Причини розвитку парникового ефекту. Парниковий ефект та сучасні способи вирішення проблеми

Парниковий ефект – це затримка атмосферою Землі теплового випромінювання планети. Парниковий ефект спостерігав будь-який із нас: у теплицях чи парниках температура завжди вища, ніж зовні. Те ж саме спостерігається і в масштабах Земної кулі: сонячна енергія, проходячи через атмосферу, нагріває поверхню Землі, але випромінювана Землею теплова енергії не може зникнути назад у космос, оскільки атмосфера Землі затримує її, діючи на кшталт поліетилену в парнику: вона пропускає від Сонця до Землі та затримує довгі теплові (або інфрачервоні) хвилі, що випромінюються поверхнею Землі. Виникає ефект парника.Парниковий ефект виникає через наявність в атмосфері Землі газів, які мають здатність затримувати довгі хвилі.Вони отримали назву парникових або тепличних газів.

Парникові гази були присутні в атмосфері в невеликих кількостях (близько 0,1%) з її утворення. Цієї кількості було достатньо, щоб підтримувати за рахунок парникового ефектутепловий баланс Землі лише на рівні, придатному життя. Це так званий природний парниковий ефект, якби його середня температура поверхні Землі була на 30°З менше, тобто. не +14 ° С, як зараз, а -17 ° С.

Природний парниковий ефект нічим не загрожує ні Землі, ні людству, оскільки загальна кількість парникових газів підтримувалося одному рівні з допомогою кругообігу природи, більше, ми зобов'язані життям, за умови, що ні порушується баланс.

Але збільшення в атмосфері концентрації парникових газів призводить до посилення парникового ефекту та порушення теплового балансуЗемлі. Саме це й сталося останні два століття розвитку цивілізації. Вугільні електростанції, автомобільні вихлопи, заводські труби та інші створені людством джерела забруднення викидають в атмосферу близько 22 мільярдів тонн парникових газів на рік.

Роль парникового ефекту

Великий вплив на клімат Землі має стан атмосфери, зокрема, кількість водяної пари та вуглекислого газу, що є в ній. Підвищення концентрації водяної пари викликає збільшення хмарності і, отже, - зменшення кількості сонячного тепла, що надходить поверхню. А зміна концентрації вуглекислого газу 2 в атмосфері є причиною ослаблення або посилення парникового ефекту, при якому вуглекислий газ частково поглинає тепло, що випромінюється Землею в інфрачервоному діапазоні спектра з подальшим його перевипромінюванням у бік земної поверхні. У результаті температура поверхні та нижніх шарів атмосфери підвищується. Отже, явище парникового ефекту істотно впливає пом'якшення клімату Землі. За його відсутності середня температура планети була б на 30-40°С нижчою, ніж насправді, і становила б не +15°С, а -15°С, а то й -25°С. При таких середніх значеннях температури океани дуже швидко покривалися б льодом, перетворювалися на величезні морозильники, а життя на планеті стало б неможливим. На кількість вуглекислого газу впливає багато чинників, серед яких головні – вулканічна діяльність та життєдіяльність земних організмів.

Але найбільший вплив на стан атмосфери, а отже, і на клімат Землі в планетарному масштабі, мають зовнішні, астрономічні фактори, такі як зміна потоків сонячної радіації внаслідок непостійності сонячної діяльностіта зміни параметрів земної орбіти. Астрономічна теорія коливань клімату була створена ще 20-ті роки ХХ століття. Встановлено, що зміна ексцентриситету орбіти Землі від можливого мінімального 0,0163 до максимального максимального 0,066 може призвести до різниці кількості сонячної енергії, що падає на поверхню Землі в афелії та перигелії, на 25% за рік. Залежно від того, влітку чи взимку (для північної півкулі) Земля проходить свій перигелій, така величина зміни потоку сонячної радіації може призвести до загального потепління чи похолодання планети.

Теорія дала можливість визначити час льодовикових періодів у минулому. З точністю до похибок визначення геологічних дат, століття десятка попередніх зледенінь збіглося зі свідченнями теорії. Вона ж дозволяє відповісти на питання, коли має настати наступне найближче зледеніння: сьогодні ми живемо в міжльодовичну епоху, і найближчі 5000-10000 років воно нам не загрожує.

Що таке парниковий ефект?

Поняття парникового ефекту сформовано 1863г. Тіндалем.

Побутовим прикладом парникового ефекту може бути нагрівання зсередини автомобіля, коли він стоїть на сонці із закритими вікнами. Причина тут у тому, що сонячне світлопроникає через вікна та поглинається сидіннями та іншими предметами в салоні. При цьому світлова енергія переходить у теплову, предмети нагріваються та виділяють тепло у вигляді інфрачервоного або теплового випромінювання. На відміну від світла воно не проникає крізь шибки назовні, тобто вловлюється всередині автомобіля. Завдяки цьому підвищується температура. Те саме відбувається і в парниках, звідки і пішла сама назва цього ефекту парниковий ефект (або оранжерейнийефект). У глобальному масштабі вуглекислий газ, що міститься в повітрі, відіграє ту ж роль, що і скло. Світлова енергія проникає крізь атмосферу, поглинається поверхнею землі, перетворюється на її теплову енергію, і виділяється як інфрачервоного випромінювання. Однак вуглекислий газ та інші гази, на відміну інших природних елементів атмосфери, його поглинають. При цьому він нагрівається і своєю чергою нагріває атмосферу в цілому. Значить, чим більше в ній вуглекислого газу, тим більше інфрачервоних променів буде поглинено і тим тепліше воно стане.

