Парниковый эффект • Джеймс Трефил, энциклопедия «Двести законов мироздания»
200 законов мироздания > Науки о Земле
Средняя температура поверхности Земли (или другой планеты) повышается за счет наличия у нее атмосферы.
Садоводы хорошо знакомы с этим физическим явлением. Внутри парника всегда теплее, чем снаружи, и это помогает выращивать растения, особенно в холодное время года. Вы можете почувствовать аналогичный эффект, когда находитесь в автомобиле. Причина его состоит в том, что Солнце с температурой поверхности около 5000°С излучает главным образом видимый свет — часть электромагнитного спектра, к которой чувствительны наши глаза. Поскольку атмосфера в значительной степени прозрачна для видимого света, солнечное излучение легко проникает к поверхности Земли. Стекло также прозрачно для видимого света, так что солнечные лучи проходят внутрь парника, и их энергия поглощается растениями и всеми объектами, находящимися внутри. Далее, согласно закону Стефана—Больцмана, каждый объект излучает энергию в какой-либо части электромагнитного спектра.
Планета с устойчивой атмосферой, такая как Земля, испытывает практически такой же эффект — в глобальном масштабе. Чтобы поддерживать постоянную температуру, Земле необходимо самой излучать столько же энергии, сколько она поглощает из видимого света, излучаемого в нашу сторону Солнцем. Атмосфера служит как бы стеклом в парнике — она не столь прозрачна для инфракрасного излучения, как для солнечного света. Молекулы различных веществ в атмосфере (важнейшие из них — углекислый газ и вода) поглощают инфракрасное излучение, действуя как парниковые газы. Таким образом, инфракрасные фотоны, излучаемые земной поверхностью, не всегда уходят прямо в космос. Некоторые из них поглощаются молекулами парниковых газов в атмосфере.
Важно понимать, что парниковый эффект на Земле был всегда. Без парникового эффекта, обусловленного наличием углекислого газа в атмосфере, океаны давно бы замерзли, и высшие формы жизни не появились бы. В настоящее время научные дебаты о парниковом эффекте идут по вопросу
Парниковый эффект имеет место не только на Земле. В действительности самый сильный парниковый эффект, о котором мы знаем, — на соседней планете, Венере. Атмосфера Венеры почти целиком состоит из углекислого газа, и в результате поверхность планеты разогрета до 475°С. Климатологи полагают, что мы избежали такой участи благодаря наличию на Земле океанов. Океаны поглощают атмосферный углерод, и он накапливается в горных породах, таких как известняк — посредством этого углекислый газ удаляется из атмосферы. На Венере нет океанов, и весь углекислый газ, который выбрасывают в атмосферу вулканы, там и остается. В результате мы наблюдаем на Венере неуправляемый парниковый эффект.
18
Показать комментарии (18)
Свернуть комментарии (18)
- Kijivljanin
09.03.2006 05:15
Ответить
Следует добавить или подчеркнуть самое главное, что если бы не парниковый эффект, то существование биологически активной жизни было бы невозможно, это самое важное для того количества тепла, которое сохраняется в пределах атмосферы Земли.
Ответить
- izotop
05.09.2006 22:04
Ответить
Поглощение энергии инфракрасного излучения это свойство углекислого газа?
Ответить
- seasea
05.10.2006 09:25
Ответить
Есть мнение, что глобальное потепление — это выдумка ученых, занимающихся бизнесом. Чего стоит киотское соглашение, сколько денег здесь будет крутиться. Другой пример — озоновая дыра, которая была всегда, но раздув тему, фирмы по выпуску холодильного оборудования получили немалые деньги.
Где-то читал, что на самом деле на Земле происходит похолодание, пик которого придется на 2050 год.Ответить
- Astronom82
seasea 20.01.2007 17:50
Ответить
Вы конечно правы на счет похолодания но есть и другое что за потеплением всегда идет похолодание это называется Циклом,как и появление земли этому доказательство.
Ответить
- Edward
Astronom82 13.06.2007 12:46
Ответить
Для землян важным является изменение (уменьшение) периода кратковременных (несколько суточных) колебаний термодинамических параметров. Еще десяток-другой лет назад этот период был равен 13-14 суток. В настоящее время он стал в 2-3 раза короче и амплитуда соответственно выше. Источником этих возмущений в первую очередь являются американские бомбардировки Балкан, всяческие пуски ракет и пр. наши проявления техногенной активности, генерирующие атмосферные неоднородности пониженной плотности. Отсюда и долгоживущие смерчи, и резкие колебания температуры (а не «глобальное потепление в Москве» в течение 3-4 дней).
Ответить
- Edward
Astronom82 13.06.2007 12:46
Ответить
- Astronom82
seasea 20.01.2007 17:50
Ответить
Почему-то никто не хочет вспоминать о столетней давности эксперименте Роберта Вуда.
На самом деле парниковый эффект объЯсняется тем, что в теплице закрыта дверь и нет обмена теплом с окружающей средой. Открой дверь — и эффекта не будет. Вот вам и вся история про СО2 и денежки по Киотскому протоколу.
Ответить
- koshak
petros 23.05.2008 18:53
Ответить
А также вразумительно объяснить и, главное — учесть в теории эффекты от воздействия толстых слоёв газопаровой оболочки планеты…
Ответить
- DimGrits
petros 27.08.2008 18:12
Ответить
Молодец, petros, Вы разобрались с принципом работы парника! Теперь совсем немного до понимания, что в атмосфере такими При_закрытыми дверями является CO2.
.. и осознания того, что эффект назван так по анологии!Ответить
.. и осознания того, что эффект назван так по анологии!В эту статью ещё нехудо бы добавить, что может быть ещё и антипарниковый эффект. Это когда атмосфера плохо пропускает видимый свет, но хорошо — инфракрасный. Именно такой эффект наблюдался бы на Земле в случае ядерной войны или падения астероида (т.н. «ядерная» или «астероидная» зима). В настоящее время такой эффект наблюдается на Титане.
