Причини за развитието на парниковия ефект. Парников ефект и съвременни начини за решаване на проблема

Парниковият ефект е забавянето от земната атмосфера на топлинното излъчване на планетата. Парниковият ефект е наблюдаван от всеки от нас: в оранжерии или оранжерии температурата винаги е по-висока от външната. Същото се наблюдава и в мащаба на Земята: слънчевата енергия, преминавайки през атмосферата, нагрява повърхността на Земята, но топлинната енергия, излъчвана от Земята, не може да избяга обратно в космоса, тъй като земната атмосфера я забавя, действайки като полиетилен в оранжерия: предава къси светлинни вълни от Слънцето към Земята и забавя дългите топлинни (или инфрачервени) вълни, излъчвани от земната повърхност. Има парников ефект.Парниковият ефект възниква поради наличието на газове в земната атмосфера, които имат способността да забавят дългите вълни.Те се наричат "парникови" или "парникови" газове.

Парниковите газове присъстваха в атмосферата в малки количества (около 0,1%) от създаването си. Тази сума беше достатъчна за издръжка парников ефекттоплинния баланс на Земята на ниво, подходящо за живот. Това е така нареченият естествен парников ефект, ако не беше той, средната температура на земната повърхност щеше да бъде 30 ° C не +14°C, както е сега, а -17°C.

Естественият парников ефект не застрашава нито Земята, нито човечеството, тъй като общото количество парникови газове се поддържа на същото ниво поради цикъла на природата, освен това ние му дължим живот, при условие че балансът не е нарушен.

Но увеличаването на концентрацията на парникови газове в атмосферата води до увеличаване на парниковия ефект и нарушение топлинен балансЗемята. Точно това се случи през последните два века от развитието на цивилизацията. Електроцентралите, работещи с въглища, ауспусите на колите, фабричните комини и други изкуствени източници на замърсяване отделят около 22 милиарда тона парникови газове годишно в атмосферата.

Ролята на парниковия ефект

Състоянието на атмосферата, по-специално количеството водна пара и въглероден диоксид, присъстващи в нея, оказва голямо влияние върху климата на Земята. Увеличаването на концентрацията на водна пара води до увеличаване на облачността и следователно до намаляване на количеството слънчева топлина, навлизаща на повърхността. И промяна в концентрацията на въглероден диоксид CO 2 в атмосферата причинява отслабване или укрепване парников ефект, при който въглеродният диоксид частично абсорбира топлината, излъчвана от Земята в инфрачервения диапазон на спектъра с последващото й повторно излъчване към земната повърхност. В резултат на това се повишава температурата на повърхността и долните слоеве на атмосферата. По този начин явлението парников ефект значително влияе върху смекчаването на климата на Земята. При негово отсъствие средната температура на планетата би била с 30-40°C по-ниска, отколкото е в действителност, и не би била +15°C, а -15°C или дори -25°C. При такива средни температури океаните много бързо биха се покрили с лед, превърнали се в огромни фризери и животът на планетата би станал невъзможен. Количеството въглероден диоксид се влияе от много фактори, сред които основните са вулканичната дейност и жизнената дейност на земните организми.

Но най-голямо влияние върху състоянието на атмосферата и следователно върху климата на Земята в планетарен мащаб имат външни, астрономически фактори, като промени в потоците на слънчевата радиация поради променливост слънчева активности промени в параметрите на земната орбита. Астрономическата теория за климатичните колебания е създадена още през 20-те години на ХХ век. Установено е, че промяната на ексцентрицитета на земната орбита от възможен минимум 0,0163 до възможен максимум 0,066 може да доведе до разлика в количеството слънчева енергия, попадаща върху земната повърхност в афелий и перихелий с 25% на година. В зависимост от това дали Земята преминава своя перихелий през лятото или зимата (за северното полукълбо), такава промяна в потока на слънчевата радиация може да доведе до общо затопляне или охлаждане на планетата.

Теорията позволи да се изчисли времето на ледниковите периоди в миналото. До грешки в определянето на геоложките дати, възрастта на дузина предишни заледявания съвпада с теорията. Той също така ви позволява да отговорите на въпроса кога трябва да дойде следващото най-близко заледяване: днес живеем в междуледникова ера и това не ни заплашва през следващите 5000-10 000 години.

Какво представлява парниковият ефект?

Концепцията за парниковия ефект се формира през 1863 г. Тиндейл.

Ежедневен пример за парников ефект е отоплението от вътрешността на автомобила, когато е на слънце със затворени прозорци. Причината тук е, че слънчева светлинапрониква през прозорците и се абсорбира от седалките и другите предмети в купето. В този случай светлинната енергия се превръща в топлинна енергия, обектите се нагряват и излъчват топлина под формата на инфрачервено или топлинно лъчение. За разлика от светлината, тя не прониква през прозорците навън, тоест тя се улавя вътре в колата. Поради това температурата се повишава. Същото се случва и в оранжериите, откъдето идва самото име на този ефект, парниковият ефект (или зелена къщаефект). В глобален мащаб въглеродният диоксид във въздуха играе същата роля като стъклото. Светлинната енергия прониква в атмосферата, абсорбира се от земната повърхност, преобразува се в нейната топлинна енергия и се освобождава като инфрачервено лъчение. Въпреки това въглеродният диоксид и някои други газове, за разлика от други природни елементи на атмосферата, го абсорбират. В същото време той се нагрява и от своя страна загрява атмосферата като цяло. Това означава, че колкото повече въглероден диоксид съдържа, толкова повече инфрачервени лъчи ще бъдат абсорбирани и толкова по-топло ще стане.

