какое соединение присутствующее в атмосфере земли улавливает наибольшую долю ее теплового излучения

Парниковый эффект: для чего он нужен и как влияет на изменение климата

Что такое парниковый эффект?

Парниковый эффект — это естественное явление, которое повышает температуру на нашей планете для комфортного существования.

Как он возникает? На нашу планету поступает солнечная радиация, которая нагревает поверхность. Излучение от солнца коротковолновое, поэтому парниковые газы, которые находятся вокруг Земли, свободно пропускают его. Какую-то незначительную часть солнечного света могут отразить обратно аэрозоли, которые находятся вместе с парниковыми газами в атмосфере Земли.

В свою очередь, когда планета нагревается, она отдает тепловую радиацию — инфракрасное излучение (длинные волны). Но так как излучение длинноволновое, то парниковые газы не дают полностью ему улететь в космос. Частично тепловому излучению все же удается обойти парниковые газы, но значительная доля отражается обратно, что и повышает температуру на Земле.

Первым, кто описал парниковый эффект, стал французский ученый Жан-Батист Жозеф Фурье в 1824 году, его же называют автором термина.

Какие на Земле есть основные парниковые газы

Углекислый газ (CO₂) — считается важнейшим парниковым газом антропогенного происхождения. Углекислый газ возникает и естественным путем при круговороте углерода, но именно человек увеличил его концентрацию в атмосфере на 47% с момента индустриальной революции. [1]

Закись азота (N₂O) образуется при сжигании твердых отходов и ископаемого топлива. Значительная часть N₂O идет от сельского хозяйства.

Синтетические химические вещества, например, гидрофторуглероды, галогенированные углеводороды, гексафторид серы и другие синтетические газы. Основной источник — это химическая промышленность.

Озон (O₃) — естественным образом встречается в стратосфере и тропосфере Земли и не вызывает значительного парникового эффекта. [2]

Водяной пар — по объему занимает первое место среди всех парниковых газов, однако прямые выбросы водяного пара влияют на парниковый эффект наименьшим образом. [3]

Самый сильный парниковый эффект в Солнечной системе существует на Венере. Атмосфера планеты практически полностью состоит из углекислого газа, поэтому температура на поверхности Венеры достигает 475℃.

Причины парникового эффекта

Земля постоянно получает и отдает энергию. По закону сохранения энергии все это должно пребывать в радиационном балансе. Но человек своими действиями вывел систему из баланса. Когда объем парниковых газов увеличивается, они все чаще и чаще не позволяют теплу покинуть атмосферу Земли. Получается, что даже то инфракрасное излучение, которое когда-то улетало в космос, теперь частично остается с нами — глобальная температура повышается.

Ученые пришли к выводу, что средняя температура на Земле выросла на 1,1℃ с конца XIX века. [5] Разница всего в 4℃ ранее приводила к ледниковым эпохам, поэтому эта цифра не такая уж и маленькая. Сложился научный консенсус, что в резком росте парниковых газов в атмосфере виновата хозяйственная деятельность человека. [6]

Что усиливает парниковый эффект:

Наибольший парниковый эффект вызывает сжигание топлива, его добыча и транспортировка, производство сырья (цемент, сталь и другие металлы), пищевая промышленность, захоронение и сжигание отходов. На них приходится примерно 70% всех глобальных антропогенных выбросов. [7]

Ученые вывели потенциал глобального потепления, который позволяет сравнить климатические эффекты парниковых газов за различные периоды времени. Например, 1 кг метана поглощает тепловое излучение в 84 раза лучше, чем 1 кг CO₂, если брать 20-летний период. [8]

У газов разное время жизни, например, у метана оно составляет около 12 лет, у N₂O — 114 лет. [9] Часть антропогенных выбросов углекислого газа удаляются из атмосферы в течении нескольких десятилетий, но значительная часть остается в атмосфере вплоть до нескольких тысячелетий.