Сейчас статью можно понять так, будто ЛЮБАЯ атмосфера создаёт парниковый эффект.
Ответить
- svasilie
rod1gin 23.04.2010 16:56
Ответить
«Парниковый» эффект создаётся любой атмосферой, которая поглощает в той области спектра, в которой излучает нагретая поверхность планеты. От температуры поверхности планеты и плотности и спектра поглощения атмосферы зависит интенсивность «парникового» эффекта.
Одновременно любая атмосфера отражает часть падающего из космоса излучения. Интенсивность этого, если угодно, «антипарникового» эффекта зависит от тех же свойств атмосферы и от спектра падающего излучения. В этот же эффект вносит свой вклад отражательная (или поглощающая) способность поверхности планеты. От интенсивности двух упомятутых эффектов зависят температура поверхности планеты и химический состав атмосферы (а значит и свойства атмосферы). Из сказанного следует, что утверждения вида «углекислый газ согревает Землю» упрощение из той же серии, что и «человек произошёл от обезьяны».Ответить
Одновременно любая атмосфера отражает часть падающего из космоса излучения. Интенсивность этого, если угодно, «антипарникового» эффекта зависит от тех же свойств атмосферы и от спектра падающего излучения. В этот же эффект вносит свой вклад отражательная (или поглощающая) способность поверхности планеты. От интенсивности двух упомятутых эффектов зависят температура поверхности планеты и химический состав атмосферы (а значит и свойства атмосферы). Из сказанного следует, что утверждения вида «углекислый газ согревает Землю» упрощение из той же серии, что и «человек произошёл от обезьяны».В качестве докзательства парникового эффекта часто приводят пример климата Венеры. А про Марс «забывают». А на Марсе, как известно, парциальное давление углекислого газа выше, чем на Земле. И следовательно, если парниковый эффект существует, то там должен быть климат, подходящий для выращивания яблонь.
Ответить
Объясните пожалуйста, на Марсе атмосфера на 95% состоит из CO2, и никакого парникового эффекта там не наблюдается. А в научном фильме по колонизации Марса(National Geographic если я не ошибаюсь), ученые рассказывают о том, что надо будет строить заводы на Марсе чтобы наполнить атмосферу бОльшим количеством CO2.
Ответить
Статья действительно написана на уровне 1908 г.,когда Р. Вуд и опроверг влияние ИКИ на температуру В ТЕПЛИЦАХ. С Землей сложнее. Но спектры поглощения атмосферы лежат так, что парниковый эффект максимален при температурах ПОВЕРХНОСТИ Земли 700°, 190° и -70°С. В диапазоне же 7,5 — 14 мкм, где лежит максимум излучения планеты находится «окно прозрачности», не уступающее по прозрачности оптическому.
НИКАКОГО ВЛИЯНИЯ КОНЦЕНРАЦИЯ СО2 НА КЛИМАТ НЕ ОКАЗЫВАЕТ! А климат на Земле всецело определяется площадью поверхности океана с температурой выше 15°С и фазовыми переходами воды пар-жидкость-лед, ежедневные перетурбации которых превышают энергию всех вместе ядерных боезарядов землян…
Ответить
Почему-то никто не хочет вспоминать о столетней давности эксперименте Роберта Вуда…
koshak:
А также вразумительно объяснить и, главное — учесть в теории эффекты от воздействия толстых слоёв газопаровой оболочки планеты…
************
неправда ваша, почитайте учебник «Развитие Земли», Сорохтин, Ушаков. свободно выложен в и-нете. Там как раз дан термодинамический анализ парникового эффекта теоретически говоря в любой атмосфере. Разумеется эффект этот существует, но примитивное объяснение, что газ задерживает какие-то лучи, не выдерживает критики.
Все сложнее. Рассчитано, в частности, что атмосфера с параметрами земной, если б она состояла целиком из углекислого газа, дала бы парниковый эффект даже немного меньше (порядка градуса, кажется), чем существующая. И это еще без учета сильнейшей стабилизирующей отрицательной обратной связи: температура — испарение воды — облачность — альбедо.
Дело в том, что даже если ничтожный процент атмосферного СО2 что-то и поглотит, дабы согреться, он тут же взлетит в верхние слои атмосферы, где адиабатически расширится и отдаст тепло в космос, только усилив теплоотдачу земли, и практически никакого влияния на саму землю не оказав.
Ответить
Есть факты, а есть их комментарии. Часто на один факт может существовать много различных и даже противоречивых комментариев. Или объяснений (трактовок), если кому-то так нравится больше.
Предлагаю свою трактовку парникового эффекта.
Парник — это постройка со стеклянными или пластмассовыми (прозрачная пленка)стенками. Служит для выращивания растений, предохраняя их от резких изменений температур воздуха. Поскольку растения необходимо поливать, парниковыми газами, по моему мнению, являются пары воды и углекислый газ (растения дышат). Киотский протокол причисляет к парниковым газам метан, окись углерода, окись азота,перфторированные углероды, гидрофтор углероды и гексафторид серы. Наличие в парнике вышеуказанных газов (кроме двуокиси углерода) даже в кошмарном сне представить себе невозможно. А вот о пары воды Киотский протокол к парниковым газам не причисляет. Автор комментируемой статьи утверждает: «… объекты в парнике испускают инфракрасное излучение. Однако инфракрасное излучение не может легко проходить сквозь стекло, поэтому температура внутри парника повышается.» Но при чем здесь в таком случае углекислый газ? Значит парниковый эффект создается стеклом?
Если в парнике температура 15 градусов Цельсия, например, то килограмм воды, испаряясь из почвы, поглощает (забирает у почвы) 2466 кДж тепла (удельная теплота парообразования).
Конденсируясь на холодной поверхности стекла или пленки, изолирующей парник, водяной пар отдает все те же 2466 кДж тепла. Таким образом парник обогревается. Капли конденсата падают на почву, цикл Ренкина замыкается. Именно цикл Ренкина используется на всех электростанциях, как тепловых, так и атомных. Только там темературы и давления существенно выше.
