Парниковый эффект и современные способы решения проблемы. Глобальное потепление и парниковый эффект

Однажды Филипп де Соссюр провел опыт: выставил на солнце стакан, накрытый крышкой, после чего измерил температуру внутри стакана и снаружи. Температура внутри и за его пределами различалась - в закрытом стакане она была немного теплее. Чуть позже, в 1827 году физик Жозеф Фурье выдвинул гипотезу, что стакан на подоконнике может служить моделью нашей планеты - под слоями атмосферы происходит то же самое.

И он оказался прав, ныне каждый школьник хоть раз слышал термин «парниковый эффект», это то, что сейчас происходит с Землей , то, что сейчас происходит с нами. Проблема парникового эффекта - одна из глобальных экологических проблем , которая может повлечь за собой катастрофический ущерб для нашей планеты, ее флоры и фауны . Чем опасен парниковый эффект? Каковы его причины и последствия? Существуют ли пути решения данной проблемы?

Определение

Парниковый эффект - повышение температуры поверхности земли и воздуха, влекущие за собой изменения в климате. Каким образом это происходит?

Представим, что мы находимся в том же стакане на подоконнике в лаборатории Филиппа де Соссюр. На улице теплая погода, лучи солнца, попадающие на стакан, проникают сквозь стекло, нагревая его донышко. Оно в свою очередь отдает поглощенную энергию в виде инфракрасного излучения в воздух, находящийся внутри стакана, тем самым нагревая его. Инфракрасное излучение не может пройти обратно через стенки, оставляя тепло внутри. Температура внутри стакана повышается и нам становится жарко.

В случае с масштабом планеты Земли все работает немного сложнее, учитывая, что вместо стекла мы имеем слои атмосферы и вместе с солнечными лучами парниковый эффект создают еще многие другие факторы.

Причины парникового эффекта

Деятельность человека является одним из основных факторов образования парникового эффекта. Примечательно, что парниковый эффект существовал еще за несколько веков до технического и промышленного прогресса , но сам по себе никакой угрозы не представлял. Однако, с загрязнением атмосферы заводами, выбросами вредных веществ, а также сжиганием угля, нефти и газа ситуация усугубилась. Углекислый газ и другие опасные соединения, образующиеся при этом, способствуют не только росту онкологических заболеваний среди населения, но и повышению температуры воздуха.

Легковые и грузовые автомобили тоже вносят свою лепту в коктейль вредных веществ, выбрасываемых в воздух, тем самым усиливая парниковый эффект.

Перенаселение заставляет машину потребления и спроса работать продуктивнее: открываются новые заводы, скотоводческие фермы, выпускается больше автомобилей, в сотни раз увеличивая нагрузку на атмосферу. Одно из путей решения нам предлагает сама природа - бесконечные лесные просторы, способные очистить воздух и снизить уровень углекислого газа в атмосфере. Однако, человек массово вырубает леса .

В сельскохозяйственной промышленности в подавляющем большинстве случаев используются химические удобрения , способствующие выделению азота - одного из парниковых газов. Существует органическое сельское хозяйство , о котором можно почитать здесь. Оно абсолютно безвредно для атмосферы Земли, так как использует только натуральные удобрения, но, к сожалению, процент таких ферм крайне мал, чтобы «перекрыть» своей деятельностью неэкологические сельскохозяйственные фермы.

Вместе с тем увеличению парниковых газов способствуют огромные свалки, мусор на которых иногда самовозгорается или очень долго гниет, выделяя те же самые парниковые газы.

Последствия парникового эффекта

Неестественное повышение температуры влечет за собой изменение климата местности, а, следовательно, вымирание многих представителей флоры и фауны, не приспособленных к данному климату. Одна экологическая проблема порождает собой другую - видовое истощение.

Также, находясь в условиях «парилки», ледники - колоссальные «залежи» пресной воды! - медленно, но верно таят. За счет этого повысится уровень Мирового океана, а значит, затопит прибрежные районы, площадь суши уменьшится.

Некоторые экологи прогнозируют, что уровень Морового океана наоборот снизится, причем через 200 лет. Он начнет медленно высыхать под воздействием высокой температуры. Повысится не только температура воздуха, но и температура воды, а это значит, что не выживут многие организмы, чья жизненная система настолько тонко организована, что перепады температуры на 1-2 градуса для нее губительны. Например, уже сейчас вымирают целые коралловые рифы, превращаясь в груды мертвых залежей.

