Реферат: Парниковый эффект

Содержание

Введение

1. Парниковыйэффект: исторические сведения и причины

1.1.Исторические сведении

1.2.Причины

2.Парниковый эффект: механизм образования, усиление

2.1.Механизм парникового эффекта и его роль в биосферных

процессах

2.2.Усиление парникового эффекта в индустриальную эпоху

3.Последствия усиления парникового эффекта

Заключение

Списокиспользованной литературы

Введение

Основнымисточником энергии, поддерживающим жизнь на Земле, является солнечная радиация- электромагнитное излучение Солнца, проникающее в земную атмосферу. Солнечнаяэнергия поддерживает также и все атмосферные процессы, которые определяют сменусезонов: весна-лето-осень-зима, а также изменения погодных условий.

Околополовины солнечной энергии приходится на видимую часть спектра, которую мывоспринимаем как солнечный свет. Эта радиация достаточно свободно проходитчерез земную атмосферу и поглощается поверхностью суши и океанов, нагревая их.Но ведь солнечная радиация поступает на Землю ежедневно в течение многих тысячелетий,почему же в таком случае Земля не перегревается и не превращается в маленькоеСолнце?

Делов том, что и земля, и водная поверхность, и атмосфера в свою очередь тожеиспускают энергию, только уже в несколько иной форме — как невидимоеинфракрасное, или тепловое, излучение.

Всреднем же достаточно длительное время в космическое пространство уходит ровностолько энергии в виде инфракрасного излучения, сколько ее поступает в видесолнечного света. Таким образом, устанавливается тепловое равновесие нашей планеты.Весь вопрос в том, при какой температуре установится это равновесие. Если быатмосферы не было, средняя температура Земли составляла бы -23 градуса.Защитное действие атмосферы, поглощающей часть инфракрасного излучения земнойповерхности, приводит к тому, что в действительности эта температура составляет+15 градусов. Повышение температуры — суть следствие парникового эффекта ватмосфере, который усиливается с увеличением количества углекислого газа иводяного пара в атмосфере. Эти газы лучше всего поглощают инфракраснуюрадиацию.

Впоследние десятилетия в атмосфере все больше и больше увеличиваетсяконцентрация углекислого газа. Это происходит оттого; что с каждым годомувеличиваются объемы сжигания ископаемого топлива и древесины. Вследствие этогосредняя температура воздуха у поверхности Земли повышается примерно на 0,5градуса за столетие. Если нынешние темпы сжигания топлива, а значит, иповышение концентрации парниковых газов сохранятся и в дальнейшем, то, понекоторым прогнозам, в следующем столетии ожидается еще большее потеплениеклимата.

1.  Парниковый эффект: исторические сведения и причины

1.1.    Исторические сведения

Идея о механизмепарникового эффекта была впервые изложена в 1827 году Жозефом Фурье в статье«Записка о температурах земного шара и других планет», в которой онрассматривал различные механизмы формирования климата Земли, при этом онрассматривал как факторы, влияющие на общий тепловой баланс Земли (нагревсолнечным излучением, охлаждение за счёт лучеиспускания, внутреннее теплоЗемли), так и факторы, влияющие на теплоперенос и температуры климатическихпоясов (теплопроводность, атмосферная и океаническая циркуляция).

При рассмотрениивлияния атмосферы на радиационный баланс Фурье проанализировал опыт М. деСоссюра с зачернённым изнутри сосудом, накрытым стеклом. Де Соссюр измерялразность температур внутри и снаружи такого сосуда, выставленного на прямойсолнечный свет. Фурье объяснил повышение температуры внутри такого«мини-парника» по сравнению с внешней температурой действием двух факторов:блокированием конвективного теплопереноса (стекло предотвращает отток нагретоговоздуха изнутри и приток прохладного снаружи) и различной прозрачностью стеклав видимом и инфракрасном диапазоне.

Именно последний фактори получил в позднейшей литературе название парникового эффекта — поглощаявидимый свет, поверхность нагревается и испускает тепловые (инфракрасные) лучи;поскольку стекло прозрачно для видимого света и почти непрозрачно для тепловогоизлучения, то накопление тепла ведёт к такому росту температуры, при которомколичество проходящих через стекло тепловых лучей достаточно для установлениятеплового равновесия.