Таким образом парниковый эффект заключается в использовании фазового перехода первого рода для переноса тепла от почвы в объем парника.
В атмосфере такой процесс идет постоянно. Вода с поверхности почвы,растений, кожи человека, рек, озер и мирового океана попадает в атмосферу. Конденсируется в ее верхних слоях, выделяя тепло, а затем в виде дождя или снега падает на почву, людей, растения и животных, реки, озера, мировой океан. Парниковые газы, перечисленные в Киотском протоколе, конденсируются при очень низких температурах Например, углекислый газ конденсируется при — 76 градусах Цельсия. Поэтому они в принципе парниковый эффект создать не могут.
То есть не могут быть переносчиками тепла от поверхности Земли в атмосферу.
А для любителей трактовки «парникового эффекта» по Стефану-Больцману хочу сообщить, что многолетние измерения радиационного баланса Земли не обнаружили его изменений в сторону Глобального потепления климата.
Ответить
Написать комментарий
1783 | Круговорот углерода в природе |
1852 | Кислотный дождь |
1863 | Парниковый эффект |
1985 | Озоновая дыра |
1842
Первое начало термодинамики
1950
Парадокс Ферми
Новостная рассылка
«Элементы» в соцсетях:
Парниковый эффект — причины его усиления и основные последствия
Явление парникового эффекта было открыто Жозефом Фурье еще в конце 19 века.
В своих записках о температуре поверхности Земли и других планет, ученый предположил, что термические процессы, происходящие на Земле сходны процессам под стеклом. Нельзя сказать, что ученый был неправ, но у планет нет стеклянных оболочек. Зато есть атмосферы. Парниковые газы в атмосфере создают эффект теплицы или парника, отражая тепло, исходящее от поверхности Земли, обратно на планету. Так прогреваются океаны и почва, а за их счет и воздух.
Сама планета тоже выделяет энергию за счет процессов, происходящих в ядре, но для Земли этого было бы достаточно для существования температуры в -18 градусов. При таком режиме жизнь на Земле возникнуть бы не смогла. Поэтому нельзя однозначно назвать парниковый эффект отрицательным явлением.
Впервые парниковые газы образовались в результате непрерывного действия вулканов, выбрасывающих в атмосферу большие массы углекислого газа и водяного пара. Из-за этого температура Земли повысилась настолько, что вода в Мировом океане вскипела.
В таких условиях зарождалась жизнь на Земле. Но сегодняшнее повышение допустимых концентраций парниковых газов ведет к неминуемой экологической катастрофе.
Содержание страницы
- 1 Причины усиления парникового эффекта
- 1.1 Парниковые газы.
- 1.1.1 Водяной пар
- 1.1.2 Углекислый газ
- 1.1.3 Метан
- 1.1.4 Озон
- 1.1.5 Оксиды азота
- 1.1.6 Фреоны
- 1.1 Парниковые газы.
- 2 Последствия парникового эффекта
- 2.1 Влияние на климат земли
- 2.2 Влияние на людей
- 3 Снижение парникового эффекта
- 4 Заключение
Причины усиления парникового эффекта
Причиной парникового эффекта является накопление в атмосфере парниковых газов из-за антропогенных факторов. Основными факторами являются:
- Вырубка лесов и увеличение севооборота.
- Сжигание нефти в виде бензина и керосина.
- Использование угля и газа для выплавки стали и производства электроэнергии.
Практически любая человеческая деятельность сопровождается выбросами в атмосферу.
Большая часть из них ведет к усилению парникового эффекта.
Парниковые газы.
К парниковым газам относят водяные пары, метан, углекислый газ, озон, оксиды азота и фреоны.
В экологических моделях основной движущей силой процесса является углекислый газ. Однако в результате последних исследований была выдвинута идея об исследовании комплексного влияния газов. Углекислый газ влияет на парниковый эффект медленно и неотвратимо, но остальные газы способны влиять на атмосферу уже сейчас, к тому же менее изучены. Научное сообщество долгое время не обращало влияния на метан или фреоны, из-за чего не выработаны средства противодействия.
Водяной пар
Водяной пар самый большой по содержанию в атмосфере парниковый газ, ученые утверждают, что 72 процента парникового эффекта обеспечивается водяными парами.
При этом имеется в виду не сам пар, а положительная обратная связь его и углекислого газа. Дело в том, что воздействие углекислого газа удваивается, в результате температура повышается, увеличивается испарение воды.
Это приводит к образованию большего количества облаков и как следствие, к задержке проникновения солнечных лучей на планету. При этом, водяные пары имеют и наибольший положительный эффект, играя роль стабилизатора температур.
В городе Инсалах, который находится в стране Алжир, перепад температур летом составляет 55 градусов. Эффект вызван малым количеством водяных паров над городом.
Поэтому сам по себе водяной пар не опасен, хотя и превышает парниковый эффект CO2. При измерении радиационных потоков, доля пара составляет 75 Вт/м2, тогда как углекислый газ 32 Вт/м2. Но пар увеличивает чувствительность атмосферы к углекислому газу, а значит и к антропогенной деятельности.
Углекислый газ
Углекислый газ в разных местах атмосферы составляет от 9 до 26 процентов общего количества газов, образующих парниковый эффект. Это наиболее опасный из всех парниковых газов. Сам по себе СО2 не так опасен, но именно он является катализатором, ускоряющим катастрофу.
В огромных количествах газ попадает в атмосферу исключительно из-за деятельности человека. В обмене углерода газ связывается растениями, которые затем поедаются животными, элемент идет вверх по пищевой цепочке, пока верхнее животное или человек не умирает, попадая в землю вместе с накопленным за всю жизнь количеством углерода. В земле в результате тысячелетних процессов углерод из костей превращается в совершенно новое образование: нефть и керосин.
В настоящее время все огромные запасы, которые почва собирала в себя в течение миллионов лет, выбрасываются в атмосферу за несколько десятилетий. Это нарушает сложившийся баланс : углерод просто не успевает вернуться в цикл обмена и накапливается в атмосфере.