Температурата и климатът, към които сме свикнали, се осигуряват от концентрацията на въглероден диоксид в атмосферата на ниво от 0,03%. Сега увеличаваме тази концентрация и се очертава тенденция на затопляне.
Когато преди десетилетия разтревожените учени предупредиха човечеството за нарастващия парников ефект и заплахата от глобалното затопляне, отначало на тях се гледаше като на комични старци от стара комедия. Но скоро вече изобщо не беше смешно. Глобалното затопляне се случва и то много бързо. Климатът се променя пред очите ни: безпрецедентна жега в Европа и Северна Америкапричинява не само масови инфаркти, но и катастрофални наводнения.

В началото на 60-те години на миналия век мразове от 45°C бяха често срещани в Томск. През 70-те години падането на термометъра под 30 ° под нулата вече предизвиква объркване в умовете на сибиряците. последното десетилетиевсе по-малко ни плаши с такъв студ. Но най-силните урагани, които разрушават покривите на къщите, чупят дървета, прекъсват електропроводи, се превърнаха в норма. Дори преди 25 години подобни явления бяха голяма рядкост в района на Томск! За да убедите някого, че глобалното затопляне е станало факт, вече не е достатъчно да гледате съобщенията в пресата, вътрешна и международна. Тежки суши, чудовищни наводнения, ураганни ветрове, безпрецедентни бури - сега всички сме станали неволни свидетели на тези явления. AT последните годинив Украйна има безпрецедентна жега, има тропически дъждове, които водят до опустошителни наводнения.

човешката дейност в началото на XXIвек води до бързо нарастване на концентрацията на замърсители в атмосферата, което застрашава разрушаването на озоновия й слой и рязкото изменение на климата, по-специално глобалното затопляне. За намаляване на заплахата от глобално екологична кризанеобходимо е значително да се намалят емисиите на вредни газове в атмосферата навсякъде. Отговорността за намаляване на тези емисии трябва да бъде споделена между всички членове на световната общност, които се различават значително по много начини: ниво на индустриално развитие, доходи, социална структураи политическа ориентация. Поради тези различия неизбежно възниква въпросът до каква степен националното правителство трябва да контролира емисиите във въздуха. Дискусионността на този проблем се засилва още повече от факта, че все още не е постигнато съгласие по въпроса за въздействието върху околната среда на нарастващия парников ефект. Въпреки това, има нарастващо разбиране, че предвид заплахата от глобалното затопляне, с всичките му опустошителни последици, ограничаването вредни емисиив атмосферата става основен приоритет.

Крайбрежните райони на Азовско и Черно море са изправени пред реална заплаха от изчезване. Катастрофалните наводнения, с които вече се сблъскваме, също ще се случват много по-често. Например язовирите Днепър, по-специално язовир Киев, са построени, като се вземат предвид най-опустошителните наводнения, които някога са се случвали на Днепър.

Бързото нарастване на емисиите на промишлени и други замърсители на въздуха доведе до драматично увеличаване на парниковия ефект и концентрацията на газове, които разрушават озоновия слой. Например от началото на индустриалната революция концентрацията на CO 2 в атмосферата се е увеличила с 26%, като повече от половината от увеличението се дължи на началото на 60-те години на миналия век. Концентрация на различни газообразни хлориди, основно разрушаващи озоновия слой хлорфлуорвъглеводороди (CFC), само за 16 години (от 1975 до 1990 г.) се е увеличил със 114%. Нивото на концентрация на друг газ, участващ в създаването на парниковия ефект, метан CH 4 , се е увеличил със 143% от началото на индустриалната революция, включително около 30% от този растеж от началото на 70-те години на миналия век. Докато не бъдат взети спешни мерки на международно ниво, бързият растеж на населението и увеличаването на доходите му ще бъде съпроводено с ускоряване на концентрацията на тези химикали.

80-те години на миналия век бяха най-топлото десетилетие, откакто започна щателното документиране на моделите на времето. Седем от най-горещите години в историята са били през 1980, 1981, 1983, 1987, 1988, 1989 и 1990 г., като 1990 е най-горещата в историята. Засега обаче учените не могат да кажат със сигурност дали такова затопляне на климата е тенденция под влиянието на парниковия ефект или това са просто естествени, естествени колебания. В крайна сметка климатът е претърпял подобни промени и колебания и преди. През последните милиони години е имало осем така наречени ледникови епохи, когато гигантски леден килим е достигал географските ширини на Киев в Европа и Ню Йорк в Америка. Последният ледников период е приключил преди около 18 хиляди години и по това време средната температура е била с 5 ° по-ниска от сегашната. Съответно нивото на световния океан беше със 120 м по-ниско от сегашното.

По време на последния ледена епохасъдържанието на CO 2 в атмосферата падна до 0,200, докато за две последните периодизатопляне, беше 0,280. Така беше в началото на XIXвек. След това постепенно започна да нараства и достигна сегашната си стойност от приблизително 0,347. От това следва, че през 200-те години, изминали от началото на индустриалната революция, естественият контрол върху съдържанието на въглероден диоксид в атмосферата чрез затворен цикъл между атмосферата, океана, растителността и процесите на органично и неорганично гниене е бил груб нарушени.