Температура та клімат, до якого ми звикли, забезпечуються концентрацією вуглекислого газу в атмосфері на рівні 0,03%. Тепер ми збільшуємо цю концентрацію і намічається тенденція до потепління клімату.
Коли занепокоєні вчені ще кілька десятиліть тому попереджали людство про посилення парникового ефекту та загрозу глобального потепління, спершу на них дивилися як на комічних людей похилого віку зі старовинної комедії. Але невдовзі стало зовсім не до сміху. Глобальне потепління відбувається дуже швидко. Клімат змінюється на очах: ​​небачена спека в Європі та Північної Америкивикликає як масові інфаркти, а й катастрофічні повені.

На початку 60-х років у Томську мороз у 45 ° був справою звичайною. У 70-ті падіння стовпчика термометра нижче за відмітку 30° морозу вже викликав збентеження в умах сибіряків. Останнє десятиліттявсе рідше лякає нас такими холодами. Проте нормою у нас стали найсильніші урагани, які руйнують дахи будинків, ламають дерева, обривають лінії електропередач. Ще 25 років тому у Томській області подібні явища були великою рідкістю! Переконувати когось у тому, що глобальне потепління стало фактом, уже не доводиться достатньо переглянути повідомлення преси, вітчизняної та міжнародної. Жорстокі посухи, жахливі повені, ураганні вітри, небачені досі бурі - тепер ми стали мимовільними свідками цих явищ. У Останніми рокамив Україні стоїть небачена спека, йдуть тропічні зливи, які призводять до нищівних повеней.

Діяльність людства в початку XXIстоліття призводить до стрімкого підвищення концентрації забруднюючих речовин в атмосфері, що викликає загрозу руйнування її озонового шару та різкої зміни клімату, зокрема глобального потепління. Для зниження загрози глобального екологічної кризинеобхідно значно скоротити викид в атмосферу шкідливих газів. Відповідальність за зниження таких викидів має бути розділена між усіма членами світової спільноти, що істотно різняться за багатьма параметрами: рівнем промислового розвитку, доходом, соціальної структурита політичної орієнтації. Через ці відмінності неминуче виникає питання, якою мірою національний уряд має контролювати викиди в атмосферу. Дискусійність цієї проблеми посилюється ще й тим фактом, що до теперішнього часу не досягнуто згоди щодо впливу на навколишнє середовище зростаючого парникового ефекту. Однак зростає розуміння того, що з урахуванням загрози глобального потепління з усіма руйнівними наслідками, що випливають з цього, обмеження шкідливих викидівв атмосферу стає завданням першорядної ваги.

Перед реальною загрозою зникнення опиняються прибережні райони Азовського та Чорного морів. Катастрофічні повені, з якими ми вже маємо справу, теж відбуватимуться набагато частіше. Наприклад, дніпровські греблі, зокрема Київська, будувалися з урахуванням найнищівніших повеней, що колись траплялися на Дніпрі.

Швидке зростання промислових та інших забруднюючих атмосферу викидів призвело до драматичного збільшення парникового ефекту та концентрації газів, що руйнують озоновий шар. Наприклад, з початку промислової революції концентрація в атмосфері вуглекислого газу СО 2 зросла на 26%, причому більше половини приросту посідає період початку 1960-х років. Концентрація різних газоподібних хлоридів, що насамперед руйнують озоновий шар хлорфторвуглеводнів (ХФУ), лише за 16 років (з 1975 по 1990 роки) збільшилася на 114%. Рівень концентрації ще одного газу, що бере участь у створенні парникового ефекту, метану CH 4 , зріс на 143% початку промислової революції, зокрема близько 30% цього зростання посідає період початку 1970-х років. До тих пір, поки не буде вжито невідкладних заходів на міжнародному рівні, швидке зростання населення та збільшення його доходів супроводжуватиметься прискоренням концентрації цих хімічних речовин.

З того моменту, коли почалося ретельне документальне фіксування даних про погодні умови, 1980-ті роки стали найтеплішим десятиліттям. Сім із зафіксованих найбільш спекотних років припадали на 1980, 1981, 1983, 1987, 1988, 1989 і 1990 роки, причому найспекотнішим за всю історію спостереження був 1990 рік. Однак до теперішнього часу вчені не можуть сказати напевно, чи є подібне потепління клімату тенденцією під впливом парникового ефекту або це всього лише природні коливання. Адже клімат відчував і раніше подібні зміни та коливання. Протягом останнього мільйона років відбулося вісім так званих льодовикових періодів, коли гігантський крижаний килим досяг у Європі широт Києва, а в Америці – Нью-Йорка. Останній льодовиковий період завершився близько 18 тисяч років тому, і тоді середня температура була на 5° нижче, ніж зараз. Відповідно і рівень світового океану був на 120м нижчим від нинішнього.

Під час останнього льодовикового періодувміст СО 2 в атмосфері падало до 0,200, тоді як для двох останніх періодівпотепління воно становило 0,280. Таким воно і було в початку XIXстоліття. Потім воно поступово почало збільшуватися і досягло нинішнього значення, що становить приблизно 0,347. З цього випливає, що за 200 років, що минули з початку Промислової революції, природний контроль за вмістом вуглекислого газу в атмосфері за допомогою замкнутого циклу між атмосферою, океаном, рослинністю та процесами органічного та неорганічного розпаду було грубо порушено.