Существует ошибочное мнение, что потепление, это естественный процесс, предназначенный для связывания углерода. Вода способна растворять углекислый газ, который потом выпадет в осадок в виде известняков.
А количество воды увеличивается с потеплением климата, за счет таяния ледников и ледяных шапок. Но в учет не берется таяние вечной мерзлоты, в которой содержится много органического вещества — старые листья, корни растений, которые росли там 1000 лет назад. При глобальном потеплении вечная мерзлота начинает таять, а ее содержимое гниет, выделяя при этом диоксид углерода.
Метан
Метан долгое время был недооценен в вопросе влияния на парниковый эффект. Газ склонен распадаться на элементы в атмосфере за 10 лет, что для атмосферы считается мизерным сроком. Но при этом его влияние на парниковый эффект в 10 раз больше углекислого газа. И при этом до сих пор неясен механизм образования метана в атмосфере.
Традиционно считается, что метан выделяется в результате процессов ферментации в желудках животных. Но тогда непонятно, почему с 1995 до 2006 года содержание метана в атмосфере держалось на одном уровне, а с 2006 и до сегодняшнего дня планомерно повышается каждый год на одно и то же число долей? Только после исследований ученого Дрю Шиндела стали идти обсуждения новых экологических моделей, с учетом пересмотра воздействия метана на атмосферу.
Сам по себе газ составляет всего от 4 до 9 процентов. Выделяется метан в результате процессов ферментации в желудках животных. В особенности коров. Поэтому процесс роста населения земли, вызывающий рост потребления пищи, а, следовательно, рост кормовых животных косвенно влияет на развитие парникового эффекта. Вместе со стадами растут и могильники, так же выделяющие метан, к тому же свой вклад вносят и утечки газа в процессе разработки месторождений.
Озон
Озон по школьной привычке все считают полезным. Но каждый газ полезен на своем месте. Есть два типа озона: содержащийся в озоновом слое и тропосферный озон. Первый защищает землю от ультрафиолетового излучения, тогда как последний угнетает растения, ухудшая их способность к фотосинтезу. В результате возрастает количество углекислого газа в атмосфере. Влияние газа оценивается в 25 процентов от влияния СО2, но при этом озон увеличивает действие самого углекислого газа в два раза.
Многие ученые отмечают, что именно из-за повышенных концентраций озона в прошлом, земля потеряла способность к поглощению углекислоты. Тропосферный озон образуется в результате химической реакции оксидов азота, угарного газа и органических соединений. Катализаторами выступают кислород и солнечный свет.
На практике сочетание этих веществ стало возможным из-за развития транспорта и выбросов продуктов горения угля в атмосферу. Распределение газа по земному шару крайне неравномерно, из-за условий образования. Наибольшее количество скапливается в жарких странах и жаркую погоду. Увеличение озона не критично, но снижение уровня озона даст возможность частично нивелировать воздействие углекислого газа.
Согласно исследованиям, если опустить уровень озона до пределов нормы, можно сгладить воздействие углекислого газа на ближайшие 20 лет.
Оксиды азота
Оксид азота это пятый по значимости парниковый газ. Он в 298 раз активнее углекислого газа, вклад в глобальное потепление оценивается как 6 процентов общего воздействия парниковых газов.
Оксиды азота образуются в результате производства удобрений, необходимых для повышения плодородности почвы.
Человечество неспособно отказаться от такого вида удобрений, но они нарушают круговорот азота в природе. Единственные культуры, которые могут связать азот, находящийся в атмосфере, это бобовые и соя. Только они способны заключить атмосферный азот в своих корнях, для дальнейшей переработки.К сожалению, посадка этих культур в разы меньше использования азота для удобрений. Именно избытку этого газа человечество обязано кислотными дождями.
Фреоны
Фреоны, это группа газов с низкой температурой кипения. Они используются в холодильном оборудовании. Любая сплит-система, холодильник или морозильная камера невозможна без фреона. За последние годы содержание веществ в установках сократилось, но не исчезло полностью.
Наметилась обратная тенденция: с повышением температуры в результате парникового эффекта, человечество все больше нуждается в фреоне, как основном элементе холодильных установок.
Без сплит-систем не будет работать ни один офис, больница или торговый центр.
Фреоны оказывают действие в 1300-8500 раз большее, чем углекислый газ. При этом количество газов оценивается в сотые доли процента. В сравнении с прочими газами, количество фреонов настолько мало, что его воздействие трудно оценить.
Читайте также: Происхождение и образование углекислого газа.
Последствия парникового эффекта
Все последствия парникового эффекта, связаны с повышением температур. Что будет с Землей и человечеством, если температура поднимется на 5, 10, 15 градусов? Ученые давно составили примерный список проблем, которые придут с развитием парникового эффекта
Влияние на климат земли
Повышение температуры вызывает таяние вечной мерзлоты. Снег и лед, которые веками накапливались на полюсах, сейчас находятся в процессе разморозки. Это повлечет рост уровня воды в мировом океане. Низменные города, такие как Рим или Санкт-Петербург будут затоплены. Человеку придется постоянно бороться с повышением воды, начнется новое переселение народов.
Наиболее плодородные земли Европы – Нидерланды будут затоплены, многие люди останутся без дома и пищи. Ученые прогнозируют увеличение уровня мирового океана на полметра раз в сто лет.
Критическое изменения начнутся после 5 метров. Кажется, что изменения произойдут нескоро, но что такое несколько сотен лет для экосистемы Земли? К тому же, негативные последствия развиваются уже сейчас. Уменьшается количество пресной воды, что вынуждает человечество увеличивать число опресняющих установок для полива посевов. Это увеличивает расход электричества, а значит увеличится расход угля и парниковый эффект начинает развиваться во времени.
Ледниковые шапки это природные погреба. В них заморожены микробы, которыми болели древние животные миллиарды лет назад. Что случится в результате таяния предугадать достаточно трудно. Никто не может предположить насколько современная медицина готова к этому вызову.
Влияние на людей
Человеку для комфортного существования требуется температура в районе 20-25 градусов.