Все още не е ясно дали тези параметри на затоплянето на климата наистина са статически значими. Например, някои изследователи отбелязват, че данните, характеризиращи затоплянето на климата, са значително по-ниски от тези, изчислени с помощта на компютърни прогнози, базирани на данни за нивото на емисиите през предходни години. Учените знаят, че някои видове замърсители всъщност могат да забавят процеса на затопляне, като отразяват ултравиолетовите лъчи в космоса. Така че въпросът дали има постепенна промяна в климата или тези промени са временни, маскирайки дългосрочното въздействие на нарастващия парников ефект и изтъняването на озоновия слой, е спорен. Въпреки че има малко доказателства на статистическо ниво, че затоплянето на климата е устойчива тенденция, оценката на потенциалните катастрофални последици от затоплянето на климата доведе до широко разпространени призиви за предпазни мерки.

Друго важно проявление на глобалното затопляне е затоплянето на океаните. През 1989 г. А. Стронг от Националната администрация за атмосфера и океани докладва: „Измерванията на температурите на повърхността на океана, направени от сателити между 1982 и 1988 г., показват, че световните океани постепенно, но забележимо се затоплят с около 0,1 ° C на година“. Това е изключително важно, тъй като поради колосалния си топлинен капацитет океаните почти не реагират на случайни климатични промени. Наблюдаваната тенденция към затоплянето им доказва сериозността на проблема.

Появата на парниковия ефект:

Очевидната причина за парниковия ефект е използването на традиционни енергийни носители от индустрията и автомобилистите. По-малко очевидните причини включват обезлесяването, рециклирането и добива на въглища. Хлорфлуорвъглеродите (CFC), въглеродният диоксид CO 2 , метанът CH 4 , серните и азотните оксиди допринасят значително за увеличаването на парниковия ефект.

Въпреки това въглеродният диоксид все още играе най-голяма роля в този процес, тъй като има сравнително дълъг жизнен цикъл в атмосферата и обемите му непрекъснато нарастват във всички страни. Източниците на CO 2 могат да бъдат разделени на две основни категории: промишлено производство и други, представляващи съответно 77% и 23% от общия обем на емисиите му в атмосферата. Цялата група развиващи се страни (приблизително 3/4 от световното население) генерира по-малко от 1/3 от общите промишлени емисии на CO 2 . Ако Китай бъде изключен от тази група държави, тази цифра ще спадне до около 1/5. Тъй като по-богатите страни имат по-високи нива на доходи и съответно потреблението е по-високо, количеството вредни емисии в атмосферата на глава от населението е много по-високо. Например емисиите на глава от населението в Съединените щати са повече от 2 пъти над средното за Европа, 19 пъти над средното за Африка и 25 пъти над съответната цифра за Индия. Въпреки това, в последно времев развитите страни (по-специално в САЩ) има тенденция за постепенно ограничаване на вредните околен святи производствено население и прехвърлянето му към по-малко развитите страни. По този начин правителството на САЩ е загрижено за поддържането на благоприятен екологична ситуацияв своята страна, като същевременно поддържат икономическото си благосъстояние.

Въпреки че делът на страните от третия свят в промишлените емисии на CO 2 е относително малък, те представляват почти всички останали емисии в атмосферата. Основната причина за това е използването на техники за изгаряне на гори за включване на нови земи в земеделския оборот. Индикаторът за обема на емисиите в атмосферата съгласно тази статия се изчислява, както следва: приема се, че целият обем CO 2, съдържащ се в растенията, когато се изгаря, навлиза в атмосферата. Изчислено е, че обезлесяването представлява 25% от всички емисии във въздуха. Може би още по-важен е фактът, че процесът на обезлесяване унищожава източника на атмосферен кислород. Тропическите гори са важен механизъм за самовъзстановяване на една екосистема, тъй като дърветата абсорбират въглероден диоксид и освобождават кислород чрез фотосинтеза. Обезлесяването намалява способността на околната среда да абсорбира въглероден диоксид. По този начин характеристиките на процеса на обработка на земята в развиващите се страни определят толкова значителен принос на последните за увеличаване на парниковия ефект.

В естествената биосфера съдържанието на въглероден диоксид във въздуха се поддържа на същото ниво, тъй като поемането му е равно на отстраняването му. Този процес се определя от въглеродния цикъл, по време на който количеството въглероден диоксид, извлечено от атмосферата от фотосинтезиращи растения, се компенсира чрез дишане и горене. В момента хората активно нарушават този баланс, като изсичат гори и използват изкопаеми горива. Изгаряйки всеки килограм от него (въглища, петролни продукти и природен газ) произвежда около три фунта или 2m 3 въглероден диоксид (теглото се утроява, тъй като всеки въглероден атом на горивото добавя два кислородни атома по време на изгаряне и превръщане във въглероден диоксид). Химическата формула за изгаряне на въглерод е следната:

