развитию необратимого парникового эффекта.

Сегодня на усиление парникового эффекта влияет рост углекислого газа, но есть и другие газы, которые этот парниковый эффект могут сделать ещё сильнее, намного сильнее. Среди таких газов — метан и водяной пар. Что касается метана, то некоторое его количество попадает в атмосферу при добыче природного газа, вносит свой вклад и животноводство. Но главная опасность — огромные запасы метаны, которые сегодня находятся на дне океанов в форме гидратов. При повышении температуры может начаться распад гидратов, огромное количество метана попадёт в атмосферу, и парниковый эффект резко усилится. Рост парникового эффекта примет необратимый характер. Чем сильнее будет парниковый эффект, тем больше метана и водяного пара попадёт в атмосферу, а чем больше их попадёт в атмосферу, тем сильнее станет парниковый эффект.

К чему всё это может привести в конечном итоге, показывает пример Венеры. Эта планета очень близка по размерам и массе к Земле, и до полётов к этой планете космических аппаратов многие надеялись на то, что условия на ней будут близки к земным. Однако всё оказалось совсем иначе. На поверхности Венеры жуткая жара — 460 °С. При такой температуре плавятся цинк, олово и свинец. И главная причина таких экстремальных условий на Венере не в том, что она находится ближе к Солнцу, а в парниковом эффекте. Именно парниковый эффект повышает температуру на поверхности этой планеты почти на 500 градусов!

Венера и Земля

По современным представлениям, несколько сотен миллионов лет назад на Венере произошёл «парниковый взрыв». В какой-то момент парниковый эффект принял необратимый характер, вся вода вскипела и испарилась, а температура поверхности достигла настолько высоких значений (1200-1500 °С), что расплавились камни! Постепенно испарившаяся вода распалась на кислород и водород и улетучилась в космос, и Венера остыла, однако и сегодня эта планета — одно из самых неблагоприятных для жизни мест в Солнечной системе. Произошедшая с Венерой катастрофа — не просто гипотеза учёных, то, что она действительно произошла, подтверждается молодым возрастом поверхности Венеры, а также аномально высоким отношением дейтерия к водороду в венерианской атмосфере, которое в сотни раз превышает земное.

Что же в итоге? Похоже у человечества нет иного выхода, как бороться с парниковым эффектом. А для этого надо изменить хищническое отношение к природе, перестать бесконтрольно сжигать ископаемое топливо и вырубать леса.

Проблема парникового эффекта особенно актуальна в нашем веке, когда мы уничтожаем леса, чтобы построить еще один промышленный завод, а многие из нас не представляют жизни без машины. Мы, как страусы, прячем голову в песок, не замечая вреда от нашей деятельности. Тем временем парниковый эффект усиливается и приводит к глобальным катастрофам.

Явление парникового эффекта существовало с момента появления атмосферы, хотя и не было столь заметным. Тем не менее изучение его началось задолго до активного использования автомобилей и .

Краткое определение

Парниковый эффект – повышение температуры нижних слоев атмосферы планеты вследствие накопления парниковых газов. Механизм его таков: солнечные лучи проникают в атмосферу, нагревают поверхность планеты.

Тепловое излучение, которое исходит от поверхности, должно вернуться в космос, но нижний слой атмосферы слишком плотный для их проникновения. Причина этому – парниковые газы. Тепловые лучи задерживаются в атмосфере, повышают ее температуру.

История исследований парникового эффекта

Впервые о явлении заговорили в 1827 году. Тогда появилась статья Жана Батиста Жозефа Фурье «Записка о температурах земного шара и других планет», где он подробно изложил свои представления о механизме парникового эффекта и причины его появления на Земле. В своих исследованиях Фурье опирался не только на собственные эксперименты, но и на суждения М. Де Соссюра. Последний проводил опыты с зачерненным изнутри стеклянным сосудом, закрытым и поставленным под солнечный свет. Температура внутри сосуда была гораздо выше, чем снаружи. Это объясняется таким фактором: тепловое излучение не может пройти сквозь затемненное стекло, а значит, остается внутри емкости. При этом солнечный свет смело проникает через стенки, так как снаружи сосуд остается прозрачным.

Несколько формул

Суммарная энергия солнечного излучения, поглощаемого в единицу времени планетой радиусом R и сферическим альбедо A, равна:

E = πR2 { E_0 over R2} (1 – A) ,

где E_0 – солнечная постоянная, и r – расстояние до Солнца.

В соответствии с законом Стефана–Больцмана равновесное тепловое излучение L планеты с радиусом R, то есть площадью излучающей поверхности 4πR2:

L=4πR2 σТЕ^4 ,

где ТЕ – эффективная температура планеты.

Причины возникновения

Природа явления объясняется различной прозрачностью атмосферы для излучения из космоса и от поверхности планеты. Для солнечных лучей атмосфера планеты прозрачна, как стекло, и поэтому они легко проходят сквозь нее. А для теплового излучения нижние слои атмосферы «непробиваемы», слишком плотные для прохождения. Потому-то часть теплового излучения остается в атмосфере, постепенно опускаясь к самым нижним ее слоям. При этом количество парниковых газов, уплотняющих атмосферу, растет.

Еще в школе нас учили, что основная причина парникового эффекта – деятельность человека. Эволюция привела нас к промышленности, мы сжигаем тонны угля, нефти и газа, получаем топливо, Следствие этого – выделение парниковых газов и веществ в атмосферу. Среди них – водяной пар, метан, углекислый газ, оксид азота. Почему они так названы, понятно. Поверхность планеты нагревается солнечными лучами, но обязательно «отдает» часть тепла обратно. Тепловое излучение, которое исходит от поверхности Земли, называется инфракрасным.