Летние колебания, доходящие до 50-52 градусов на солнце, могут негативно сказаться на здоровье. В результате повышенных температур у человека наблюдается учащенное сердцебиение, повышенное давление и обезвоживание. К тому же при температуре выше 25 градусов, работоспособность уменьшается в 2 раза, ухудшается координация движений, быстро теряются полезные соли и микроэлементы.
Читайте также: Углекислый газ в крови человека.
Снижение парникового эффекта
Снижение парниковых процессов возможно по нескольким направлениям. Различного рода посадки — увеличение количества деревьев уменьшает СО2 в атмосфере, задерживает осушение почвы и аккумулирует водяные пары из воздуха. В посадки входит и озеленение пустынь. Этот крайне дорогой процесс уменьшает количество озона в воздухе, при этом уменьшая последствия парникового эффекта.
Для восстановления обмена азотом необходимо в несколько раз увеличить посев бобовых культур. Это позволит связать атмосферный азот в корнях растений, при этом уменьшив, долю азотных удобрений.
Кроме того, необходимо ужесточить меры борьбы с лесными и степными пожарами. В результате этих процессов происходят огромные выбросы СО2 и сажи в атмосферу.
Развитие вторичной переработки. Примером всему миру служит Швейцария, где переработка мусора возведена в абсолют. Вторичная переработка страны настолько развита и отлажена, что страна вынуждена закупать мусор у соседней Норвегии. Что это дает в плане парникового эффекта? Не нужно сжигать уголь для получения энергии на производство новых товаров. Следовательно уменьшается количество СО2 в атмосфере.
Работа над энергопроизводством и энергопотреблением. Самыми экологически чистыми электростанциями являются гидроэлектростанции. Если их недостаточно, можно использовать атомные, но дело в том, что большая часть мировой энергетики держится на угле. Замена энергоносителя дело не одного десятилетия. Но это позволит в несколько раз уменьшить выбросы углекислого газа в атмосферу. К тому же, нужно увеличивать КПД уже существующих станций, развивать экологически чистые, неисчерпаемы источники электроэнергии: использовать солнечные батареи и коллекторы, ветряки и тепловые насосы.
Ни одна возможность экономии не должна быть упущена.
Везде, где это возможно, нужно заменять любое другое топливо на природный газ. В результате сжигания топлива выделяются продукты сгорания, куда входит и углекислый газ. Но количество выбросов от газа в несколько раз меньше выбросов от сжигания угля. Газ не выделяет сажу, не требует энергии на подогрев, как мазут, и не нуждается в специальных приспособлений для сжигания. В совокупности с грамотным утеплением домов это позволит сократить расходы тепла примерно на 30 процентов.
Заключение
Парниковый эффект это не отрицательное явление. Другой вопрос, что антропогенная деятельность человека выводит парниковый эффект на совершенно другой уровень. Если повальную вырубку лесов, небрежное обращение с почвами и постоянное сжигание огромного количества угля и нефти не прекратить, то уже через век процесс будет необратим.
Организм просто не предназначен для столь высоких тепловых нагрузок.
Уже сегодня есть места на земном шаре, в которых летняя температура превышает 50 градусов. В таких условиях жить и работать невозможно чисто физически.
При этом процесс развивается:
- Повышение температур ведет к повышению количества испарения, а значит, повышается количество водяного пара в атмосфере.
- Уменьшение пресной воды вызывает дополнительную нужду в опреснительных установках и электричестве, для добычи которого и сжигается 80 процентов угля на планете.
- Население планеты растет, а основной катализатор парникового эффекта углекислый газ, который является продуктом дыхания.
Есть мнение, что развитие парникового эффекта не связано с человечеством. Температура на планете и раньше менялась, доходя до высоких температур. Задача человечества сделать все, чтобы парниковый эффект не повторился в истории Земли, даже если это невозможно – атмосфера Земли станет только чище от борьбы с парниковыми газами.
Что такое парниковый эффект?
Чтобы понять основы парникового эффекта и почему он так важен для Земли, вам нужно знать всего несколько вещей, некоторые из которых, вероятно, вам уже знакомы.
Вы знаете, что когда вы стоите на солнце, вы чувствуете себя теплее, чем когда находитесь в тени, поэтому вы можете чувствовать, что свет (лучистая энергия), который испускает солнце, несет энергию, которая может согреть объект — вас. Хотя обычно вы этого не видите, все объекты излучают лучистую энергию, и иногда вы можете почувствовать эту энергию. Например, если на вашей плите стоит кастрюля с горячей водой, вы можете почувствовать испускаемую ею лучистую энергию, не прикасаясь к ней. Обычно вы называете то, что вы чувствуете, «теплом», но правильнее думать об этом как о своего рода невидимом свете, называемом «инфракрасным излучением», который согревает вашу кожу, как солнечный свет. Количество энергии инфракрасного излучения, выделяемой нагретым объектом, зависит от его температуры: чем выше температура, тем больше энергии выделяется. Как вы знаете, вы можете легко отличить теплый предмет от горячего, поднеся руку к предмету и почувствовав разницу в тепловом воздействии на кожу.
Эти идеи лежат в основе понимания энергетического баланса между Солнцем и Землей. Так же, как солнечный свет согревает вас, он нагревает и поверхность Земли. Земля не становится все горячее и горячее, поглощая энергию солнца, потому что отдает энергию в космос в виде невидимого инфракрасного излучения. Чтобы прийти к энергетическому балансу, количество энергии инфракрасного излучения, испускаемое Землей, должно быть равно количеству энергии, поглощенной солнечным светом. Количество энергии инфракрасного излучения, испускаемой Землей, зависит от ее температуры. Средняя температура Земли, необходимая для энергетического баланса с солнцем, была бы низкой –18 ° C (0 ° F), если бы не было парникового эффекта в атмосфере. Парниковый эффект удерживал среднюю температуру Земли на значительно более высоком уровне в течение миллиардов лет, делая возможной эволюцию жизни в том виде, в каком мы ее знаем. За последние несколько тысячелетий средняя температура Земли составляла около 15 °C (59°F).