Последствия парникового эффекта

Изменение температуры прямо пропорционально радиационному воздействию. Ученые уже подсчитали, что если количество CO₂ удвоится, это вызовет потепление от 1,5°C до 4,5°C — это так называемая чувствительность климата. Уже сейчас концентрация углекислого газа в 1,5 раза выше доиндустриального уровня. [10]

Некоммерческий исследовательский центр Oxford Economics опубликовал исследование о влиянии глобального потепления на экономику. Ученые взяли за основу показатель оптимальной температуры, при которой люди работают максимально производительно, а сельскохозяйственные культуры дают наибольший урожай. Эксперты определили этот показатель в 15°C. Государства, в которых среднегодовая температура ниже этого значения, могут получить небольшие преимущества от потепления. Страны с более жарким климатом, наоборот, понесут ущерб.

В ходе исследования специалисты из Oxford Economics проанализировали данные о положении в 203 развитых и развивающихся странах и спрогнозировали падение мирового ВВП на 20% к 2100 году. Такой вывод основан на предположении, что средняя температура продолжит расти с такой же скоростью, что и сейчас (примерно на 0,2°C в десятилетие). Выводы специалистов из Oxford Economics подтверждают результаты более раннего исследования, которое в 2015 году опубликовали ученые из Стэнфордского университета и Калифорнийского университета в Беркли.

По мнению экспертов из Oxford Economics, больше всего пострадает экономика Индии: ВВП на душу населения в стране упадет на 90% к 2100 году, если выбросы парниковых газов в атмосферу не снизятся. Специалисты также предположили, каким мог бы быть этот показатель в разных странах, если бы средняя температура была на 1,1°C ниже. Согласно прогнозу, он был бы значительно выше. Например, ВВП на душу населения в Нигерии мог бы быть на 35% больше, чем сейчас.

Пути решения

Существует множество путей решения проблемы, которые можно условно разделить на фантастические и реальные.

К фантастическим относится предложение распылить частички серебра в стратосфере, чтобы те отражали как можно больше солнечного света. Так Солнце не будет нагревать нашу планету, а та в свою очередь меньше будет отдавать тепла. По этой же причине некоторые ученые предлагают искусственно вызывать облака, так как они способны отражать солнечный свет, поступающий на Землю. [11]

Что можно реально делать уже сейчас, чтобы парниковый эффект не навредил нам в будущем:

Источник

Парниковые газы в атмосфере и их влияние на климат Земли

Парниковые газы – это газы с высокой прозрачностью в видимой части теплового инфракрасного диапазона. Концентрации углекислого газа, метана, озона и закиси азота являются основными парниковыми газами Земли.

Увеличение их в нижних слоях атмосферы ведет к чрезмерному парниковому эффекту, что является основной причиной глобального потепления и предвестником экологической катастрофы.

Что такое парниковый эффект

Естественное явление, которое приводит к увеличению концентраций в воздухе парниковых газов и повышению температуры на поверхности планеты получило название парникового эффекта.

Из-за этого нижние слои в атмосфере нагреваются, а, следовательно, температура окружающего воздуха повышается, нарушая допустимые нормы.

Подобное явление напоминает обыкновенный парник или теплицу, которые удерживают тепло на огороде. Роль плёнки в этом случае играет углекислый газ, концентрация которого постоянно растет.

Причины парникового эффекта

Изменение теплового баланса на планете происходит из-за превышения выбросов определенных газов, в результате их накопление в слоях атмосферы приводит к развитию парникового эффекта. Это накопление и является главной причиной данного явления.

Постоянное воздействие солнечной радиации и тепловой энергии на нашу планету нагревают поверхность Земли до определенной температуры. Часть этого тепла отражается, а некоторая доля поглощается парниковыми газами, что в свою очередь приводит к повторному излучению.

Таким образом по закону сохранения энергии должна складываться сбалансированная и рациональная система обмена. Но радиационный баланс нарушает деятельность человека, которая пагубно влияет на состав воздуха Земли, что ведет к необратимым последствиям.

Выделение углекислого газа, метана, закиси азота, хлорфторуглеродов, а также выброс их в атмосферу провоцируют следующие виды деятельности человека:

Источники парниковых газов

Различают две категории источников выбросов:

Естественные

В начале формирования климата Земли, источниками были естественные природные процессы, например, парниковый эффект распространялся вследствие активной вулканической деятельности. Огромные массы выбросов водяного пара и углекислого газа задерживались в атмосфере.

При этом наблюдался гиперпарниковое воздействие, которое нагревало поверхность Мирового океана.