Фурье постулировал, чтооптические свойства атмосферы Земли аналогичны оптическим свойствам стекла, тоесть её прозрачность в инфракрасном диапазоне ниже, чем прозрачность вдиапазоне оптическом.

1.2.    Причины

Суть парниковогоэффекта состоит в следующем: Земля получает энергию от Солнца, в основном, ввидимой части спектра, а сама излучает в космическое пространство, главнымобразом, инфракрасные лучи.

Однако многиесодержащиеся в ее атмосфере газы — водяной пар, СО2, метан, закись азота и т.д. — прозрачны для видимых лучей, но активно поглощают инфракрасные, удерживаятем самым в атмосфере часть тепла.

В последние десятилетиясодержание парниковых газов в атмосфере очень сильно выросло. Появились иновые, ранее не существовавшие вещества с «парниковым» спектромпоглощения — прежде всего фторуглеводороды.

Газы, вызывающиепарниковый эффект, — это не только диоксид углерода (CO2). К ним такжеотносятся метан (CH4), закись азота (N2O), гидрофторуглероды (ГФУ),перфторуглероды (ПФУ), гексафторид серы (SF6). Однако именно сжиганиеуглеводородного топлива, сопровождающееся выделением CO2, считается основнойпричиной загрязнения.

Причина быстрого ростаколичества парниковых газов очевидна, — человечество сейчас сжигает за деньстолько ископаемого топлива, сколько его образовывалось за тысячи лет в периодобразования месторождений нефти, угля и газа. От этого «толчка» климатическаясистема вышла из «равновесия» и мы видим большее число вторичных негативныхявлений: особо жарких дней, засух, наводнений, резких скачков погоды, причемименно это и наносит наибольший урон.

Согласно прогнозамисследователей, если ничего не предпринимать, мировые выбросы CO2 в течениеближайших 125 лет вырастут вчетверо. Но нельзя забывать и о том, чтозначительная часть будущих источников загрязнения еще не построена. Запоследние сто лет температура в северном полушарии увеличилась на 0,6 градуса.Прогнозируемый рост температуры в следующем столетии составит от 1,5 до 5,8градусов. Наиболее вероятный вариант — 2,5-3 градуса.

Однако измененияклимата — это не только повышение температуры. Изменения касаются и другихклиматических явлений. Не только сильная жара, но и сильные внезапныезаморозки, наводнения, сели, смерчи, ураганы объясняют эффектами глобальногопотепления. Климатическая система слишком сложна, чтобы ожидать от нееравномерного и одинакового изменения во всех точках планеты. И главнуюопасность ученые видят сегодня именно в росте отклонения от средних значений — значительных и частых колебаний температуры.

2. Парниковый эффект:механизм, усиление

2.1     Механизм парникового эффекта и его роль в биосферныхпроцессах

Основным источникомжизни и всех природных процессов на Земле является лучистая энергия Солнца.Энергия солнечной радиации всех длин волн, поступающая на нашу планету вединицу времени на единицу площади, перпендикулярной солнечным лучам,называется солнечной постоянной и составляет 1,4 кДж/см2. Это лишь однадвухмиллиардная доля энергии, излучаемой поверхностью Солнца. Из общегоколичества солнечной энергии, поступающей на Землю, атмосфера поглощает -20%.Примерно 34% энергии, проникающей в глубь атмосферы и доходящей до поверхностиЗемли, отражается облаками атмосферы, аэрозолями, в ней находящимися, и самойповерхностью Земли. Таким образом, до земной поверхности доходит -46% солнечнойэнергии и поглощается ею. В свою очередь поверхность суши и воды излучаетдлинноволновую инфракрасную (тепловую) радиацию, которая частично уходит вкосмос, а частично остается в атмосфере, задерживаясь входящими в ее составгазами и нагревая приземные слои воздуха. Эта изоляция Земли от космическогопространства создала благоприятные условия для развития живых организмов.