C + O 2 → CO 2

Всяка година се изгарят около 2 милиарда тона изкопаеми горива, което означава, че почти 5,5 милиарда тона въглероден диоксид навлиза в атмосферата. Приблизително 1,7 милиарда повече тона от него също отиват там поради намаляването и изгарянето на тропическите гори и окисляването органична материяпочва (хумус). В тази връзка хората се опитват да намалят емисиите на вредни газове в атмосферата колкото е възможно повече, опитвайки се да намерят нови начини за задоволяване на традиционните си нужди. Интересен примертова може да бъде обслужено чрез разработването на нови, екологични климатици. Климатиците играят съществена роля за възникването на "парниковия ефект". Използването им води до увеличаване на емисиите от автомобилите. Към това трябва да се добави лека, но неизбежна загуба на охлаждаща течност, която излиза под високо налягане, например през уплътненията на връзката на маркуча. Този хладилен агент има същото въздействие върху климата като другите парникови газове. Затова изследователите започнаха да търсят екологично чиста охлаждаща течност. Въглеводороди с добри охлаждащи свойства не могат да се използват поради високата им запалимост. Следователно изборът на учените падна върху въглеродния диоксид. CO 2 е естествена съставка на въздуха. CO 2, необходим за климатизацията, се появява като страничен продукт от много промишлени процеси. В допълнение, за естествения CO 2 не е необходимо да се създава цяла инфраструктура за поддръжка и обработка. CO 2 не е скъп и може да се намери по целия свят.

Въглеродният диоксид е бил използван като охлаждащ агент през миналия век за риболов. През 30-те години CO2 е заменен от синтетични и вредни за околната среда вещества. Те направиха възможно използването на по-проста техника под високо налягане. Учените разработват компоненти за напълно нова система за охлаждане, използваща CO 2 . Тази система включва компресор, газов охладител, разширител, изпарител, колектор и вътрешен топлообменник. Високото налягане, необходимо за CO 2, предвид материалите, които са по-модерни от преди, не представлява голяма опасност. Въпреки повишената си устойчивост на натиск, новите компоненти са сравними по размер и тегло с конвенционалните единици. Тестовете на нов автомобилен климатик показват, че използването на въглероден диоксид като хладилен агент може да намали емисиите на парникови газове с една трета.

Постоянното увеличаване на количеството изгорени изкопаеми горива (въглища, нефт, газ, торф и др.) води до увеличаване на концентрацията на CO 2 в атмосферния въздух (в началото на 20 век - 0,029%, днес - 0,034%). Прогнозите показват, че до средата XXI век съдържанието на CO 2 ще се удвои, което ще доведе до рязко увеличаване на парниковия ефект и температурата на планетата ще се повиши. Ще възникнат още два опасни проблема: бързото топене на ледниците в Арктика и Антарктика, „вечната замръзналост“ на тундрата и повишаването на нивото на Световния океан. Такива промени ще бъдат придружени от изменение на климата, което дори е трудно да се предвиди. Следователно проблемът не е само в парниковия ефект, а в неговото изкуствено разрастване, породено от човешката дейност, променяйки оптималното съдържание на парникови газове в атмосферата. Индустриалната човешка дейност води до осезаемо увеличаване на тях и появата на заплашителна диспропорция. Ако човечеството не успее да вземе ефективни мерки за ограничаване на емисиите на парникови газове и запазване на горите, температурата, според ООН, ще се повиши с още 3°C за 30 години. Едно решение на проблема са чисти енергийни източници, които няма да добавят въглероден диоксид и много топлина в атмосферата. Например вече успешно се използват малки слънчеви централи, които консумират слънчева топлина вместо гориво.

Градинарите са добре запознати с този физически феномен, тъй като вътре в оранжерията винаги е по-топло, отколкото навън, и това помага на растенията да растат, особено през студения сезон.

Можете да почувствате същия ефект, когато сте в кола в слънчев ден. Причината за това е, че слънчевите лъчи преминават през стъклото вътре в оранжерията и тяхната енергия се поглъща от растенията и всички предмети вътре. Тогава същите обекти, растенията излъчват своята енергия, но тя вече не може да проникне през стъклото, така че температурата вътре в оранжерията се повишава.

Планета със стабилна атмосфера, като Земята, изпитва почти същия ефект. За да поддържа постоянна температура, самата Земя трябва да излъчва толкова енергия, колкото получава. Атмосферата служи като чаша в оранжерия.

Парниковият ефект е открит за първи път от Джоузеф Фурие през 1824 г. и е изследван за първи път количествено през 1896 г. Парниковият ефект е процесът, при който поглъщането и излъчването на инфрачервено лъчение от атмосферните газове кара атмосферата и повърхността на планетата да се нагряват.

Топлото одеяло на Земята

На Земята основните парникови газове са:

1) водна пара (отговорна за приблизително 36-70% от парниковия ефект);

2) въглероден диоксид (CO2) (9-26%);

3) метан (CH4) (4-9%);

4) озон (3-7%).

Наличието на такива газове в атмосферата създава ефекта на покриване на Земята с одеяло. Те ви позволяват да поддържате топлината близо до повърхността за по-дълго време, така че повърхността на Земята е много по-топла, отколкото би била при липса на газове. Без атмосферата средната повърхностна температура би била -20°C. С други думи, при липса на парниковия ефект нашата планета би била необитаема.

Най-силният парников ефект

Парниковият ефект се проявява не само на Земята. Всъщност най-силният парников ефект, за който знаем, е на съседната планета Венера. Атмосферата на Венера е почти изцяло съставена от въглероден диоксид и в резултат на това повърхността на планетата се нагрява до 475 ° C. Климатолозите смятат, че сме избегнали подобна съдба благодарение на наличието на океани на Земята. На Венера няма океани и целият въглероден диоксид, изхвърлен в атмосферата от вулканите, остава там. В резултат на това виждаме неконтролиран парников ефект на Венера, който прави живота на тази планета невъзможен.