Только благодаря зеленой растительности, поглощающей в результате фотосинтеза углекислый газ из атмосферы, удалось стабилизировать температурный режим планеты.

Антропогенные

Однако в процессе глобальной индустриализации появилось большое количество промышленных производств, заводов и электростанций, которые вызвали изменение всего процесса и в отдельности химического состава парниковых газов.

Некоторые из газов выделяются естественным путем в результате масштабных лесных пожаров, извержения вулканов и биологических процессов.

В ходе промышленной революции на рубеже 19-20 вв., люди засоряли атмосферу колоссальным количеством выбросов газа. Подобное увеличение стало отправной точкой к чрезмерному накоплению.

Основные парниковые газы

Индустриальное развитие и экономическая деятельность человека ведет к постоянно растущему образованию примесей, создающих губительный парниковый эффект.

Водяной пар

Одним из основных газов природного происхождения является водяной пар, составляющий 60% от всего парникового явления.

Главной причиной в образовании этой глобальной проблемы стало повышение температуры воздуха, что привело к увеличению содержащейся в атмосфере влаги при сохранении относительной влажности.

Именно это и стало толчком для усиления парникового эффекта, а температура продолжает расти и по сей день. На сегодня температура на 1,5ºС больше нормы и, если гипотетически остановить все заводы мира, выбрасывающие вредные газы, то она еще не изменится в течение 20 лет.

Это говорит о серьезности проблемы.

Углекислый газ

Но самое неблагоприятное влияние на климат оказывает углекислый газ (СО2), источниками которого становятся вулканы с их выбросами и человек со своей активной деятельностью.

Растительность, поглощающая СО2 в процессе фотосинтеза, является самым важным, созданным природой хранилищем этого газа.

Тропосферный озон

Принадлежащий к числу парниковых газов озон в слоях тропосферы, непосредственно влияет на наш климат через поглощение волн радиации Земли и Солнца.

Посредством химических реакций, он изменяет объемы прочих парниковых газов, к примеру, метана (CH4). Тропосферный озон отвечает за образование важного окислителя парниковых газов – радикала ОН.

Метан

В качестве антропогенных источников CH4 выступают пищеварительная ферментация муската, рисоводство, горение больших объемов биомассы.

Публикация «Глобальный бюджет по метану на 2000–2017 годы» в научном журнале.

Он гораздо вреднее CO2, но содержание данного газа в атмосфере гораздо меньше.

Антропогенные парниковые газы

Остальные газы антропогенного происхождения – это оксид азота и фреоны. Они также потенциально опасны для нашей экологии, хотя воздействия их в существующих концентрациях в настоящее время изучено не до конца.

Фреоны

Фреоны или хладагенты, представляют собой углеводороды с различными характеристиками, без которых невозможна работа современных холодильных установок, а без холодильников жизнь для современного человека очень сильно усложнится.

Источниками фреонов и хладонов являются также рефрижераторные установки, системы кондиционирования воздуха и аэрозоли (дезодоранты и прочие).

Исследования показывают, что хлор и бром, которые содержат фреоны, разрушительно действуют на озоновый слой, образуя при этом некие озоновые дыры. Учитывая защитную функцию озона в задержке ультрафиолетового излучения от солнца, приходит понимание опасности истончения слоя – ультрафиолет губителен для нас.

Оксиды азота

Оксиды азота находятся в атмосфере благодаря естественным биологическим реакциям в почве и воде.

Свою лепту в выделение N2O в воздух способствует и само производство минеральных удобрений.

Галогенированные углеводороды

Галогенированные углеводороды – это некоторая органическая связка «углерод-галоген». Получение этих соединений происходит в результате промышленного синтеза.

Галогенирование ароматических углеводородов.

Хоть и концентрации достаточно малы, но имеют высокий потенциал глобального потепления (ПГП). К тому же их количество в связи с активной деятельностью человека ежегодно растет, оказывая негативное влияние на биогеоценоз (совокупность живых организмов) нашей планеты.

Эмиссия

Для контроля за эмиссией парниковых газов была сформирована специальная система мониторинга, отчетности и проверки объема выбросов.

В ходе работы данной системы был разработан способ снижения эмиссии парниковых газов. Он заключался в широком применении преимущественно альтернативных источников энергии, таких как ветровые и солнечные энергоустановки.