Природа парниковогоэффекта  атмосфер обусловлена их различной прозрачностью в видимом и дальнеминфракрасном диапазонах. На диапазон длин волн 400—​1500нм (видимый свет и ближний инфракрасный диапазон) приходится 75 % энергиисолнечного излучения, большинство газов не поглощают в этом диапазоне;рэлеевское рассеяние в газах и рассеяние на атмосферных аэрозолях непрепятствуют проникновению излучения этих длин волн в глубины атмосфер идостижению поверхности планет. Солнечный свет поглощается поверхностью планетыи её атмосферой (особенно излучение в ближней УФ- и ИК-областях) и разогреваетих. Нагретая поверхность планеты и атмосфера излучают в дальнем инфракрасномдиапазоне: так, в случае Земли () 75 % теплового излучения приходится надиапазон 7,8—28 мкм, для Венеры  — 3,3—12 мкм.

Атмосфера, содержащаягазы, поглощающие в этой области спектра (т. н. парниковые газы — H2O, CO2, CH4и пр.,  существенно непрозрачна для такого излучения, направленного от еёповерхности в космическое пространство, то есть имеет в ИК-диапазоне большуюоптическую толщину. Вследствие такой непрозрачности атмосфера становитсяхорошим теплоизолятором, что, в свою очередь, приводит к тому, чтопереизлучение поглощённой солнечной энергии в космическое пространствопроисходит в верхних холодных слоях атмосферы. В результате эффективнаятемпература Земли как излучателя оказывается более низкой, чем температура еёповерхности.

Таким образом задерживаемоеидущее от земной поверхности тепловое излучение (подобно пленке над парником),получило образное название парниковый эффект. Газы, задерживающие тепловоеизлучение и препятствующие оттоку тепла в космическое пространство, называютпарниковыми газами. Благодаря парниковому эффекту среднегодовая температура уповерхности Земли в последнее тысячелетие составляет примерно 15°С. Безпарникового эффекта эта температура опустилась бы до -18°С и существованиежизни на Земле стало бы невозможным. Основным парниковым газом атмосферыявляется водяной пар, задерживающий 60% теплового излучения Земли. Содержаниеводяного пара в атмосфере определяется планетарным круговоротом воды и (присильных широтных и высотных колебаниях) практически постоянно. Примерно 40%теплового излучения Земли задерживается другими парниковыми газами, в том числеболее 20% -углекислым газом. Основные природные источники СО2 в атмосфере — извержения вулканов и естественные лесные пожары. На заре геобиохимическойэволюции Земли углекислый газ поступал в Мировой океан через подводные вулканы,насыщал его и выделялся в атмосферу. До сих пор нет точных оценок количестваСО2 в атмосфере на ранних этапах ее развития. По результатам анализабазальтовых пород подводных хребтов в Тихом и Атлантическом океанахамериканский геохимик Д.Марэ сделал вывод, что содержание СО2 в атмосфере впервый миллиард лет ее существования было в тысячу раз больше, чем в настоящеевремя, — около 39%. Тогда температура воздуха в приземном слое достигала почти100°С, а температура воды в Мировом океане приближалась к точке кипения(«сверхпарниковый» эффект). С появлением фотосинтезируюших организмови химических процессов связывания углекислого газа стал действовать мощныймеханизм изъятия СО2 из атмосферы и океана в осадочные породы. Парниковыйэффект стал постепенно уменьшаться, пока не наступило то равновесие в биосфере,которое имело место до начала эпохи индустриализации и которому соответствуетминимальное содержание углекислого газа в атмосфере — 0,03%. В отсутствиеантропогенных выбросов углеродный цикл наземной и водной биоты, гидросферы,литосферы и атмосферы находился в равновесии. Поступление в атмосферу диоксидауглерода за счет вулканической деятельности оценивается в 175 млн т в год.Осаждение в виде карбонатов связывает около 100 млн т. Велик океаническийрезерв углерода — он в 80 раз превышает атмосферный. Втрое больше, чем ватмосфере, углерода концентрируется в биоте, причем с увеличением СО2возрастает продуктивность наземной растительности.