Планетата Венера изпитва неуправляем парников ефект и привидно нежните облаци крият пареща гореща повърхност.

Парниковият ефект винаги е бил

Важно е да се разбере, че парниковият ефект винаги е съществувал на Земята. Без парниковия ефект, причинен от наличието на въглероден диоксид в атмосферата, океаните щяха да са замръзнали отдавна и висшите форми на живот не биха се появили. По същество не климатът, а съдбата на живота на Земята зависи изцяло от това дали известно количество въглероден диоксид ще остане в атмосферата или ще изчезне и тогава животът на Земята ще спре. Парадоксално е, че човечеството е това, което може да удължи живота на Земята за известно време, като върне в обращение поне част от запасите от въглероден диоксид от находищата на въглища, нефт и газ.

В момента научният дебат за парниковия ефект е по въпроса за глобалното затопляне: дали ние, хората, нарушаваме твърде много енергийния баланс на планетата в резултат на изгарянето на изкопаеми горива и други стопанска дейност, като същевременно добавя прекомерно количество въглероден диоксид към атмосферата, като по този начин намалява количеството кислород в нея? Днес учените са съгласни, че ние сме отговорни за увеличаването на естествения парников ефект с няколко градуса.

Нека направим експеримент

Нека се опитаме да покажем резултата от действието на увеличаване на въглеродния диоксид в експеримента.

Изсипете чаша оцет в бутилката и сложете в нея няколко кристалчета сода. Фиксираме сламка в тапата и затваряме бутилката плътно с нея. Поставете бутилката в широка чаша, около нея поставете запалени свещи с различна височина. Свещите ще започнат да изгасват, като се започне от най-късата.

Защо се случва това? Въглеродният диоксид започва да се натрупва в стъклото и кислородът се измества. Това се случва и на Земята, т.е. планетата започва да изпитва недостиг на кислород.

С какво ни заплашва това?

И така, какви са причините за парниковия ефект, видяхме. Но защо всички толкова се страхуват от него? Нека разгледаме последствията от него:

1. Ако температурата на Земята продължи да се повишава, това ще окаже голямо влияние върху глобалния климат.

2. Повече дъжд ще падне в тропиците като допълнителна топлинаувеличаване на количеството водна пара във въздуха.

3. В сухите райони дъждовете ще станат още по-редки и те ще се превърнат в пустини, в резултат на което хората и животните ще трябва да ги напуснат.

4. Температурата на моретата също ще се повиши, което ще доведе до наводняване на ниските райони на брега и до увеличаване на броя на мощните бури.

5. Жилищната земя ще се свие.

6. Ако температурата на Земята се повиши, много животни няма да могат да се адаптират към изменението на климата. Много растения ще умрат от липса на вода и животните ще трябва да се преместят на други места в търсене на храна и вода. Ако повишаването на температурата доведе до смъртта на много растения, след тях ще измрат много животински видове.

7. Промяната на температурата е вредна за здравето на хората.

8. В допълнение към негативните последици от глобалното затопляне, може да се отбележи и положителна последица. Глобалното затопляне ще направи климата в Русия по-добър. На пръв поглед по-топлият климат изглежда благодат. Но потенциалната печалба може да бъде заличена от вредите от болести, причинени от вредни насекоми, тъй като повишаването на температурата ще ускори тяхното размножаване. Земите в някои региони на Русия ще бъдат неподходящи за обитаване

Време е да действаме!

Електроцентралите, работещи с въглища, ауспусите на автомобилите, фабричните комини и други изкуствени източници на замърсяване отделят заедно около 22 милиарда тона въглероден диоксид и други парникови газове годишно. Животновъдството, прилагането на торове, изгарянето на въглища и други източници произвеждат около 250 милиона тона метан годишно. Около половината от парниковите газове, отделяни от човечеството, остават в атмосферата. Около три четвърти от всички емисии на парникови газове през последните 20 години са причинени от използването на нефт, природен газ и въглища. Голяма част от останалите са причинени от промени в ландшафта, предимно обезлесяване.

Човешката дейност води до увеличаване на концентрацията на парникови газове в атмосферата.

Но дойде моментът да работим също толкова целенасочено върху това как да върнем на природата това, което вземаме от нея. Човек е в състояние да реши този грандиозен проблем и спешно да започне да действа, за да защити нашата Земя:

1. Възстановяване на почвената и растителната покривка.

2. Намалено потребление на изкопаеми горива.

3. По-широко използване на водата, вятъра, слънчевата енергия.

4. Борба със замърсяването на въздуха.

Парникови газове

Парниковите газове са газове, за които се смята, че причиняват глобалния парников ефект.

Основните парникови газове, по реда на тяхното изчислено въздействие върху топлинния баланс на Земята, са водни пари, въглероден диоксид, метан, озон, халокарбони и азотен оксид.

водна пара

Водната пара е основният естествен парников газ, отговорен за повече от 60% от ефекта. Прякото антропогенно въздействие върху този източник е незначително. В същото време повишаването на температурата на Земята, причинено от други фактори, увеличава изпарението и общата концентрация на водни пари в атмосферата при практически постоянна относителна влажност, което от своя страна увеличава парниковия ефект. Следователно има някои положителни отзиви.