Важно отметить, что вопрос эмиссии парниковых газов является актуальным для множества государств и тем самым приобретает мировой характер. Регулярно проводятся межгосударственные сравнения депонирования и антропогенной эмиссии парниковых газов.

Диаграмма стратегии снижения выбросов парниковых газов в России.

Оценки и показатели эмиссии CO2, основанные на материалах по лесам и болотам различных государств, а также свободной статистики парниковых газов по материалам совещания в Киото 1997 года, регулярно фиксируются мировым сообществом.

Карта выбросов

На просторах интернета существуют различные сервисы и приложения для наблюдений за выбросами. Мониторинг представлен как в реальном времени, так и в архивном варианте.

Выше представлен снимок ситуации по выбросам в территории Европы, согласно подстанциям, фиксирующим данные значения.

Как рассчитываются выбросы парниковых газов

Расчет и оценка выбросов в атмосферу парниковых газов имеет сложные формы и методики. В рамках общего среднего рассмотреть их все затруднительно, поэтому воспользуемся небольшой методикой расчета выбросов от сжигания топлива автомобилями.

Расчет выбросов в ДВС производится с учетом типа ДВС.

Формула выглядит следующим образом:

Согласно таким методикам, при ежедневном пробеге в 100 км одним автомобилем, выбрасывается 121 г СО2 на 1 км. Например, за всего лишь один рейс самолет выкидывает в атмосферу в среднем 7 тонн газов.

Что способствует усилению парникового эффекта

Усилению способствует изменения в климате, которое заключается в изменении температуры и интенсивности выпадающих осадков.

Из-за глобального потепления тают ледники и повышается уровень моря, возникают угрозы биологическому разнообразию, гибнут посевы, пропадают различные источники пресной воды.

Однако более опасной проблемой парниковый эффект станет в будущем, достигнув угрозы всеобщей экологической катастрофы. Многие территории нашей планеты и так склонные к засухе станут абсолютно не жизнеспособными, люди начнут массово мигрировать в другие регионы.

Это неизбежно приведёт к социально-экономическим проблемам. Кроме того, произойдёт следующее:

Влияние на климат

Парниковый эффект – это глобальный экоресурс, оказывающий влияние на климат.

Он безусловно вызовет климатические изменения, которые могут сопровождаться смешением климатических зон, что приведет к уменьшению отражающей способности поверхности земли, ледников и водоёмов.

Атмосфера станет непроницаемой для теплотрассы, и последствия приобретут глобальный характер.

Неизбежное повышение температуры воздуха и уровня Мирового океана в результате таяния ледников и морских льдов приведёт к тепловому расширению вод океана.

Воздействие на человека

Данные климатические изменения окажут сильнейшее воздействие на человека.

Активизируются процессы заболачивания, и ухудшится состояние лесных массивов. Данные последствия приведут к большим проблемам коммуникации и нарушат промышленные процессы, необходимые для поддержания жизнедеятельности человека.

Изменение климата приведет к ухудшению здоровья людей. Резкие смены температурный баланса, изменение влажности или наоборот засушливости приведет к массовой сонливости, недомоганию, обострению сердечно-сосудистых, респираторных и других заболеваний.

Так, сокращение производства продуктов питания неизбежно приведет к недоеданию и голоду.

Ярким примером последствий воздействия парникового эффекта является засуха в Африке.

Повышение температуры создаст благоприятную атмосферу для размножения опасных для человека животных и насекомых (например, энцефалитных клещей и малярийных комаров), являющихся переносчиками опаснейших заболеваний.

Таким образом, можно сделать вывод, что последствия парникового эффекта напрямую взаимосвязаны с человеком и его жизнедеятельностью. Если люди не будут придавать огласке данную экологическую проблему и не попытаются решить ее совместными усилиями, то это приведёт к гарантированному уничтожению всего живого на нашей планете.

Меры по снижению парникового эффекта

Наиболее эффективными мерами по снижению парникового эффекта на сегодняшний день являются:

Текущее состояние климата и прогнозы

Изменение климата на Земле уже ярко выражено: аномальная жара в регионах, суровые зимы в местах, где раньше этого не замечалось.