На рисунке ниже показано, как парниковые газы поддерживают на Земле более высокую температуру, чем она была бы без них. Энергия солнца показана слева, где вы видите, что часть лучистой энергии солнца проходит через атмосферу, поглощается и нагревает поверхность Земли. Остальное отражается, в основном облаками в атмосфере и льдом и снегом на поверхности, и не поглощается. Энергия, потерянная Землей, показана справа, где показаны судьбы инфракрасного излучения, испускаемого (испускаемого) Землей. Прямая красная стрелка, проходящая от поверхности через атмосферу, представляет долю испускаемого инфракрасного излучения, которое проходит в космос через атмосферу без изменений. Остальное инфракрасное излучение, показанное толстой красной стрелкой, поглощается парниковыми газами и облаками в атмосфере, а затем переизлучается во всех направлениях, как показано набором оранжевых стрелок. Эта способность поглощать и повторно излучать инфракрасное излучение является критическим требованием для парниковых газов.
Все газы, молекулы которых состоят из трех и более атомов, являются парниковыми газами — двуокись углерода (CO 2 ), водяной пар (H 2 O) и метан (CH 4 ) являются важными парниковыми газами, которые поддерживают высокую температуру Земли в течение миллиардов лет.
Источник: Межправительственная группа экспертов по изменению климата.
Часть повторно излучаемой энергии остается в атмосфере или возвращается на поверхность и нагревает нижние слои атмосферы и поверхность. Остальная часть переизлучаемой энергии покидает атмосферу и уходит в космос. Результатом этого процесса поглощения-излучения парниковыми газами является то, что из атмосферы уходит меньше энергии, чем излучается Землей внизу. Но чтобы быть в энергетическом балансе с солнцем, количество энергии, идущей в космос, должно быть эквивалентно количеству, которое будет излучаться поверхностью при -18 °C. Для того, чтобы такое количество энергии покинуло парниковую атмосферу Земли, поверхность должна быть теплее –18 °C.
В течение нескольких тысячелетий — вплоть до последних двух столетий — средняя температура поверхности около 15 °C поддерживала энергетический баланс Солнца и Земли. То есть такое же количество инфракрасной лучистой энергии покидало атмосферу, как и поглощалось на поверхности от солнечной лучистой энергии.
Повышенное количество парниковых газов, выделяемых человеком в атмосферу, нарушило баланс, существовавший с конца последнего ледникового периода. Добавление большего количества парниковых газов уменьшает количество энергии инфракрасного излучения, покидающего атмосферу. Чтобы вернуть энергию в баланс, поверхность Земли должна нагреться, чтобы она излучала больше инфракрасной энергии, часть которой уйдет из атмосферы и компенсирует эффект добавленных парниковых газов. Таким образом, парниковый эффект, необходимый для создания климата для жизни на Земле, также является причиной того, что Земля становится теплее, чем она была до того, как мы начали сжигать большое количество ископаемого топлива.
Лаборатория глобального мониторинга ESRL – образование и распространение информации
Основы углеродного цикла и парникового эффекта
Атмосфера Земли
Источник: НАСА
Большая часть земной атмосферы состоит из смеси только
несколько газов — азот, кислород и аргон; вместе эти три газа составляют
более 99,5% всех молекул газа в
атмосфера.
Эти газы, которые наиболее
обильный
в атмосфере почти не влияют на нагревание Земли и ее
атмосферу, так как они не поглощают
видимый
или
инфракрасная радиация.
Однако существуют второстепенные газы, которые составляют лишь небольшую часть
атмосферу (около 0,43 % всех молекул воздуха, большую часть которых составляет вода
пара при 0,39%), которые поглощают инфракрасное излучение. Эти «следовые» газы
вносят существенный вклад в потепление земной поверхности и атмосферы
из-за их способности сдерживать инфракрасное излучение, испускаемое
Земля (подробности о парниковом эффекте см. ниже). Поскольку эти следы
газы воздействуют на Землю примерно так же, как парник,
их называют
Парниковые газы, или ПГ.
Состав сухой атмосферы Земли (по состоянию на 2009 г.)
Азот | 78,1% |
Кислород | 20,9% |
Аргон | .9% |
Углекислый газ | .039% |
Метан | .00018% |
Закись азота | .000032% |
Гексафторид серы | .00000000067% |
Водяной пар является наиболее важным парниковым газом, так как в глобальном масштабе он является самым распространенным из этих газов.
хотя он варьируется от 0 до 3% в данном месте. NOAA
Группа парниковых газов углеродного цикла (CCGG)
обеспокоен обилием многих других парниковых газов, поскольку доминирующее
роль в росте концентрации этих газов в атмосфере. Газы, измеряемые CCGG, включают
углекислый газ
(второй по важности ПГ),
метан,
оксид азота,
гексафторид серы,
озон и некоторые другие. Пока эти газы
составляют лишь крошечную часть очень большой атмосферы Земли,
их количества достаточно, чтобы поглотить большую часть
инфракрасное излучение в атмосфере.
Влияющие парниковые газы
Углекислый газ (СО 2 )
представляет собой бесцветный газ без запаха, состоящий из молекул, состоящих из
два атома кислорода и один атом углерода. Углекислый газ производится
когда органическое соединение углерода (такое как древесина) или окаменелое
органическая материя,
(например, уголь, нефть или природный газ) сжигается в присутствии
кислород. Углекислый газ удаляется из атмосферы углеродом
двуокись
«раковины»,
такие как поглощение морской водой и фотосинтез
обитающий в океане планктон и наземные растения, включая леса и
луга.
Однако морская вода также
источник,
СО 2 в атмосферу вместе с наземными растениями, животными и почвами,
когда CO 2 выделяется при дыхании.