Не стоит оставлять без внимания и влияние на здоровье людей. Повышение температуры воздуха способствует активному распространению таких опасных для жизни вирусов как лихорадка Эбола, сонная болезнь, птичий грипп, желтая лихорадка, туберкулез и т.п. Участятся смерти от обезвоживания и теплового удара.

Пути решения

Несмотря на то, что проблема глобальна, ее решение заключается в нескольких простых действиях. Сложность в том, что выполнять их должно как можно больше человек.

6.Просвещать родных, друзей и знакомых, воспитывать в детях потребность заботиться о природе . Ведь любую проблему можно решить, действуя сообща.

Земли в результате воздействия хозяйственной деятельности человека. Особую тревогу вызывает увеличение концентрации парниковых газов в , которое приводит к нагреванию поверхности Земли и нижней атмосферы и, возможно, является одной из основных причин наблюдаемого в последние десятилетия потепления климата.

Наиболее Значимый природный парниковый газ - водяной пар Н20. Он поглощает и излучает длинноволновую инфракрасную радиацию в диапазоне длин волн 4,5 - 80 мкм. Влияние водяного пара на парниковый эффект является определяющим и создается преимущественно полосой поглощения 5 - 7,5 мкм. Тем не менее, часть излучения поверхности Земли в областях спектра 3 - 5 мкм и 8 - 12 мкм, называемых окнами прозрачности, уходит сквозь атмосферу в мировое пространство. Парниковый эффект водяного пара усиливается полосами поглощения углекислого газа, который попадает в атмосферу в результате вулканической деятельности, естественного круговорота углерода в природе, гниения органических веществ в почве при нагревании, а также человеческий деятельности, главным образом вследствие сжигания ископаемого топлива (угля, нефти, газа) и уничтожения лесов.

Помимо углекислого газа в атмосфере увеличивается содержание таких парниковых газов, как метан, закись азота и тропосферный озон. Метан поступает в атмосферу из болот и глубоких трещин в земной коре. Увеличению его концентрации способствуют развитие сельскохозяйственного производства (особенно расширение обильно орошаемых рисовых полей), увеличение поголовья скота, сжигание биомассы и добыча природного газа. Концентрацию закиси азота увеличивают использование азотных удобрений, выбросы самолетов, а также процессы окисления. Озон в тропосфере увеличивается в результате химических реакций под действием солнечных лучей между углеводородами и окислами азота, образовавшимися вследствие сжигания ископаемого топлива Концентрация этих газов возрастает быстрее, чем концентрация углекислого газа, и в будущем их относительный вклад в парниковый эффект атмосферы может увеличиться. Росту атмосферы способствует также увеличение концентрации сильно поглощающего аэрозоля индустриального происхождения (сажа) с радиусом частиц 0,001 - 0,05 мкм. Увеличение в содержания парниковых газов и аэрозолей может значительно повысить глобальную температуру и вызвать другие климатические изменения, экологические и социальные последствия которых пока трудно предсказать.

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

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

Краткое определение

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

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

История исследований парникового эффекта

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

Несколько формул

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

E = πR2 { E_0 over R2} (1 – A) ,

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

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

L=4πR2 σТЕ^4 ,

где ТЕ – эффективная температура планеты.

Причины возникновения

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

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

Парниковые газы в нижней части атмосферы не дают тепловым лучам вернуться в космос, задерживают их. Вследствие этого средняя температура планеты увеличивается, и это ведет к опасным последствиям.

Неужели ничто не может урегулировать количество парниковых газов в атмосфере? Конечно, может. С этим заданием отлично справляется кислород. Но вот беда – количество населения планеты неумолимо растет, а значит, поглощается все больше кислорода. Единственное наше спасение – растительность, особенно леса. Они поглощают избыточный углекислый газ, выделяют гораздо большее количество кислорода, чем потребляют люди.

Парниковый эффект и климат Земли

Когда мы говорим о последствиях парникового эффекта, мы понимаем влияние его на климат Земли. В первую очередь – это глобальное потепление. Многие отождествляют понятия «парниковый эффект» и «глобальное потепление», но они не равны, а взаимосвязаны: первое – причина второго.

Глобальное потепление напрямую связано с Мировым океаном. Вот пример двух причинно-следственных связей.

Средняя температура планеты растет, жидкость начинает испаряться. Это касается и Мирового океана: некоторые ученые боятся, что через пару сотен лет он начнет «высыхать».
При этом из-за высокой температуры ледники и морские льды начнут активно таять уже в ближайшее время. Это приведет к неизбежному росту уровня Мирового океана.