Досі незрозуміло, чи вказані параметри потепління клімату є дійсно статично значущими. Так, наприклад, деякі дослідники відзначають, що дані, що характеризують потепління клімату, суттєво нижчі за показники, розраховані за допомогою комп'ютерних прогнозів на основі даних про рівень викидів у попередні роки. Вчені знають, що деякі види забруднювачів насправді можуть уповільнювати процес потепління шляхом відбиття у космічний простір ультрафіолетових променів. Так що питання про те, чи відбувається послідовна зміна клімату або ці зміни носять тимчасовий характер, що маскує довготривалу дію зростаючого парникового ефекту та руйнування озонового шару, є дискусійним. Хоча на статистичному рівні мало доказів того, що потепління клімату є стійкою тенденцією, проте оцінка потенційних катастрофічних наслідків потепління клімату викликала загальні заклики до вжиття запобіжних заходів.

Ще одним важливим виявом глобального потепління є потепління світового океану. У 1989 році А. Стронг з Національного управління з досліджень атмосфери та океану доповів: «Вимірювання температури океанічної поверхні, вироблені з супутників у період з 1982 по 1988 роки показують, що світовий океан поступово, але помітно нагрівається приблизно на 0,1 ° С рік». Це надзвичайно важливо, оскільки через свою колосальну теплоємність океани майже не реагують на випадкові кліматичні зміни. Виявлена ​​тенденція до їхнього потепління доводить серйозність проблеми.

Виникнення парникового ефекту:

Очевидна причина виникнення парникового ефекту - використання традиційних енергоносіїв промисловістю та автомобілістами. До менш очевидних причин можна віднести зведення лісів, переробку відходів та видобуток вугілля. Значно сприяють збільшенню парникового ефекту хлорфторвуглеводні (ХФУ), вуглекислий газ 2, метан СН 4, оксиди сірки та азоту.

Однак найбільшу роль у цьому процесі відіграє все ж таки вуглекислий газ, оскільки у нього відносно довгий життєвий цикл в атмосфері і в усіх країнах його обсяги невпинно зростають. Джерела СО 2 можуть бути поділені на дві основні категорії: промислове виробництво та інші, що становлять відповідно 77% та 23% загального обсягу його викиду в атмосферу. На всю групу країн (приблизно 3/4 світової чисельності населення) припадає менше 1/3 загального обсягу промислових викидів СО 2 . Якщо виключити їх цієї групи країн Китай, цей показник знизиться приблизно до 1/5. Оскільки в більш багатих країнах рівень доходів, а відповідно і споживання вищий, то й обсяг шкідливих викидів в атмосферу на душу населення значно вищий. Наприклад, рівень викидів на душу населення США більш ніж у 2 рази перевищує середньоєвропейський, у 19 разів середньоафриканський та у 25 разів відповідний показник для Індії. Однак у Останнім часому розвинених країнах (зокрема, у США) намічається тенденція поступового згортання шкідливого довкіллята населення виробництва та перенесення його в менш розвинуті країни. Таким чином, уряд США дбає про збереження сприятливої екологічної обстановкиу своїй країні, зберігаючи при цьому свій економічний добробут.

Хоча частка країн третього світу у промислових викидах СО 2 відносно невелика, на них припадає практично весь обсяг інших викидів в атмосферу. Основною причиною цього є застосування техніки випалювання лісів для залучення до сільськогосподарського обігу нових земель. Показник обсягу викидів в атмосферу за цією статтею розраховується так: передбачається, що весь обсяг СО 2 , що міститься в рослинах, при спалюванні потрапляє в атмосферу. Підраховано, що на вогневе зведення лісів припадає 25% від усіх викидів в атмосферу. Напевно, ще більше значення має той факт, що у процесі зведення лісів знищується джерело атмосферного кисню. Вологі тропічні ліси є важливим механізмом самовідновлення екосистеми, оскільки дерева поглинають вуглекислий газ і виділяють у процесі фотосинтезу кисень. Знищення тропічних лісів зменшує здатність довкілля поглинати вуглекислий газ. Таким чином, саме особливості процесу обробки землі в країнах, що розвиваються, визначають настільки значний внесок останніх у підвищення парникового ефекту.

У природній біосфері вміст вуглекислого газу повітря підтримувалося одному рівні, оскільки його надходження дорівнювало видаленню. Цей процес обумовлювався кругообігом вуглецю, в ході якого кількість вуглекислого газу, що витягується з атмосфери фотосинтезуючими рослинами, компенсується за рахунок дихання та горіння. В даний час люди активно порушують цю рівновагу, зводячи ліси та використовуючи викопне паливо. Спалювання кожного його фунта (вугілля, нафтопродуктів та природного газу) призводить до утворення приблизно трьох фунтів, або 2м 3 вуглекислого газу (вага потроюється, оскільки кожен атом вуглецю палива в процесі горіння і перетворення в вуглекислий газ приєднує два атоми кисню). Хімічна формула горіння вуглецю виглядає так:

