Понятие «парниковый эффект» хорошо известно всем садоводам и огородникам. Внутри парника температура воздуха выше, чем на открытом воздухе, что дает возможность выращивать овощи и фрукты даже в холодное время года.


Похожие явления происходят и в атмосфере нашей планеты, однако имеют более глобальные масштабы. Что же такое парниковый эффект на Земле и какие последствия может иметь его усиление?

Что такое парниковый эффект?

Парниковый эффект – это рост среднегодовой температуры воздуха на планете, происходящий за счет смены оптических свойств атмосферы. Легче понять суть этого явления можно на примере обычного парника, который имеется на любом приусадебном участке.

Представьте себе, что атмосфера – это стеклянные стены и крыша теплицы. Как и стекло, она с легкостью пропускает сквозь себя солнечные лучи и задерживает излучение тепла от земли, не давая ему уходить в космос. В результате тепло остается над поверхностью и нагревает приземные слои атмосферы.

Почему возникает парниковый эффект?

Причина появления парникового эффекта заключается в разнице между излучениями, и земной поверхности. Солнце с его температурой 5778 °С дает преимущественно видимый свет, весьма чувствительный для наших глаз. Поскольку воздух способен пропускать этот свет, солнечные лучи с легкостью проходят сквозь него и нагревают земную оболочку. Предметы и объекты у поверхности имеют среднюю температуру около +14…+15 °С, поэтому излучают энергию в инфракрасном диапазоне, не способную проходить через атмосферу в полном объеме.


Впервые подобный эффект был смоделирован физиком Филиппом де Соссюром, который выставил на солнце накрытый стеклянной крышкой сосуд, а после измерил разницу температур внутри него и снаружи. Внутри воздух оказался теплее, будто сосуд получил извне солнечную энергию. В 1827 году физик Жозеф Фурье высказал предположение, что такой эффект может происходить и с атмосферой Земли, оказывая влияние на климат.

Именно он сделал вывод, что температура в «парнике» повышается за счет различной прозрачности стекла в инфракрасном и видимом диапазоне, а также благодаря предотвращению стеклом оттока теплого воздуха.

Как парниковый эффект влияет на климат планеты?

При неизменных потоках солнечной радиации климатические условия и среднегодовая температура на нашей планете зависят от ее теплового баланса, а также от химического состава и температуры воздуха. Чем выше уровень парниковых газов у поверхности (озона, метана, диоксида углерода, водяного пара), тем выше вероятность усиления парникового эффекта и, соответственно, глобального потепления. В свою очередь уменьшение концентрации газов ведет к снижению температуры и появлению ледяного покрова в полярных районах.


Благодаря отражательной способности земной поверхности (альбедо) климат на нашей планете не раз переходил от стадии потепления к стадии похолодания, поэтому сам по себе парниковый эффект особой проблемы не представляет. Однако в последние годы в результате загрязнения атмосферы выхлопными газами, выбросами ТЭЦ и различных заводов на Земле наблюдается увеличение концентрации углекислого газа, что может привести к глобальному потеплению и негативным последствиям для всего человечества.

Какие последствия парникового эффекта?

Если за последние 500 тысяч лет концентрация диоксида углерода на планете никогда не превышала 300 промилле, то в 2004 году этот показатель составил 379 промилле. Чем грозит это нашей Земле? Прежде всего, ростом окружающей температуры и катаклизмами глобальных масштабов.

Таяние ледников может значительно повысить уровень мирового океана и вызвать тем самым затопление прибрежных районов. Считается, что через 50 лет после усиления парникового эффекта на географической карте может не остаться большинства островов, все морские курорты на материках исчезнут под толщей океанской воды.


Потепление на полюсах способно изменить распределение осадков по всей территории земли: в одних районах их число увеличится, в других уменьшится и приведет к засухе и опустыниванию. Негативным последствием роста концентрации парниковых газов выступает также разрушение ими озонового слоя, что уменьшит защиту поверхности планеты от ультрафиолетовых лучей и приведет к разрушению ДНК и молекул в человеческом организме.