2.2. Усилениепарникового эффекта в индустриальную эпоху

Усиление парниковогоэффекта в индустриальную эпоху связано в первую очередь с возрастаниемсодержания в атмосфере техногенного диоксида углерода за счет сжиганияископаемых видов органического топлива предприятиями энергетики,металлургическими заводами, автомобильными двигателями: С + О = СО2, С3H8+ 502= ЗСО2 + 4Н2О, С25Н52 + 38О2 = 25СО2+26Н20, 2С8Н18+25О2 = 16СО2 + 18Н2О.

Количество техногенныхвыбросов СО2 в атмосферу значительно возросло во второй половине XX в. Основнойпричиной этого стала колоссальная зависимость мировой экономики от ископаемыхвидов топлива. Индустриализация, урбанизация и стремительные темпы ростанаселения планеты обусловили увеличение мирового спроса на электроэнергию,удовлетворяющегося главным образом за счет сжигания горючих ископаемых. Ростпотребления энергии всегда считался не только важным условием техническогопрогресса, но и благоприятным фактором существования и развития человеческойцивилизации. Когда человек научился добывать огонь, произошел первый скачок визменении уровня жизни, энергоресурсами были мускульная сила человека и дрова.

Рост потребленияэнергии в настоящее время составляет около 5% в год, что при росте населениячуть менее 2% в год означает более чем двукратное увеличение душевогопотребления. В 2000 г. мир израсходовал более 16- 109 кВт -ч энергии, четвертьэтого количества пришлась на США и столько же — на развивающиеся страны вместес Китаем (доля России — около 6%). В настоящее время ископаемые видыорганического топлива составляют более 90% всех первичных энергоресурсов,обеспечивая 75% мирового производства электрической энергии. В результатесжигания органического топлива только на тепловых электростанциях (ТЭС), несчитая работу автомобильных двигателей и металлургических предприятий, ватмосферу ежегодно поступает более 5 млрд т углекислого газа (25% техногенныхвыбросов диоксида углерода в атмосферу дают США и страны Евросоюза, 1 1% — Китай, 9% — Россия).

С начала XX в., пооценкам экспертов ООН, увеличение выбросов СО2 составляло от 0,5 до 5% в год. Врезультате за последние сто лет только за счет сжигания топлива в атмосферупоступило 400 млрд. т углекислого газа.

Развитиеиндустриализации и экономической деятельности человека приводит к тому, что ввоздух выбрасывается все больше примесей, создающих знаменитый парниковыйэффект, — углекислого газа, метана и прочей «грязи». Это, соответственно,приводит к тому, что среднегодовые температуры медленно, но верноувеличиваются. Несмотря на то, что из года в год рост измеряется десятыми исотыми долями градуса, за десятилетия и века накапливаются вполне солидныевеличины в несколько градусов по шкале Цельсия.

Последние климатическиемодели дают следующий результат: к началу следующего века, то есть к 2100 году,климат Земли станет теплее на 2-4,5 градуса относительно так называемого«доиндустриального» уровня (то есть относительно того давнего периода, когдапромышленность еще не начала выбрасывать в атмосферу парниковые газы). Средняяоценка колеблется в районе трех градусов.

Однако наиболее важно,по-видимому, не то, насколько разогреется Земля в течение XXI века. Важнее то,что научный мир в целом пришел к согласию относительно причин температурногоскачка. В течение последних 20-30 лет антропогенная теория глобальногопотепления постоянно сталкивалась с критикой со стороны скептиков, полагавших,что у климатических изменений могут быть и естественные причины. К 2007 годуподавляющее большинство ученых сошлось на том, что ни солнечная радиация, нивулканическая активность, ни иные природные явления не могут дать столь мощноготеплового эффекта.