З + Про 2 → СО 2

Щороку спалюється близько 2 млрд. т викопного палива, отже, в атмосферу потрапляє майже 5,5 млрд. т вуглекислого газу. Ще приблизно 1,7 млрд. т його надходить туди ж за рахунок відомості та випалювання тропічних лісів та окислення органічної речовиниґрунту (гумусу). У зв'язку з цим люди намагаються якнайбільше скоротити викиди шкідливих газів в атмосферу, намагаються знайти нові шляхи реалізації своїх традиційних потреб. Цікавим прикладомцьому може бути розробка нових, екологічно нешкідливих кондиціонерів. Кондиціонери відіграють чималу роль у виникненні «парникового ефекту». Їхнє використання призводить до збільшення автомобільних викидів. До цього необхідно додати незначну, але неминучу втрату охолоджувальної речовини, яка випаровується під високим тиском, наприклад, через ущільнювачі в місці з'єднання шлангів. Ця охолоджувальна речовина має такий самий вплив на клімат, як і інші сприяють виникненню парникового ефекту гази. Тому дослідники зайнялися пошуком екологічно чистої охолоджувальної речовини. Вуглеводні, що володіють хорошими охолодними якостями, не можна використовувати через високу займистість. Тому вибір вчених упав на двоокис вуглецю. СО 2 є природною складовою повітря. Необхідний для кондиціонера СО 2 постає як побічний продукт багатьох промислових виробництв. Крім того, для природного СО 2 не доведеться створювати цілу інфраструктуру з обслуговування та переробки. СО 2 не вимагає великих витрат і його можна знайти у всьому світі.

Двоокис вуглецю використовували як охолоджувальну речовину вже в минулому столітті при лові риби. У 30-х роках на зміну СО 2 прийшли синтетичні та шкідливі для довкілля речовини. Вони уможливили використання під високим тиском простішої техніки. Вчені розробляють компоненти нової охолоджувальної системи з використанням СО 2 . У цю систему входять компресор, охолоджувач газу, розширювач, випарник, колектор та внутрішній теплообмінник. Необхідний для СО 2 високий тиск з урахуванням досконаліших, ніж раніше, матеріалів не становить великої небезпеки. Незважаючи на їх підвищену стійкість до тиску, нові компоненти за своїми габаритами та вагою можна порівняти зі звичайними установками. Випробування нового автомобільного кондиціонера показують, що використання двоокису вуглецю як охолоджувальна речовина дозволяє на третину знизити викид парникових газів.

Постійне збільшення кількості органічного палива, що спалюється (вугілля, нафти, газу, торфу та ін.) призводить до підвищення концентрації СО 2 в атмосферному повітрі (на початку ХХ століття - 0,029%, сьогодні - 0,034%). Прогнози показують, що до середини XXI століття вміст 2 подвоїться, що призведе до різкого посилення парникового ефекту, і температура на планеті підвищиться. Виникнуть ще дві небезпечні проблеми: швидке танення льодовиків в Арктиці та Антарктиці, «вічної» мерзлоти тундри та підняття рівня Світового океану. Такі зміни супроводжуватимуться зміною клімату, які навіть важко передбачити. Отже проблема полягає не просто в парниковому ефекті, а в його штучному зростанні, породженому людською діяльністю, зміні оптимального вмісту парникових газів в атмосфері. Промислова діяльність людини призводить до помітного їх збільшення та появи загрозливої ​​диспропорції. Якщо людство не зможе вжити ефективних заходів щодо обмеження викидів парникових газів та збереження лісів, температура, згідно з даними ООН, через 30 років зросте ще на 3°. Одним із вирішень проблеми є екологічно чисті джерела енергії, які б не додавали вуглекислий газ і великої кількості тепла в атмосферу. Наприклад, вже зараз успішно використовують невеликі геліоустановки, які споживають сонячне тепло замість палива.

Садівники добре знайомі з цим фізичним явищем, тому що всередині парника завжди тепліше, ніж зовні, і це допомагає вирощувати рослини, особливо в холодну пору року.

Ви можете відчути аналогічний ефект, коли ви перебуваєте в сонячний день в автомобілі. Причина його полягає в тому, що сонячні промені проходять через скло всередину парника, і їхня енергія поглинається рослинами та всіма об'єктами, що знаходяться усередині. Потім ці ж об'єкти рослини випромінюють свою енергію, але вона вже не може проникнути через скло, тому температура всередині парника підвищується.

Планета зі стійкою атмосферою, така як Земля, має практично такий самий ефект. Щоб підтримувати постійну температуру, Землі необхідно випромінювати стільки ж енергії, скільки вона отримує. Атмосфера служить склом у парнику.

Парниковий ефект вперше виявили Жозефа Фур'є в 1824 році і вперше було кількісно досліджено в 1896 р. Парниковий ефект — це процес, при якому поглинання та випромінювання інфрачервоного випромінювання атмосферними газами викликає нагрівання атмосфери і поверхні планети.

Тепла ковдра Землі

На Землі основними парниковими газами є:

1) водяна пара (відповідальна приблизно за 36-70% парникового ефекту);

2) вуглекислий газ (CO2) (9-26%);

3) метан (CH4) (4-9%);

4) озон (3-7%).

Присутність таких газів у атмосфері створює ефект укриття Землі ковдрою. Вони дозволяють зберегти тепло біля поверхні більш довгий час, тому поверхня Землі значно тепліша, ніж була б за відсутності газів. Без атмосфери середня температура поверхні становила б -20 °С. Іншими словами, без парникового ефекту наша планета була б безлюдною.