Мы уже наблюдаем регулярные потопы в прибрежных районах, но если уровень Мирового океана существенно возрастет, затоплены будут все приближенные участки суши, погибнет урожай.

Влияние на жизнь людей

Не стоит забывать, что повышение средней температуры Земли отразится и на нашей жизни. Последствия могут быть очень серьёзными. Многие территории нашей планеты, и так склонные к засухе, станут абсолютно не жизнеспособными, люди начнут массово мигрировать в другие регионы. Это неизбежно приведет к социально-экономическим проблемам, к началу третьей и четвертой мировых войн. Недостаток продовольствия, уничтожение урожаев – вот что ждет нас в ближайшее столетие.

Но обязательно ли ждет? Или все-таки можно что-то изменить? Может ли человечество снизить вред от парникового эффекта?

Действия, способные спасти Землю

На сегодняшний день известны все вредные факторы, которые приводят к накоплению парниковых газов, и мы знаем, что нужно делать, чтобы это остановить. Не стоит думать, что один человек ничего не изменит. Конечно, эффекта может добиться только все человечество, но кто знает – может, еще сотня людей в этот момент читает подобную статью?

Сохранение лесов

Остановка вырубки лесов. Растения – наше спасение! Кроме того, нужно не только сохранять существующие леса, но и активно высаживать новые.

Понять эту проблему должен каждый человек.

Фотосинтез настолько силен, что способен обеспечить нас огромным количеством кислорода. Его хватит для нормальной жизни людей и устранения вредных газов из атмосферы.

Использование электромобилей

Отказ от использования автомобилей на топливе. Каждый автомобиль выделяет огромное количество парниковых газов в год, так почему бы не сделать выбор в пользу здоровья окружающей среды? Ученые уже предлагают нам электромобили – экологически чистые машины, которые не используют топливо. Минус «топливный» автомобиль – еще один шаг к устранению парниковых газов. Во всем мире пытаются ускорить этот переход, но пока современные разработки таких машин далеки от совершенства. Даже в Японии, где наибольшее использование таких автомобилей, не готовы полностью переходить на их использование.

Альтернатива углеводородному топливу

Изобретение альтернативной энергии. Человечество не стоит на месте, так почему же мы «застряли» на использовании угля, нефти и газа? Сжигание этих природных компонентов приводит к накоплению парниковых газов в атмосфере, поэтому пора перейти на экологически чистый вид энергии.

Мы не можем полностью отказаться от всего того, что выделяет вредные газы. Зато мы можем способствовать увеличению кислорода в атмосфере. Не только настоящий мужчина должен посадить дерево – это обязан сделать каждый человек!

Что главное в решении любой проблемы? Не закрывать на нее глаза. Возможно, мы не замечаем вреда от парникового эффекта, но это точно заметят последующие поколения. Мы можем прекратить сжигать уголь и нефть, сохранить природную растительность планеты, отказаться от обычного автомобиля в пользу экологически чистого – и все для чего? Для того чтобы наша Земля существовала и после нас.

Вырубка лесов, темпы развития промышленности приводят к тому, что в слоях атмосферы накапливаются вредные газы, которые создают оболочку и препятствуют выделению лишнего тепла в космос.

Экологическая катастрофа или естественный процесс?

Процесс повышения температуры многие ученые считают глобальной экологической проблемой, которая при отсутствии контроля за антропогенным влиянием на атмосферу может привести к необратимым последствиям. Считается, что первым, кто открыл факт существования парникового эффекта и изучил принципы его действия, был Жозеф Фурье. В своих исследованиях ученый рассматривал разные факторы и механизмы, которые влияют на формирование климата. Он изучил состояние теплового баланса планеты, определил механизмы его влияния на среднегодовые температуры на поверхности. Оказалось, что одну из главных ролей в этом процессе играют парниковые газы. Инфракрасные лучи задерживаются на поверхности Земли, в чем и заключается их влияние на тепловой баланс. Причины и последствия парникового эффекта опишем далее.

Суть и принцип действия парникового эффекта

Усиление концентрации углекислого газа в атмосфере приводит к тому, что увеличивается степень проникновения коротковолновых солнечных излучений на поверхность планеты, при этом формируется барьер, который препятствует выделению длинноволнового теплового излучения нашей планеты в открытый космос. Чем опасен этот барьер? Тепловые излучения, которые задерживаются в нижних шарах атмосферы, приводят к повышению температуры окружающей среды, что негативно влияет на экологическую обстановку и приводит к необратимым последствиям.