Метан

Гигантско изпускане на метан, натрупан под морското дъно, затопли Земята със 7 градуса по Целзий преди 55 милиона години.

Същото може да се случи и сега - това предположение беше потвърдено от изследователи от НАСА. Използвайки компютърни симулации на древния климат, те се опитаха да разберат по-добре ролята на метана в изменението на климата. Повечето изследвания върху парниковия ефект сега се фокусират върху ролята на въглеродния диоксид в този ефект, въпреки че потенциалът на метана да задържа топлината в атмосферата надвишава този на въглеродния диоксид 20 пъти.

Разнообразие от домакински уреди, работещи с газ, допринасят за увеличаването на метана в атмосферата

През последните 200 години метанът в атмосферата се е увеличил повече от два пъти поради разлагането на органични остатъци в блатата и влажните низини, както и течове от изкуствени обекти: газопроводи, въглищни мини, в резултат на повишено напояване и газови емисии от добитък. Но има и друг източник на метан - разлагащите се органични остатъци в океанските утайки, запазени в замръзнала форма под морското дъно.

Обикновено ниските температури и високото налягане поддържат метана под океана стабилен, но това не винаги е било така. По време на периоди на глобално затопляне, като късния палеоценски топлинен максимум, настъпил преди 55 милиона години и продължил 100 хиляди години, движението литосферни плочи, по-специално на Индийския субконтинент, доведе до спад в натиска върху морско дънои може да причини голямо отделяне на метан. Тъй като атмосферата и океанът започнаха да се затоплят, емисиите на метан можеха да се увеличат. Някои учени смятат, че сегашното глобално затопляне може да доведе до развитие на събитията по същия сценарий - ако океанът се затопли значително.

Когато метанът навлезе в атмосферата, той реагира с молекулите на кислорода и водорода, за да образува въглероден диоксид и водна пара, като и двете могат да причинят парниковия ефект. Според предишни прогнози целият отделен метан ще се превърне във въглероден диоксид и вода след около 10 години. Ако е така, тогава увеличаването на концентрацията на въглероден диоксид ще бъде основната причина за затоплянето на планетата. Опитите да се потвърди разсъждението с препратки към миналото обаче бяха неуспешни - не бяха открити следи от увеличаване на концентрацията на въглероден диоксид преди 55 милиона години.

Моделите, използвани в новото изследване, показват, че когато нивото на метан в атмосферата се повиши рязко, съдържанието на кислород и водород, реагиращи с метан в нея, намалява (до прекратяване на реакцията), а останалата част от метана остава в въздуха в продължение на стотици години, сам по себе си се превръща в причина за глобалното затопляне. И тези стотици години са достатъчни, за да затоплят атмосферата, да разтопят ледовете в океаните и да променят цялата климатична система.

Основните антропогенни източници на метан са храносмилателната ферментация на добитъка, отглеждането на ориз, изгарянето на биомаса (включително обезлесяването). Както показват последните проучвания, през първото хилядолетие на нашата ера е настъпило бързо увеличаване на концентрацията на метан в атмосферата (вероятно в резултат на разширяването на селскостопанското производство и скотовъдството и изгарянето на горите). Между 1000 и 1700 г. концентрациите на метан са спаднали с 40%, но са започнали отново да се повишават през последните векове (вероятно в резултат на увеличаването на обработваемата земя и пасищата и изгарянето на горите, използването на дърва за отопление, увеличаването на добитъка добитък, количество канализация, отглеждане на ориз). Известен принос за потока на метан идва от течове по време на разработване на находище черни въглищаи природен газ, както и емисиите на метан от биогаз, произведен в депата за отпадъци

Въглероден двуокис

Източници на въглероден диоксид в земната атмосфера са вулканичните емисии, жизнената дейност на организмите и човешката дейност. Антропогенните източници са изгаряне на изкопаеми горива, изгаряне на биомаса (включително обезлесяване), някои промишлени процеси (напр. производство на цимент). Растенията са основните консуматори на въглероден диоксид. Обикновено биоценозата абсорбира приблизително същото количество въглероден диоксид, което произвежда (включително поради разпадането на биомасата).

Влияние на въглеродния диоксид върху интензивността на парниковия ефект.

Остава да научим много за въглеродния цикъл и ролята на океаните като огромно хранилище на въглероден диоксид. Както бе споменато по-горе, всяка година човечеството добавя 7 милиарда тона въглерод под формата на CO 2 към наличните 750 милиарда тона. Но само около половината от нашите емисии – 3 милиарда тона – остават във въздуха. Това може да се обясни с факта, че по-голямата част от CO 2 се използва от сухоземни и морски растения, заровен в морски седименти, абсорбиран от морска вода или по друг начин. От тази голяма част от CO 2 (около 4 милиарда тона), около два милиарда тона атмосферен въглероден диоксид се абсорбират от океана всяка година.

Всичко това увеличава броя на въпросите без отговор: Как точно взаимодейства морската вода с атмосферния въздух, абсорбирайки CO 2 ? Колко повече въглерод могат да абсорбират моретата и какво ниво на глобалното затопляне може да повлияе на капацитета им за съхранение? Какъв е капацитетът на океаните да абсорбират и съхраняват топлината, уловена от изменението на климата?