Найсильніший парниковий ефект

Парниковий ефект має місце як Землі. Насправді найсильніший парниковий ефект, про який ми знаємо, – на сусідній планеті, Венері. Атмосфера Венери майже повністю складається з вуглекислого газу, і внаслідок цього поверхня планети розігріта до 475°С. Кліматологи вважають, що ми уникли такої долі завдяки наявності на Землі океанів. На Венері немає океанів і весь вуглекислий газ, який викидають в атмосферу вулкани, там і залишається. В результаті ми спостерігаємо на Венері некерований парниковий ефект, який унеможливлює життя на цій планеті.

На планеті Венера спостерігається некерований парниковий ефект, і на вигляд лагідні хмари приховують гарячу поверхню.

Парниковий ефект завжди був

Важливо розуміти, що парниковий ефект Землі був завжди. Без парникового ефекту, зумовленого наявністю вуглекислого газу атмосфері, океани давно замерзли, і вищі форми життя з'явилися б. По суті, не клімат, а доля життя на Землі повністю залежить від того, чи залишиться деяка кількість вуглекислоти в атмосфері або зникне, і життя на Землі тоді припиниться. Парадоксально, але саме людство може на деякий час продовжити життя на Землі, повернувши в обіг хоча б частину запасів вуглекислого газу з кам'яновугільних, нафтових та газових родовищ.

В даний час наукові суперечки про парниковий ефект йдуть щодо глобального потепління: чи не надто ми, люди, порушуємо енергетичний баланс планети в результаті спалювання викопних видів палива та іншої. господарської діяльності, Додаючи при цьому зайву кількість вуглекислого газу в атмосферу тим самим скорочуючи кількість кисню в ній? Сьогодні вчені сходяться на думці, що ми є відповідальними за підвищення природного парникового ефекту на кілька градусів.

Проведемо експеримент

Спробуймо показати результат дії збільшення вуглекислого газу на досвіді.

Наллємо в пляшку склянку оцту і покладемо туди кілька кристаликів соди. Закріпимо в пробці соломинку та закриємо нею щільно пляшку. Помістимо пляшку у широку склянку, розставимо навколо неї запалені свічки різної висоти. Свічки почнуть гаснути, починаючи з найкоротшої.

Чому це відбувається? У склянці починає збиратися вуглекислий газ та витіснятися кисень. Також відбувається на Землі, тобто планета починає відчувати нестачу кисню.

Чим нам це загрожує?

Отже, що причиною парникового ефекту, ми розглянули. Але чому все його так боятися? Розглянемо його наслідки:

1. Якщо температура на Землі продовжуватиме підвищуватися, це вплине на світовий клімат.

2. У тропіках випадатиме більше опадів, оскільки додаткове теплопідвищить вміст водяної пари у повітрі.

3. У посушливих районах дощі стануть ще більш рідкісними і вони перетворяться на пустелі, внаслідок чого людям і тваринам доведеться їх покинути.

4. Температура морів також підвищиться, що призведе до затоплення низинних областей узбережжя та збільшення кількості потужних штормів.

5. Скоротяться житлові землі.

6. Якщо температура Землі підвищиться, багато тварин не зможуть пристосуватися до кліматичних змін. Багато рослин загинуть від нестачі води і тваринам доведеться переселитися до інших місць у пошуках їжі та води. Якщо підвищення температури призведе до смерті багатьох рослин, то за ними вимруть і багато видів тварин.

7. Зміна температури погано позначається здоров'я людей.

8. Крім негативних наслідків глобального потепління, можна назвати і позитивний наслідок. Глобальне потепління покращить клімат Росії. На перший погляд тепліший клімат є благом. Але можливий виграш може бути знищений шкодою хвороб, викликаних шкідливими комахами, оскільки підвищення температури прискорить їх розмноження. Землі деяких областях Росії виявляться малопридатними проживання

Пора діяти!

Вугільні електростанції, автомобільні вихлопи, заводські труби та інші створені людством джерела забруднення разом викидають в атмосферу близько 22 мільярдів тонн вуглекислого газу та інших парникових газів на рік. Тваринництво, застосування добрив, спалювання вугілля та інші джерела дають близько 250 мільйонів тонн метану на рік. Майже половина всіх парникових газів, викинутих людством, залишилося в атмосфері. Близько трьох чвертей усіх викидів парникових газів за останні 20 років викликано використанням нафти, природного газу та вугілля. Більшість решти викликана змінами ландшафту, в першу чергу вирубуванням лісів

Діяльність людини призводить до підвищення концентрації парникових газів у атмосфері.

Але настає час так само цілеспрямовано попрацювати і над тим, як віддати природі те, що ми в неї забираємо. Людина здатна вирішити і це грандіозне завдання і терміново почати діяти на захист нашої Землі:

1. Відновлення ґрунтового та рослинного покриву.

2. Зменшення споживання викопного палива.

3. Ширше використовувати водну, вітрову, сонячну енергію.

4. Вести боротьбу із забрудненням атмосфери.

Парникові гази

Парникові гази - гази, які, ймовірно, викликають глобальний парниковий ефект.

Основними парниковими газами, в порядку їх оцінюваного впливу на тепловий баланс Землі, є водяна пара, вуглекислий газ, метан, озон, галовуглеці та оксид азоту.

Водяна пара

Водяна пара - основний природний парниковий газ, відповідальний більш ніж за 60% ефекту. Пряма антропогенна дія на це джерело незначна. У той же час, збільшення температури Землі, спричинене іншими факторами, збільшує випаровування та загальну концентрацію водяної пари в атмосфері за практично постійної відносної вологості, що, у свою чергу, підвищує парниковий ефект. Таким чином, виникає деякий позитивний зворотний зв'язок.