По проведенным исследованиям ученых, 2015 год отметился увеличением средней температуры на 1,02 градуса. Она оказалась выше той температуры, которая фиксировалась в 19 веке, когда только начинались наблюдения за температурными наблюдениями. Этот порог, всего лишь в 1 градус, был превышен впервые за все наблюдения.

Многие ученые считают, что к такому повышению привела деятельность человека. Отмечено, что за первое десятилетие 21 века наблюдался самый массовый рост выбросов в атмосферу за последние 30 лет.

Всемирная метеорологическая организация отметила, что уже через 4 года, концентрация парниковых газов побила антирекорды.

Модель прогноза глобального потепления.

На сегодня имеются положительные сдвиги в этих вопросах. Учёные отмечают роль возникшей пандемии COVID-19, которая затормозила негативные парниковые процессы. Производство встало, спрос на уголь и нефть значительно снизился, пробег автомобилей резко упал, перелёты и различные поездки в путешествия свелись к минимуму.

Все это существенно сократило выбросы главного парникового газа – диоксида углерода. Однако данная положительная динамика носит временный и неустойчивый характер, так как пандемия уже сейчас постепенно идёт на спад, а резкое возобновление и нарастание производства, чтобы вернуться хотя бы к прежним показателям, сыграет еще более пагубным воздействиям.

Прогнозы учёных тем временем весьма неутешительны. Они утверждают, что отсутствие или вялотекущая работа по охране среды государств, приведет к повышению среднегодовой температуры на 3,7-4,8 С уже к 2100 году.

В борьбу за сохранение климата на Земле, помимо ООН, включились и знаменитости. Так голливудский актер Леонардо де Каприо жертвует свои гонорары в различные экологические мероприятия.

В своих блогах и соцсетях он акцентирует внимание сообщества на катаклизмы, подчеркивая халатное отношение некоторых руководителей на существующие проблемы. В результате титанических усилий официальных лиц на обращение внимания на данные проблемы происходят некоторые сдвиги в положительную сторону.

Положительное воздействие на климат произошло благодаря установке современных очистных сооружений на заводах, прекращению сжигания попутных газов, закрытию части предприятий из-за кризиса.

Проблема в России

Россия активно участвует во всемирных программах по борьбе с выбросами парниковых газов, оказывающих отепляющее влияние на климат. В рамках Киотского протокола и Рамочной конвенции ООН наша страна принимает комплекс мер, направленных на решение экологической проблемы.

Однако, согласно официальным данным, в настоящий момент Россия находится на уровне выбросов около 52% от показателей 1990 года.

Достаточно серьезны социальные последствия изменения климата для России. В ряде регионов России участились засухи, изменился паводковый режим, увеличиваются площади заболоченных земель, сокращаются зоны уверенного земледелия. Все это наносит значительный урон относительно бедным слоям населения, связанным с аграрным сектором.

Интересные факты о парниковом эффекте

Явление парникового эффекта помимо Земли существует и на других планетах. Так, на Венере зафиксирован сильнейший парниковый эффект. Учёные считают, что гиперболизация и усиление этого эффекта происходит из-за отсутствия океанов и морей на планете.

Поверхность планеты Венера.

В результате такого сильного парникового эффекта атмосфера Венеры практически полностью состоит из углекислого газа и разогревается до 475С.

Парниковый эффект необходим для поддержания нормальной температуры на Земле. Если бы данного явления не было, то температура была бы всегда минусовой и жизнь на планете оказалась невозможна.

Согласно исследованиям синоптиков, к 2080 году климат в Сибири может сильно измениться. Термометр начнёт показывать преимущественно плюсовые значения. В Сибири потеплеет. Количество осадков вырастет на 140 мм в год, а площадь вечной мерзлоты сократится в несколько раз.

Впервые о парниковом эффекте заговорили в 1827 году. Именно тогда учёный Жозефом Фурье изложил механизм скопления парниковых газов и образования вследствие парникового эффекта.

Геологи утверждают, что сегодняшние тенденции потепления повлияют в будущем на уровень моря. Он повысится на 20-60 сантиметров к концу столетия.

Согласно подсчётам исследователей, арктические льды сократились на 15% с 1950 года, а средняя продолжительность их существования сократилась.

Источник