Ролята на облаците и суспендираните частици във въздушните течения, наречени аерозоли, не е лесно да се вземе предвид при изграждането на климатичен модел. Облаците засенчват земната повърхност, което води до охлаждане, но в зависимост от тяхната височина, плътност и други условия, те могат също да уловят топлината, отразена от земната повърхност, увеличавайки интензивността на парниковия ефект. Интересно е и действието на аерозолите. Някои от тях променят водната пара, като я кондензират в малки капчици, които образуват облаци. Тези облаци са много плътни и закриват повърхността на Земята със седмици. Тоест те блокират слънчевата светлина, докато изпаднат с валежи.

Комбинираният ефект може да бъде огромен: вулканичното изригване на планината Пинатуба във Филипините през 1991 г. изпусна огромни количества сулфат в стратосферата, причинявайки спад на температурата в световен мащаб, който продължи две години.

По този начин нашето собствено замърсяване, причинено главно от изгарянето на съдържащи сяра въглища и масла, може временно да смекчи ефекта от глобалното затопляне. Експертите изчисляват, че през 20-ти век аерозолите са намалили количеството затопляне с 20%. Като цяло температурите са се повишили от 40-те години на миналия век, но са се понижили от 70-те години на миналия век. Ефектът на аерозолите може да помогне да се обясни аномалното охлаждане в средата на миналия век.

През 2006 г. емисиите на въглероден диоксид в атмосферата възлизат на 24 милиарда тона. Много активна група изследователи възразява срещу схващането, че една от причините за глобалното затопляне е човешката дейност. Според нея основното са естествените процеси на изменение на климата и повишената слънчева активност. Но според Клаус Хаселман, ръководител на Германския климатологичен център в Хамбург, само 5% могат да се обяснят с естествени причини, а останалите 95% са причинени от човека фактори, причинени от човешка дейност.

Някои учени също не свързват увеличаването на CO 2 с повишаване на температурата. Скептиците казват, че ако нарастващите емисии на CO2 трябва да бъдат обвинени за повишаване на температурите, температурите трябва да са се повишили по време на следвоенния икономически бум, когато изкопаемите горива са били изгаряни в огромни количества. Въпреки това, Джери Малман, директор на лабораторията за геофизична динамика на флуидите, изчисли, че увеличеното използване на въглища и масла бързо повишава съдържанието на сяра в атмосферата, причинявайки охлаждане. След 1970 г. топлинният ефект от дългия жизнен цикъл на CO 2 и метана потисна бързо разлагащите се аерозоли, което доведе до повишаване на температурите. Така можем да заключим, че влиянието на въглеродния диоксид върху интензивността на парниковия ефект е огромно и неоспоримо.

Засилващият се парников ефект обаче може да не е катастрофален. Наистина, високите температури може да са добре дошли там, където са достатъчно редки. От 1900 г. най-голямото затопляне се наблюдава от 40 до 70 0 северна ширина, включително Русия, Европа и северната част на Съединените щати, където промишлените емисии на парникови газове започнаха най-рано. По-голямата част от затоплянето се случва през нощта, главно поради увеличената облачност, която улавя изходящата топлина. В резултат на това сезонът на сеитба се увеличи с една седмица.

Нещо повече, парниковият ефект може да е добра новина за някои фермери. Високата концентрация на CO 2 може да има положителен ефект върху растенията, тъй като растенията използват въглероден диоксид в процеса на фотосинтеза, превръщайки го в жива тъкан. Следователно повече растения означава повече поемане на CO2 от атмосферата, което забавя глобалното затопляне.

Това явление е изследвано от американски специалисти. Те решават да създадат модел на света с двойно повече CO2 във въздуха. За това те използвали четиринадесетгодишен борова горав Северна Калифорния. Газът е изпомпван през тръби, монтирани сред дърветата. Фотосинтезата се увеличава с 50-60%. Но ефектът скоро се обърна. Задушаващите се дървета не можеха да се справят с това количество въглероден диоксид. Предимството във фотосинтезата беше загубено. Това е още един пример как човешката манипулация води до неочаквани резултати.

Но тези малки положителни страни на парниковия ефект не могат да се сравняват с отрицателните. Получете малко опит с борова гора, където количеството CO 2 е удвоено, а до края на този век се очаква концентрацията на CO 2 да се увеличи четири пъти. Можете да си представите колко катастрофални могат да бъдат последствията за растенията. А това от своя страна ще увеличи количеството CO 2, тъй като колкото по-малко растения, толкова по-голяма е концентрацията на CO 2.

Последици от парниковия ефект

парников ефект газове климат

С повишаването на температурата ще се увеличи изпарението на водата от океаните, езерата, реките и т.н. Тъй като нагрятият въздух може да задържа повече водни пари, това създава мощен ефект на обратна връзка: колкото по-топъл става, толкова по-високо е съдържанието на водни пари във въздуха, а това от своя страна увеличава парниковия ефект.

Човешката дейност има малък ефект върху количеството водни пари в атмосферата. Но отделяме други парникови газове, което прави парниковия ефект все по-интензивен. Учените смятат, че увеличаването на емисиите на CO 2, главно от изгарянето на изкопаеми горива, обяснява защо поне, около 60% от затоплянето, наблюдавано на Земята от 1850 г. Концентрацията на въглероден диоксид в атмосферата се увеличава с около 0,3% годишно и сега е с около 30% по-висока, отколкото преди индустриалната революция. Ако това се изрази в абсолютни стойности, то всяка година човечеството добавя около 7 милиарда тона. Въпреки факта, че това е малка част по отношение на общото количество въглероден диоксид в атмосферата - 750 милиарда тона, и още по-малка в сравнение с количеството CO 2, съдържащо се в океаните - около 35 трилиона тона, тя остава много значителна . Причината: природните процеси са в баланс, такъв обем CO 2 влиза в атмосферата, който се отстранява оттам. НО човешка дейностдобавя само CO 2 .