Метан

Гігантський викид метану, що скупчився під морським дном, 55 мільйонів років тому розігрів Землю на 7 градусів за Цельсієм.

Те саме може статися і зараз - це припущення підтвердили дослідники з HАСА. Використовуючи комп'ютерні симуляції стародавнього клімату, вони намагалися краще зрозуміти роль метану у зміні. Зараз більшість досліджень парникового ефекту фокусується на ролі вуглекислого газу в цьому ефекті, хоча потенціал метану з утримання тепла в атмосфері перевищує здатність вуглекислого газу в 20 разів.

Різноманітні побутові прилади, що працюють на газі, вносять свою частку у збільшення вмісту метану в атмосфері

За останні 200 років вміст метану в атмосфері збільшився більш ніж у 2 рази завдяки розкладанню органічних останків у болотах та сирих низинах, а також витоків із створених людиною об'єктів: газових трубопроводів, вугледобувних шахт, внаслідок збільшення іригації та виділення газів худобою. Але існує ще одне джерело метану - органічні залишки, що розкладаються в океанічних відкладах, що збереглися в замерзлому вигляді під морським дном.

Зазвичай низькі температури і високий тиск утримують метан під океаном у стабільному стані, однак так не завжди. У періоди глобального потепління, як, наприклад, термічний максимум пізнього палеоцену, що мав місце 55 мільйонів років тому і тривав 100 тисяч років, рух літосферних плит, зокрема, індійського субконтиненту, що призвело до падіння тиску на морському дніі могло спричинити великий викид метану. Коли атмосфера та океан почали нагріватися, викиди метану могли збільшитися. Деякі вчені вважають, що нинішнє глобальне потепління може призвести до розвитку подій за цим сценарієм - якщо океан суттєво прогріється.

Коли метан потрапляє в атмосферу, він вступає в реакцію з молекулами кисню та водню, внаслідок чого виникають вуглекислий газ та водяна пара, кожен з яких здатний викликати парниковий ефект. За раніше зробленими прогнозами, весь викинутий метан перетвориться на вуглекислий газ і воду приблизно через 10 років. Якщо це так, збільшення концентрації вуглекислого газу стане основною причиною нагрівання планети. Однак спроби підтвердити міркування посиланнями на минуле не мали успіху - слідів збільшення концентрації вуглекислого газу 55 мільйонів років тому не виявлено.

Використані в новому дослідженні моделі показали, що при різкому зростанні рівня метану в атмосфері вміст в ній кисню і водню, що реагують з метаном, знижується (аж до припинення реакції), а решта метану зберігається в повітрі сотні років, сам по собі стаючи причиною глобального потепління. А цих сотень років цілком достатньо, щоб розігріти атмосферу, розтопити кригу в океанах та змінити всю кліматичну систему.

Основними антропогенними джерелами метану є травна ферментація у худоби, рисівництво, горіння біомаси (зокрема зведення лісів). Як показали недавні дослідження, швидке зростання концентрації метану в атмосфері відбувалося в першому тисячолітті нашої ери (імовірно в результаті розширення сільгоспвиробництва та скотарства та випалювання лісів). У період з 1000 по 1700 роки концентрація метану впала на 40%, але знову почала зростати в останні століття (імовірно в результаті збільшення орних земель і пасовищ та випалювання лісів, використання деревини для опалення, збільшення поголів'я худобикількості нечистот, вирощування рису). Деякий внесок у надходження метану дають витоку при розробці родовищ кам'яного вугіллята природного газу, а також емісія метану у складі біогазу, що утворюється на полігонах поховання відходів

Вуглекислий газ

Джерелами вуглекислого газу атмосфері Землі є вулканічні викиди, життєдіяльність організмів, діяльність людини. Антропогенними джерелами є спалювання викопного палива, спалювання біомаси (зокрема зведення лісів), деякі промислові процеси (наприклад виробництво цементу). Основними споживачами вуглекислого газу рослини. У нормі біоценоз поглинає приблизно стільки ж вуглекислого газу, скільки виробляє (в т. ч. за рахунок гниття біомаси).

Вплив діоксиду вуглецю на інтенсивність парникового ефекту.

Багато що ще має бути вивчене про кругообіг вуглецю та роль Світового океану як величезного сховища вуглекислого газу. Як було сказано вище, людство щороку додає 7 мільярдів тонн вуглецю у формі СО 2 до наявних 750 мільярдів тонн. Але лише близько половини наших викидів – 3 мільярди тонн – залишаються у повітрі. Це можна пояснити тим, більшість СО 2 використовується земними і морськими рослинами, ховається в морських осадових породах, поглинається морської водою чи інакше абсорбується. З цієї великої частини СО 2 (близько 4 мільярдів тонн) океаном поглинається близько двох мільярдів тонн атмосферного діоксиду вуглецю щороку.

Все це збільшує кількість невідповідних питань: Як саме морська вода взаємодіє з атмосферним повітрям, поглинаючи СО2? Скільки ще вуглецю можуть поглинути моря, і який рівень глобального потепління може вплинути на їхню ємність? Яка здатність океанів поглинати та зберігати тепло, затримане зміною клімату?