Метан (CH 4 ) представляет собой бесцветный нетоксичный газ без запаха, состоящий из молекул состоит из четырех атомов водорода и одного атома углерода. Метан это горючее и является основным компонентом природного газа. ископаемое топливо. Метан выделяется при разложении органических веществ в среды с низким содержанием кислорода. Природные источники включают водно-болотные угодья, болота болота, термиты и океаны. Человеческие источники включают в себя добыча ископаемого топлива и транспортировка природного газа, пищеварительные процессы у жвачных животных, таких как крупный рогатый скот, рис рисовые поля и захороненные отходы на свалках. Большая часть метана разбита вниз в атмосферу, реагируя с небольшими очень реактивными молекулы, называемые гидроксильными (ОН) радикалами.
Закись азота (N 2 O)
представляет собой бесцветный негорючий газ со сладковатым запахом, обычно
известный как «веселящий газ» и иногда используемый в качестве
анестетик.
Закись азота естественным образом образуется в океанах и
в тропических лесах. Искусственные источники закиси азота включают использование
удобрений в сельском хозяйстве, производстве нейлона и азотной кислоты,
автомобили с каталитическими нейтрализаторами и сжиганием органики.
Закись азота разрушается в атмосфере химическими
реакции, вызванные солнечным светом.
Гексафторид серы (SF 6 )
является чрезвычайно мощным парниковым газом. СФ 6 очень стойкий, со временем жизни в атмосфере более
тысяча лет. Таким образом, относительно небольшое количество SF 6 может оказать существенное долгосрочное воздействие на глобальное изменение климата.
СФ 6 создан человеком, и основной пользователь SF 6 является электроэнергетика. Из-за своей инертности и
диэлектрические свойства, это предпочтительный газ в промышленности для
электрическая изоляция, прерывание тока и гашение дуги (для
предотвращения пожаров) при передаче и распределении
электричество.
СФ 6 широко используется в высоковольтных автоматических выключателях и
распределительных устройств и в литейной промышленности магниевого металла.
Парниковый эффект
Источник: Barb Deluisi, NOAA
Многие из атмосферных следовые газы, несмотря на их относительно небольшое содержание, имеют большое влияние на Землю климат, из-за явления, называемого «Парниковый эффект».
Солнце в конце концов управляет климатом Земли, излучая энергию в виде солнечного света. Солнечный свет — это солнечное излучение в основном в виде видимого и меньшая часть как ультрафиолет (УФ) энергия. Это тоже называется коротковолновым излучением. Облака и поверхность Земли отражают часть этого поступающего солнечного излучения уходит обратно в космос (примерно 30%), часть (в основном УФ) поглощается атмосферой (около 20%), а оставшаяся половина поглощается на Земле поверхность. Солнечный свет, поглощаемый поверхностью Земли, согревает поверхность.
Источник: Барб Делуизи, NOAA
Солнечная энергия, которая
поглощается поверхностью Земли, а затем излучается в другом
форма.
Поскольку Земля намного холоднее Солнца, она излучает слабее
излучение с большей длиной волны, в инфракрасном диапазоне. Некоторые из
это инфракрасное излучение беспрепятственно проходит через атмосферу, но
большая часть поглощается ПГ, а затем повторно выбрасывается во все
направлениях – в космос, к другим молекулам ПГ и обратно в
Поверхность Земли. Таким образом, парниковые газы блокируют большую часть инфракрасного излучения.
излучение в атмосфере, которое в противном случае вырвалось бы напрямую
в космос.
Этот процесс является естественным и полезным, поскольку он поддерживает благоприятные условия жизни микробов, животных и обитателей растений. Средняя глобальная температура составляет 14°C (57°F), что примерно на 33°C (59°F) теплее, чем температуры были бы без атмосферы и парниковых газов. Из-за их способность поглощать инфракрасное излучение, молекулы ПГ обладают оказывает существенное влияние на климат Земли, выступая в качестве барьера для спасаясь от «тепла».
Уже более века,
ученые поняли, что концентрации атмосферных газов могут
существенно влияет на климат Земли посредством этого процесса.
Ученые измеряют выбросы парниковых газов в атмосферу уже более
50 лет. Чарльз Килинг начал непрерывные измерения CO 2 концентрации в 1958 году и другие, в том числе ученые NOAA,
последовали вскоре после этого. Сегодня существует однозначное научное
свидетельствуют о том, что содержание этих газов увеличивается в
атмосфера. Доказательства включают в себя десятилетия тщательно откалиброванного, глобального
измерения этих газовых примесей в сочетании с измерениями
«старый» воздух сохранился в пузырьках, заложенных в ядрах льда и
измерения углерода
изотопы,
в кольцах деревьев (из которых в прошлом
атмосферный CO 2 может быть реконструирован). Это увеличение
Атмосферные парниковые газы оказывают значительное влияние на климат Земли
потому что входящее и исходящее излучение Земли не сбалансировано
— что заставляет климат измениться.
Источник: Барб Делуизи, NOAA
По концентрации
ПГ увеличиваются в атмосфере, больше инфракрасного излучения
поглощается и меньше уходит прямо в космос, что приводит к усилению
потепление.
Это называется
Улучшенный парниковый эффект.
Примечание: этот атмосферный процесс называется парниковым эффектом, так как атмосфера и теплица действуют таким образом, что сохраняют энергию как нагревать. Однако это несовершенная аналогия. Тепличные работы в первую очередь за счет предотвращения теплого воздуха (нагретого поступающим солнечным излучением) близко к земле от подъема из-за конвекция, тогда как атмосферный парниковый эффект работает, предотвращая инфракрасное излучение потеря для космоса. Несмотря на это тонкое различие, мы ссылаемся на это атмосферный процесс как парниковый эффект и эти газы как Парниковые газы из-за их роли в нагревании Земли.
Круговорот углерода
Парниковые газы, CO 2 вызывает наибольшую озабоченность, поскольку вносит наибольший вклад в
Улучшенный парниковый эффект и
изменение климата.
По этой причине ученые (в NOAA и других местах) изучали этот
молекулу и пытается количественно определить ее количество в
атмосферу и отслеживать, как и почему она меняется.