Сущность парникового эффекта можно рассматривать и как причину глобального потепления, вызванного нарушением теплового баланса планеты. Механизм возникновения парникового эффекта связан с выбросами в атмосферу промышленных газов. Однако к негативному влиянию промышленности следует добавить вырубку лесов, выбросы автомобилей, лесные пожары, использование тепло-электростанций для выработки энергии. Влияние вырубки лесов на глобальное потепление и парниковый эффект связано с тем, что именно деревья активно поглощают углекислый газ и сокращение их площадей приводит к тому, что растет концентрация вредных газов в атмосфере.

Состояние озонового экрана

Сокращение площади лесов в совокупности с большими объемами выбросов вредных газов приводит к возникновению проблемы разрушения озонового слоя. Ученые постоянно анализируют состояние озонового шара и их выводы неутешительны. При сохранении нынешних объемов выбросов и вырубки лесов человечество столкнется с тем, что озоновый слой больше не сможет в достаточной мере защищать планету от действия солнечного излучения. Опасность данных процессов вызвана тем, что это приведет к значительному повышению температуры окружающей среды, опустыниванию территорий, острой нехватке питьевой воды и продуктов питания. Схему состояния озонового шара, наличие и расположение дыр можно найти на множестве сайтов.

Состояние озонового экрана беспокоит ученых-экологов. Озон — это тот же кислород, но отличающийся трехатомной моделью. Без кислорода живые организмы не смогут дышать, а вот без озонового шара планета превратится в безжизненную пустыню. Мощность данного превращения можно представить, посмотрев на Луну или на Марс. Истощение озонового экрана под действием антропогенных факторов может привести к появлению озоновых дыр. Плюсы озонового экрана состоят еще и в том, что он отбивает опасные для здоровья ультрафиолетовые излучения. Минусы — он чрезвычайно хрупкий и слишком большое количество факторов приводит к его разрушению, а восстановление характеристик происходит очень медленно.

Примеры того, как истощение озонового шара влияет на живые организмы, можно приводить долго. Учеными отмечено, что в последнее время участилось количество заболевших раком кожи. Установлено, что именно ультрафиолетовые лучи способствуют развитию данного заболевания. Второй пример — вымирание планктона в верхних слоях океана в ряде регионов планеты. Это приводит к тому, что нарушается пищевая цепочка, после исчезновения планктона могут исчезнуть многие виды рыб и морских млекопитающих. Представить, как работает данная система не сложно. Важно понимать, какие будут результаты, если не принять меры по уменьшению антропогенного влияния на экосистемы. Или это все миф? Может быть, жизни на планете ничего не угрожает? Давайте разбираться.

Антропогенный парниковый эффект

Парниковый эффект возникает в результате влияния человеческой деятельности на окружающие экосистемы. Естественный температурный баланс на планете нарушается, больше тепла задерживается под влиянием оболочки из парниковых газов, это приводит к повышению температуры на поверхности Земли и океанических вод. Главной причиной, приводящей к возникновению парникового эффекта, является эмиссия вредных веществ в атмосферу в результате работы промышленных предприятий, выбросов автомобилей, пожаров и других вредных факторов. Помимо нарушения теплового баланса планеты, глобального потепления, это вызывает загрязнение воздуха, которым мы дышим, воды, которую мы пьем. Как следствие, нас ждут болезни и общее сокращение продолжительности жизни.

Рассмотрим, какие газы вызывают появление парникового эффекта:

углекислый газ;
водяной пар;
озон;
метан.

Именно углекислый газ и водяной пар принято считать наиболее опасными веществами, которые приводят к возникновению парникового эффекта. Содержание метана, озона и фреона в атмосфере также влияют на нарушение климатического баланса, что обусловлено их химическим составом,но их влияние на данный момент не такое серьезное. Газы, вызывающие возникновение озоновых дыр, помимо всего прочего, вызывают проблемы со здоровьем. В них содержатся вещества, вызывающие аллергические реакции и заболевания дыхательных путей.

Источники вредных газов — это, в первую очередь, промышленные и автомобильные выбросы. Однако многие ученые склоняются к мнению, что парниковый эффект связан и с активностью вулканов. Газы создают специфическую оболочку, из-за чего образуется облако из пара и пепла, которое в зависимости от направления ветра, может загрязнить большие территории.

Как бороться с парниковым эффектом?