Роль хмар і суспензованих частинок повітряних потоках, званих аерозолями непросто врахувати при побудові кліматичної моделі. Хмари затіняють земну поверхню, приводячи до похолодання, але залежно від їхньої висоти, щільності та інших умов, вони можуть затримувати тепло, відбите від земної поверхні, підвищуючи інтенсивність парникового ефекту. Дія аерозолів також цікава. Деякі з них змінюють водяну пару, конденсуючи її в маленькі крапельки, що утворюють хмари. Ці хмари дуже щільні та затіняють поверхню Землі тижнями. Тобто вони блокують сонячне світло, доки не випадуть з опадами.

Комбінований ефект може бути величезний: виверження вулкана Пінатуба в 1991 році у Філіппінах викинуло в стратосферу колосальний обсяг сульфатів, що стало причиною всесвітнього зниження температури, яке тривало два роки.

Таким чином, наші власні забруднення, спричинені, головним чином, спалюванням сірковмісного вугілля та масел, можуть тимчасово згладити ефект глобального потепління. Фахівці оцінюють, що протягом ХХ століття аерозолі знизили обсяг потепління на 20%. Загалом температура піднімалася з 1940-х, але з 1970 року знизилася. Ефект аерозолів може допомогти пояснити аномальне похолодання у середині минулого століття.

2006 року викиди вуглекислого газу в атмосферу склали 24 мільярди тонн. Дуже активна група дослідників заперечує думку, що однією з причин глобального потепління є діяльність людини. На її думку, головне полягає в природних процесах зміни клімату та підвищення сонячної активності. Але, за словами Клауса Хассельмана, керівника Німецького кліматологічного центру в Гамбурзі, лише 5% можна пояснити природними причинами, а решта 95% – це техногенний фактор, спричинений діяльністю людини.

Деякі вчені також не пов'язують збільшення об'єму 2 з підвищенням температури. За словами скептиків, якщо звинувачувати у підвищенні температури збільшення викидів СО 2 , то температура мала піднятися протягом повоєнного економічного буму, коли викопне паливо спалювалося у величезних кількостях. Однак Джеррі Мелмен, директор Геофізичної лабораторії динаміки рідин, обчислив, що збільшення використання вугілля та олій швидко збільшило вміст сірки в атмосфері, викликаючи похолодання. Після 1970 року термічний ефект довгого життєвого циклу СО 2 і метану придушив аерозолі, що швидко розпадаються, викликаючи підвищення температури. Таким чином, можна зробити висновок, що вплив діоксиду вуглецю на інтенсивність парникового ефекту величезний і незаперечний.

Однак парниковий ефект, що збільшується, може не бути катастрофічним. Насправді, високі температури можуть вітатись там, де вони досить рідкісні. З 1900 найбільше потепління спостерігається від 40 до 70 0 північної широти, включаючи Росію, Європу, північну частину США, де перш за все починалися промислові викиди парникових газів. Більшість потепління належить до нічного часу, передусім, через збільшення хмарного покриву, який затримував вихідне тепло. Як наслідок, посівний сезон збільшився на тиждень.

Більше того, парниковий ефект може бути гарною новиною для деяких фермерів. Висока концентрація 2 може мати позитивний ефект на рослини, так як рослини використовують вуглекислий газ в процесі фотосинтезу, перетворюючи його в живу тканину. Отже, більше рослин означає більше поглинання 2 з атмосфери, уповільнюючи глобальне потепління.

Це було досліджено американськими фахівцями. Вони вирішили створити модель світу з подвійним вмістом СО2 у повітрі. Для цього вони використали чотирнадцятирічний сосновий лісу Північній Каліфорнії. Газ нагнітається через трубки, встановлені серед дерев. Фотосинтез збільшився на 50-60%. Але ефект незабаром став зворотним. Дерева, що задихаються, не справлялися з таким обсягом вуглекислого газу. Перевага у процесі фотосинтезу була втрачена. Це ще один приклад, як людські маніпуляції призводять до несподіваних результатів.

Але ці невеликі позитивні аспекти парникового ефекту не йдуть у жодне порівняння з негативними. Взяти хоча б досвід з сосновим лісом, де обсяг 2 був збільшений вдвічі, а до кінця цього століття прогнозується збільшення концентрації 2 в чотири рази. Можна уявити, якими катастрофічними можуть бути наслідки для рослин. А це своєю чергою підвищить обсяг СО 2 , оскільки що менше рослин, то більше вписувалося концентрація СО 2 .

Наслідки парникового ефекту

парниковий ефект гази клімат

З підвищенням температури збільшиться випаровування води з океанів, озер, річок тощо. Так як нагріте повітря може містити в собі більший обсяг водяної пари, це створює потужний ефект зворотного зв'язку: чим тепліше стає, тим вище вміст водяної пари в повітрі, а це, у свою чергу, збільшує парниковий ефект.

Людська діяльність мало впливає обсяг водяної пари в атмосфері. Але ми викидаємо інші парникові гази, що робить парниковий ефект все більш інтенсивним. Вчені вважають, що збільшення обсягу викидів СО 2 , в основному від спалювання викопного палива, пояснює, Крайній мірі, близько 60 % потепління Землі, що спостерігалося з 1850 року. Концентрація діоксиду вуглецю в атмосфері зростає приблизно на 0,3% на рік і зараз становить приблизно на 30% вище, ніж до індустріальної революції. Якщо це висловити в абсолютних вимірниках, то щороку людство додає приблизно 7 мільярдів тонн. Незважаючи на те, що це невелика частина по відношенню до всієї кількості вуглекислого газу в атмосфері - 750 мільярдів тонн, і ще менша порівняно з кількістю СО 2 , що міститься в Світовому океані - приблизно 35 трлн тонн, вона залишається дуже значною. Причина: природні процеси перебувають у рівновазі, в атмосферу надходить такий обсяг СО 2 який звідти вилучається. А людська діяльністьтільки додає 2 .