Парниковият ефект е забавянето от земната атмосфера на топлинното излъчване на планетата. Парниковият ефект е наблюдаван от всеки от нас: в оранжерии или оранжерии температурата винаги е по-висока от външната. Същото се наблюдава и в мащаба на Земята: слънчевата енергия, преминавайки през атмосферата, нагрява повърхността на Земята, но топлинната енергия, излъчвана от Земята, не може да избяга обратно в космоса, тъй като земната атмосфера я забавя, действайки като полиетилен в оранжерия: предава къси светлинни вълни от Слънцето към Земята и забавя дългите топлинни (или инфрачервени) вълни, излъчвани от земната повърхност. Има парников ефект. Парниковият ефект възниква поради наличието на газове в земната атмосфера, които имат способността да забавят дългите вълни. Те се наричат "парникови" или "парникови" газове.

Парниковите газове присъстват в атмосферата в малки количества (около 0,1%) от нейното образуване. Това количество беше достатъчно, за да поддържа топлинния баланс на Земята на ниво, подходящо за живот поради парниковия ефект. Това е така нареченият естествен парников ефект, ако не беше той, средната температура на земната повърхност щеше да бъде 30 ° C не +15°C, както е сега, а -18°C.

Но увеличаването на концентрацията на парникови газове в атмосферата води до увеличаване на парниковия ефект и нарушаване на топлинния баланс на Земята. Точно това се случи през последните два века от развитието на цивилизацията. Електроцентралите, работещи с въглища, ауспусите на колите, фабричните комини и други изкуствени източници на замърсяване отделят около 22 милиарда тона парникови газове годишно в атмосферата.

Какви газове се наричат "парникови" газове?

Най-известните и най-често срещаните парникови газове са водна пара(H 2 O), въглероден двуокис(CO2), метан(СН 4) и смехотворен газили азотен оксид (N 2 O). Това са директни парникови газове. Повечето от тях се образуват при изгарянето на изкопаеми горива.

Освен това има още две групи директни парникови газове, това са халокарбонии серен хексафлуорид(SF6). Емисиите им в атмосферата са свързани със съвременни технологии и промишлени процеси (електроника и хладилна техника). Количеството им в атмосферата е съвсем незначително, но влиянието им върху парниковия ефект (т.нар. потенциал за глобално затопляне / GWP) е десетки хиляди пъти по-силно от CO 2 .

Водната пара е основният парников газ, отговорен за повече от 60% от естествения парников ефект. Все още не е отбелязано антропогенно повишаване на концентрацията му в атмосферата. Но повишаването на температурата на Земята, причинено от други фактори, увеличава изпарението на океанската вода, което може да доведе до увеличаване на концентрацията на водни пари в атмосферата и - до увеличаване на парниковия ефект. От друга страна, облаците в атмосферата отразяват пряката слънчева светлина, което намалява притока на енергия към Земята и съответно намалява парниковия ефект.

Въглеродният диоксид е най-известният сред парниковите газове. Естествени източници на CO 2 са вулканичните емисии, жизнената дейност на организмите. Антропогенните източници са изгарянето на изкопаеми горива (включително горски пожари), както и набор от промишлени процеси (например производство на цимент, производство на стъкло). Според повечето изследователи въглеродният диоксид е отговорен основно за глобалното затопляне, причинено от "парниковия ефект". Концентрациите на CO 2 са се повишили с повече от 30% за два века индустриализация и са свързани с промените в средната глобална температура.

Метанът е вторият по важност парников газ. Изпуска се поради изтичане при разработването на находища на въглища и природен газ, от тръбопроводи, по време на изгаряне на биомаса, в сметища (като компонентбиогаз), както и селско стопанство(скотовъдство, отглеждане на ориз) и др. Животновъдството, прилагането на торове, изгарянето на въглища и други източници произвеждат около 250 милиона тона метан годишно. Количеството метан в атмосферата е малко, но неговият парников ефект или потенциалът за глобално затопляне (GWP) е 21 пъти по-силен от този на CO 2 .

Азотният оксид е третият най-важен парников газ: неговото въздействие е 310 пъти по-силно от това на CO 2, но се намира в атмосферата в много малки количества. Той навлиза в атмосферата в резултат на жизнената дейност на растенията и животните, както и при производството и използването на минерални торове, работата на предприятията на химическата промишленост.

Халокарбони (хидрофлуоровъглеводороди и перфлуоровъглеводороди) са газове, създадени да заменят озоноразрушаващите вещества. Използват се предимно в хладилна техника. Те имат изключително високи коефициенти на влияние върху парниковия ефект: 140-11700 пъти по-високи от тези на CO 2. Техните емисии (изпускане в околната среда) са малки, но нарастват бързо.

Серен хексафлуорид – навлизането му в атмосферата се свързва с електрониката и производството на изолационни материали. Въпреки че е малък, но обемът непрекъснато се увеличава. Потенциалът за глобално затопляне е 23900 единици.