По мнению экологов и других ученых, которые занимаются вопросами, связанными с сохранением биоразнообразия, изменением климата, уменьшением влияния человека на окружающую среду, полностью предотвратить реализацию негативных сценариев развития человечества не удастся, а вот уменьшить количество необратимых последствий промышленности и человека на экосистемы можно. По этой причине многие страны вводят плату за эмиссию вредных газов, внедряют экологические стандарты в производство, разрабатывают варианты того, как уменьшить деструктивное влияние человека на природу. Однако глобальная проблема заключается в разных уровнях развития стран, в их отношении к социальной и экологической ответственности.

Пути решения проблемы накопления вредных веществ в атмосфере:

прекращение вырубки лесов, особенно в экваториальных и тропических широтах;
переход на электромобили. Они экологичнее, чем обычные машины и не загрязняют окружающую среду;
развитие альтернативной энергетики. Переход от теплоэнергетических станций на солнечные, ветровые и гидроэлектростанции позволит не только сократить объемы выбросов вредных веществ в атмосферу, но и уменьшить использование не возобновляемых природных ископаемых;
внедрение энергосберегающих технологий;
развитие новых низкоуглеродных технологий;
борьба с лесными пожарами, предупреждение их возникновения, установление жестких мер для нарушителей;
ожесточение экологического законодательства.

Стоит отметить, что невозможно компенсировать вред, который человечество уже нанесло окружающей среде и полностью восстановить экосистемы. По этой причине следует задуматься над активной реализацией действий, направленных на уменьшение последствий антропогенного воздействия. Все решения должны иметь комплексный и глобальный характер. На данный момент времени этому мешает дисбаланс в уровне развития, жизни и образованности богатых и бедных стран.

В последние десятилетие словосочетание «парниковый эффект» практически не сходит ни с экранов телевидения, ни со страниц газет. Учебные программы сразу по нескольким дисциплинам предусматривают его тщательное изучение, причем практически всегда указывается его негативное значение для климата нашей планеты. Однако это явление на самом деле намного более многогранно, чем это преподносится обывателю.

Без парникового эффекта жизнь на нашей планете была бы под вопросом

Можно начать с того, что парниковый эффект на нашей планете существовал на протяжении всей ее истории. Такое явление просто-напросто неизбежно для тех небесных тел, у которых, как и у Земли, присутствует устойчивая атмосфера. Без него, например, Мировой океан давно бы замерз, а высшие формы жизни вообще не появились бы. Ученые уже давно научно доказали, что если бы в нашей атмосфере отсутствовал углекислый газ, наличие которого является необходимой оставляющей процесса возникновения парникового эффекта, то температура на планете колебалась бы в пределах -20 0 С, так что речь о возникновении жизни вообще бы не шла.

Причины и сущность парникового эффекта

Отвечая на вопрос: "Что такое парниковый эффект?", в первую очередь следует отметить, что свое название данное физическое явление получило по аналогии с теми процессами, которые происходят в теплице у садоводов. Внутри нее, независимо от времени года, всегда на несколько градусов теплее, чем в окружающем пространстве. Все дело в том, что растения поглощают видимые солнечные лучи, которые абсолютно свободно проходят и через стекло, и через полиэтилен, и вообще практически через любое препятствие. После этого сами растения также начинают излучать энергию, однако уже в инфракрасном диапазоне, лучи которого уже не могут свободно преодолевать то же стекло, поэтому возникает парниковый эффект. Причины этого явления, таким образом, лежат именно в дисбалансе между спектром видимых солнечных лучей и теми излучениями, которые отдают во внешнюю среду растения и другие предметы.

Физическая основа парникового эффекта

Что касается нашей планеты в целом, то парниковый эффект здесь возникает из-за наличия устойчивой атмосферы. Чтобы поддерживать свой температурный баланс, Земля должна отдавать столько же энергии, сколько она получает от Солнца. Однако наличие в атмосфере углекислого газа и воды, которые поглощают инфракрасные лучи, выполняя, таким образом, роль стекла в теплице, вызывает образование так называемых парниковых газов, часть из которых возвращается обратно к Земле. Эти газы создают "эффект одеяла", повышая температуру у поверхности планеты.

Парниковый эффект на Венере

Из вышесказанного можно сделать вывод, что парниковый эффект характерен не только для Земли, но и для всех планет и других небесных тел, обладающих устойчивой атмосферой. И действительно, проведенные учеными исследования показали, что, например, у поверхности Венеры данное явление имеет гораздо более выраженный характер, что связано, в первую очередь, с тем, что ее воздушная оболочка практически на сто процентов состоит из углекислого газа.