Парниковий ефект – затримка атмосферою Землі теплового випромінювання планети. Парниковий ефект спостерігав будь-який із нас: у теплицях чи парниках температура завжди вища, ніж зовні. Те ж саме спостерігається і в масштабах Земної кулі: сонячна енергія, проходячи через атмосферу, нагріває поверхню Землі, але випромінювана Землею теплова енергії не може зникнути назад у космос, оскільки атмосфера Землі затримує її, діючи на кшталт поліетилену в парнику: вона пропускає від Сонця до Землі та затримує довгі теплові (або інфрачервоні) хвилі, що випромінюються поверхнею Землі. Виникає ефект парника. Парниковий ефект виникає через наявність в атмосфері Землі газів, які мають здатність затримувати довгі хвилі. Вони отримали назву парникових або тепличних газів.

Парникові гази були в атмосфері у невеликих кількостях (близько 0,1%) з моменту її утворення. Цієї кількості було достатньо, щоб підтримувати за рахунок парникового ефекту тепловий баланс Землі на рівні, придатному для життя. Це так званий природний парниковий ефект, якби його середня температура поверхні Землі була на 30°З менше, тобто. не +15 ° С, як зараз, а -18 ° С.

Природний парниковий ефект нічим не загрожує ні Землі, ні людству, оскільки загальна кількість парникових газів підтримувалося одному рівні з допомогою кругообігу природи, більше, ми зобов'язані життям.

Але збільшення в атмосфері концентрації парникових газів призводить до посилення парникового ефекту та порушення теплового балансу Землі. Саме це й сталося останні два століття розвитку цивілізації. Вугільні електростанції, автомобільні вихлопи, заводські труби та інші створені людством джерела забруднення викидають в атмосферу близько 22 мільярдів тонн парникових газів на рік.

Які гази називають «парниковими»?

До найвідоміших і найпоширеніших парникових газів відносяться водяна пара(Н 2 Про), вуглекислий газ(CO 2), метан(СН 4) та звеселяючий газабо закис азоту (N 2 O). Це парникові гази прямої дії. Більшість їх утворюється у процесі спалювання органічного палива.

Крім того, є ще дві групи парникових газів прямої дії. галовуглеціі гексафторид сірки(SF6). Їхні викиди в атмосферу пов'язані з сучасними технологіями та промисловими процесами (електроніка та холодильне обладнання). Їх кількість в атмосфері дуже мізерна, але вони їх вплив на парниковий ефект (т.зв. потенціал глобального потепління/ПГП), у десятки тисяч разів сильніший, ніж CO2.

Водяна пара - основний парниковий газ, відповідальний більш ніж за 60% природного парникового ефекту. Антропогенне збільшення його концентрації в атмосфері поки що не наголошувалося. Однак збільшення температури Землі, спричинене іншими факторами, посилює випаровування води океану, що може призвести до зростання концентрації водяної пари в атмосфері та – до посилення парникового ефекту. З іншого боку, хмари в атмосфері відбивають пряме сонячне світло, що зменшує надходження енергії на Землю та, відповідно, знижує парниковий ефект.

Вуглекислий газ – найбільш відомий із парникових газів. Природними джерелами 2 є вулканічні викиди, життєдіяльність організмів. Антропогенними джерелами є спалювання органічного палива (включаючи лісові пожежі), а також низку промислових процесів (наприклад, виробництво цементу, скла). Вуглекислий газ, на думку більшості дослідників, несе основну відповідальність за глобальне потепління, спричинене «парниковим ефектом». Концентрація CO 2 за два століття індустріалізації зросла більш ніж на 30% і корелюється зі зміною середньосвітової температури.

Метан – другий за значимістю парниковий газ. Виділяється через витік на розробці родовищ кам'яного вугілля та природного газу, з трубопроводів, при горінні біомаси, на звалищах (як складова частинабіогазу), а також у сільському господарстві(скотарство, рисівництво) і т.п. Тваринництво, застосування добрив, спалювання вугілля та інші джерела дають близько 250 мільйонів тонн метану на рік. Кількість метану в атмосфері невелика, але його парниковий ефект або потенціал глобального потепління (ПГП) у 21 разів сильніший, ніж у СО2.

Закис азоту – третій за значимістю парниковий газ: його вплив у 310 разів сильніший, ніж у СO 2, але міститься в атмосфері він у дуже невеликих кількостях. В атмосферу потрапляє внаслідок життєдіяльності рослин та тварин, а також при виробництві та застосуванні мінеральних добрив, роботі підприємств хімічної промисловості.

Галовуглеці (гідрофторвуглеці та перфторвуглеці) - гази, створені для заміни озоноруйнівних речовин. Використовуються переважно у холодильному устаткуванні. Мають винятково високі коефіцієнти впливу на парниковий ефект: у 140-11700 разів вище, ніж у СО 2. Їх емісії (виділення в довкілля) невеликі, але швидко зростають.

Гексафторид сірки – його надходження в атмосферу пов'язане з електронікою та виробництвом ізоляційних матеріалів. Поки що воно невелике, але обсяг постійно зростає. Потенціал глобального потепління дорівнює 23 900 од.