СО 2 молекула участвует в сложной серии процессов, называемых
Углеродный цикл,
где
углерод
атом внутри молекулы
перемещается между множеством различных природных водоемов. Поскольку углерод
переданы между
водохранилища,
процессы, которые выделяют CO 2 в атмосферу называются источниками, а процессы, удаляющие
CO 2 из атмосферы называются поглотителями.
Углерод постоянно обменивается и перерабатывается в резервуарах через естественные
процессы. Эти процессы протекают с разной скоростью: от
краткосрочные колебания, которые происходят ежедневно и сезонно до очень
долгосрочные циклы, которые происходят в течение сотен миллионов лет. Для
например, существует четкий сезонный цикл содержания CO в атмосфере 2 как растения
фотосинтез
в период вегетации удаляют
большие количества CO 2 .
Дыхание
(от обоих растений
и животных) и
разложение
листьев, корней и органических
соединения выделяют CO 2 обратно в атмосферу.
По шкале
от десятилетий до столетий, уровни CO 2 колеблются
постепенно между океаном и атмосферными резервуарами по мере того, как океан
происходит перемешивание (между поверхностными и глубинными водами) и поверхностные
водообмен СО 2 с атмосферой.
Встречаются и гораздо более длительные циклы, в масштабе
геологическое время,
за счет отложения и выветривания карбонатных и силикатных пород.
Карбонатные породы, подобные известняку, образуются из раковин морских
организмы, захороненные на дне океана, и они подвергаются химической эрозии
по реакции с CO 2 (помните, что CO 2 смешанный
с водой – кислота) в воздухе и в почвах. Силикатная порода реагирует
с карбонатной породой глубоко под землей, производящей газ CO 2 выходя из вулканов.
Ископаемое топливо
составляют относительно небольшую часть этих естественных геологических циклов.
Углеродные резервуары и обмен
В масштабах времени большинства
интерес к человеку (годы, десятилетия, столетия) атмосфера
обменивается углеродом с тремя основными резервуарами:
наземная биосфера,
океаны и ископаемое топливо.
Источник: NOAA
Земная биосфера
Источник: НОАА Земной
биосфера определяет часть земной системы, которая поддерживает
организмы, живущие на суше, и включает в себя растения, животных, почву
микробы и разлагающиеся органические вещества. Поскольку углерод является основным
компонент органических молекул, которые являются строительными блоками для всех
жизни, большое количество органического материала хранится в земной
биосфера — это один из главных резервуаров углерода. Кроме того,
происходит большой сезонный обмен углеродом между
земная биосфера и атмосфера. Поверхностные обмены (или
«флюсы»
) возникают в результате жизнедеятельности организмов
земной биосферы, и к ним, естественно, относятся как источники, так и
тонет. Некоторые из основных источников земной биосферы
атмосферный СО 2 включая дыхание наземным путем
биота
(растения, животные, микроорганизмы, люди и т. д.), а также сжигание и
разложение органического вещества. Удаление атмосферного CO 2 в земной биосфере происходит посредством фотосинтеза.
Растения
использовать CO 2 из атмосферы для создания пищи в виде
органические вещества, которые, в свою очередь, становятся пищей для микробов, грибков,
насекомых и высших организмов. Деятельность человека имеет значительное
влияние на способность земной биосферы удалять или испускать
углекислого газа с помощью таких методов, как
вырубка леса
и другие формы землеустройства.
Океаны
Источник: НОАА Океаны непрерывно
обмен CO 2 с атмосферой. Из-за большой поверхности
площадь Мирового океана и высокая растворимость углекислого газа в воде
(что создает
угольная кислота
), океаны хранят очень большие
количество углерода — примерно в 50 раз больше, чем в атмосфере
или земной биосферы. Каждый год часть этого углерода высвобождается
в атмосферу, и такое же количество попадает обратно в
океанов (хотя оба процесса могут происходить в разных частях
Мировой океан). Кроме того, организмы внутри
морская биосфера
фотосинтез и вдыхание CO 2 .
Из-за
медленная скорость смешения поверхностных и глубинных вод океана, только
поверхностные воды ответственны за кратковременные изменения атмосферного
СО 2 . Поскольку концентрация CO 2 в атмосфере
увеличивается, сток океана также немного увеличивается. Океаны будут
в конечном итоге поглощают большую часть CO 2 , выделяемого из
деятельности человека, но на это уйдут тысячи лет. СО 2 в виде угольной кислоты является слабой кислотой, и существуют глубокие
воздействие на морские экосистемы из-за повышения кислотности
океаны.
Ископаемое топливо
Источник: EPA
В течение
миллионы лет, как биомасса от мертвых растений и микроорганизмов
накапливалась в отложениях и подвергалась воздействию высоких температур и
давление глубоко под поверхностью Земли, органические остатки от
биосфера
(как наземные, так и морские) были преобразованы в
ископаемое топливо (уголь, нефть и природный газ). Однако, поскольку
начало
Индустриальная революция
в 1800-х годах люди
сжигали эти ископаемые виды топлива, высвобождая из них углерод
обратно в атмосферу в виде CO 2 .
Процессы, которые заняли
миллионы лет, чтобы удалить углерод из биосферы
поменялись местами, так что один и тот же углерод высвобождается в
беспрецедентные темпы в результате деятельности человека. Атмосферный CO 2 уровней увеличились на 38% [по состоянию на 2009 год] с тех пор, как
доиндустриальный
раз и выше, чем когда-либо за последние 800 000 лет.
В настоящее время атмосферный Уровни CO 2 продолжают расти с ускорением по мере люди сжигают ископаемое топливо с возрастающей скоростью. С точки зрения человека, CO 2 выбрасывается при сгорании ископаемого топлива (вместе с цементом производства и другой деятельности человека) остается «навсегда» из-за к стабильности и долговечности CO 2 в пределах атмосфера и океаны. Это будет иметь серьезные последствия для Земная система, как результат радиационного дисбаланса от Enhanced Парниковый эффект заметно изменит глобальный климат на веков до тысячелетий.
Источник: Боден Т.