3. Последствия усиленияпарникового эффекта

Предположения, чтопоследствиями хозяйственной деятельности человека могут стать значительныеизменения климата, впервые были высказаны в конце XIX — начале XX в. В 1922 г. английский геолог Р.Шерлок выдвинул идею, что эти изменения напрямую связаны с увеличениемсодержания углекислого газа в атмосфере и, следовательно, с возрастающимимасштабами использования ископаемого горючего топлива. Главным следствиемусиления парникового эффекта является повышение приземной температуры, котороеустойчиво наблюдается в последние десятилетия. В 1988 г. в Торонто состоялась первая Международная конференция по проблеме антропогенного измененияклимата. Ученые пришли к выводу, что последствия усиления парникового эффектаиз-за роста содержания в атмосфере углекислого газа уступают лишь последствияммировой ядерной войны. Тогда же при Организации Объединенных Наций былаобразована Межправительственная группа экспертов по проблемам изменения климата- МГЭИК (IPCC-Intergovernmental Panel on Climate Change), которая заняласьвсесторонним изучением влияния повышения приземной температуры из-за усиленияпарникового эффекта на климат, экосистему Мирового океана, биосферу в целом, втом числе на жизнь и здоровье населения планеты. По данным экспертов ООН, к 2025 г. повышение среднегодовой температуры у поверхности Земли может составить 2,5 °С, а к концустолетия — почти 6 °С. Это приведет к нарушению природных механизмовподдержания теплового баланса планеты и необратимо превратит Землю враскаленный ад, подобный Венере.

Иногда можно услышать,что глобальное потепление выгодно России, поскольку она – «холодная страна». Насамом деле это не так. Если, например, для Москвы температурный разброссоставляет от -35 до +37 °С, то повышение температуры на 2 градуса не означает,что амплитуда колебаний станет от -33 до +39 °С. По расчетам климатологов, приэтом минимальная температура станет еще меньше, а максимальная еще выше:амплитуда московской температуры станет где-то от -40 до +40 °С. Средиважнейших проблем, связанных с усилением парникового эффекта и потеплениемклимата, приоритетной является повышение уровня Мирового океана за счет таянияматериковых ледников и морских льдов, теплового расширения океана. Подъемуровня моря — уже реальный факт. За прошедшее столетие уровень Мирового океанаповысился, по разным оценкам, на 10-25 см (главным образом в последнюю четверть XX века), к 2025 г. возможно повышение уровня Мирового океана еще на 20-30 см, а к концу наступившего столетия — на 1-2 м. В докладе IPCC на заседании в Шанхае (январь 2001 г.) отмечено, что за последние десять лет толщина ледового покрова в Северном Ледовитом океанесократилась на 40%, происходит интенсивное разрушение ледовых щитов Антарктидыи Гренландии. Из-за таяния гренландских и арктических льдов происходитзамедление течения Гольфстрима, несущее миллионы миллиардов ватт тепла изтропиков, согласно исследованиям американских ученых уже сейчас сила потокауменьшилась на 10%. Исчезновение Гольфстрима приведет к существенным изменениямклимата Северной Атлантики: у побережья Британии температура может понизитьсяна 5 °С, в других районах среднегодовая температура упадет на 10 °С. Прямоевоздействие повышения уровня Мирового океана — перемещение береговой линии. Врезультате таяния льдов под водой окажутся многие прибрежные районы и острова,вторжение фронта соленых морских вод в пресноводные реки вызовет засолениепресноводных прибрежных акваторий. Все эти процессы глубоко затронут человеческоеобщество, особенно густонаселенные приморские районы. Подъем уровня водывызовет затопление многих приморских городов, ухудшатся условия ихводоснабжения, серьезно пострадают места нерестилищ рыб. Подсчитано, чтоповышение уровня океана на 1 м повлечет за собой колоссальные потери людских иматериальных ресурсов. Сотни миллионов людей на земном шаре вынуждены будутмигрировать из прибрежных зон, дельт рек и с островов. Потепление приведет квысвобождению метана, находящегося в зоне вечной мерзлоты в виде гидрата метана(твердое соединение кристаллов воды и поглощенного под давлением газообразногометана), таянию фунтов. Это создаст угрозу дорогам, строениям и коммуникациям,в том числе газо- и нефтепроводам, буровым установкам и т. п., ухудшитсостояние лесных массивов на вечной мерзлоте. Произойдут существенные измененияприродных процессов в биосфере: — нарушение круговоротов главных биогенныхэлементов; — изменение характера облачности и, как следствие, климатические изменения;- изменение распределения осадков по регионам; — смещение климатических зон и,в частности, расширение зон пустынь; — нарушение биологических ритмов развитиярастений и длительные периоды неурожаев главных сельскохозяйственных культур.Изменение средней приземной температуры приведет к перестройке биоты — всейсистемы живых организмов Земли — и будет сопровождаться такими аномальнымиявлениями, как распространение болезней, вредителей, так называемыхвидов-гангстеров. Частично такие процессы уже начались: от короедов гибнутеловые леса Нечерноземья. Разбалансировка системы регуляции климата проявляетсебя в виде учащения и усиления аномальных погодных явлений, таких, как штормы,ураганы и торнадо, наводнения и цунами. Исследования показали, что в 2004 г. в мире произошло в два раза больше катаклизмов, чем предсказывали ученые. Проливные дожди надЕвропой сменились засухой. Летом этого же года температура в ряде европейскихстран достигала 40 °С, хотя обычно максимальная температура не превышает 25-30°С. И, наконец, 2004 год закончился сильнейшим землетрясением в Юго-ВосточнойАзии (26 декабря), породившим цунами, в результате которого погибло сотни тысяччеловек.

Изменения климата могутнанести миру ущерб в сотни миллиардов долларов, если не будут приняты срочныемеры по сокращению выбросов парниковых газов. Достаточно серьезны социальныепоследствия изменения климата для России. В ряде регионов России участилисьзасухи, изменился паводковый режим, увеличиваются площади заболоченных земель,сокращаются зоны уверенного земледелия. Все это наносит значительный уронотносительно бедным слоям населения, связанным с аграрным сектором.

Заключение

Таким образом, ростсредней температуры, изменения климата не проходят для экосистемы бесследно.Условия существования живых организмов меняются, и это, в свою очередь, ведет ктрудно прогнозируемым последствиям, вымиранию одних видов и внезапномураспространению других.

Для человека, чьитехнологические способности к адаптации очень высоки, потепление — такжесерьезный вызов, требующий перестройки системы приспособления. Так, в Россиитаяние вечной мерзлоты может повлечь за собой разрушение целых городов. А эточревато уже не столько технологическими, сколько социальными последствиями.Повышение уровня мирового океана грозит затоплением значительных территорий вразных точках земного шара.

Само по себе глобальноепотепление не является для экосистемы Земли новым явлением. Температурныеизменения были и раньше (вспомните о ледниковых периодах), но никогда они небыли такими стремительными. В непредсказуемости изменения и заключается главнаяугроза для человечества.

Последние полвеканаблюдается тенденция усиления парникового эффекта, имеющая общепланетарныйхарактер. По мнению многих ученых -климатологов и экологов, с этим явлениемсвязаны глобальные климатические изменения антропогенного характера. Это однаиз наиболее серьезных экологических угроз, ожидающих человечество в XXIстолетии.

Решить проблему помогутвозобновляемые источники энергии, развитие которых все еще очень сильно зависитот участия государства. Здесь-то и возникает потребность в создании системыстимулирования и контроля. Киотский протокол — лишь определенный этап на путисоздания такой системы в мировом масштабе.

Список использованнойлитературы

1. АлексеевВ.В., Киселева С.В., Чернова Н.И. «Рост концентрации СО2 в атмосфере — всеобщееблаго?» // Природа, № 9, 1999 г.

2. 5.Заварзин Г. А. «Становление биосферы» // Вестник Российской Академии наук, том71, № 11, с. 988-1001 (2001)

3. МонинА.С., Шишков Ю.А. «Климат как проблема физики» // УФН, том 170, № 4, 2000 г.

4. МелешкоВ.П., Катцов В.М, Спорышев П.В., Вавулин С.В., Говоркова В.А., «Изучениевозможных изменений климата с помощью моделей общей циркуляции атмосферы иокеана» // Изменения климата и их последствия.- Спб.: Наука, 2002.

5. ЯншинА. «Опасен ли парниковый эффект» // Наука и жизнь. 1989. №12.