Расширение озоновых дыр к тому же чревато потерей многих микроорганизмов, в частности, морского фитопланктона, что может оказать существенное влияние на животных, которые им питаются.

Парниковый эффект — это явление в атмосферных слоях нашей планеты, которые на прямую влияет на климатические условия Земли. Он характеризуется повышением температуры в нижних атмосферных слоях нашей Земли в сравнении с температурой теплового излучения нашей планеты, которую можно наблюдать их самого космоса. Парниковый эффект считается одной из глобальных проблем экологии. Из-за него, тепло, что излучается солнцем задерживается в виде оранжерейных газов у поверхности Земли и это может привести к глобальному потеплению.

Парниковый эффект или по простому — тепличный эффект, заключается в проникновении коротковолновых излучений Солнца до поверхности Земли, и всему способствует углекислый газ. Из-за этого тепловое длинноволновое излучение Земли задерживается. Через эти действия, осуществляется длительный нагрев нашей атмосферы.

Суть парникового эффекта можно рассматривать как большое повышение глобальной температуры нашей Земли, которое вероятнее всего произойдет из-за значительных изменений теплового баланса. Такой процесс может обусловить появление в нашей атмосфере парниковых газов, что очень вредно для организма.

Самой явной причиной появления парникового эффекта , является попадание промышленных газов в атмосферу. Данный эффект случается в большей степени из-за вмешательства человека: частые лесные пожары, автомобильные выбросы, сжигание топлива, работа предприятий — это все явные причины потепления климата. Нельзя рубить деревья, выведение лесов это самая явная причина появления тепличного эффекта, так как именно деревья поглощают в большем количестве углекислый газ.

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.

Введение

1. Парниковый эффект: исторические сведения и причины

1.1. Исторические сведении

1.2. Причины

2. Парниковый эффект: механизм образования, усиление

2.1. Механизм парникового эффекта и его роль в биосферных

процессах

2.2. Усиление парникового эффекта в индустриальную эпоху

3. Последствия усиления парникового эффекта

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Основным источником энергии, поддерживающим жизнь на Земле, является солнечная радиация - электромагнитное излучение Солнца, проникающее в земную атмосферу. Солнечная энергия поддерживает также и все атмосферные процессы, которые определяют смену сезонов: весна-лето-осень-зима, а также изменения погодных условий.

Около половины солнечной энергии приходится на видимую часть спектра, которую мы воспринимаем как солнечный свет. Эта радиация достаточно свободно проходит через земную атмосферу и поглощается поверхностью суши и океанов, нагревая их. Но ведь солнечная радиация поступает на Землю ежедневно в течение многих тысячелетий, почему же в таком случае Земля не перегревается и не превращается в маленькое Солнце?

Дело в том, что и земля, и водная поверхность, и атмосфера в свою очередь тоже испускают энергию, только уже в несколько иной форме - как невидимое инфракрасное, или тепловое, излучение.

В среднем же достаточно длительное время в космическое пространство уходит ровно столько энергии в виде инфракрасного излучения, сколько ее поступает в виде солнечного света. Таким образом, устанавливается тепловое равновесие нашей планеты. Весь вопрос в том, при какой температуре установится это равновесие. Если бы атмосферы не было, средняя температура Земли составляла бы -23 градуса. Защитное действие атмосферы, поглощающей часть инфракрасного излучения земной поверхности, приводит к тому, что в действительности эта температура составляет +15 градусов. Повышение температуры - суть следствие парникового эффекта в атмосфере, который усиливается с увеличением количества углекислого газа и водяного пара в атмосфере. Эти газы лучше всего поглощают инфракрасную радиацию.

В последние десятилетия в атмосфере все больше и больше увеличивается концентрация углекислого газа. Это происходит оттого; что с каждым годом увеличиваются объемы сжигания ископаемого топлива и древесины. Вследствие этого средняя температура воздуха у поверхности Земли повышается примерно на 0,5 градуса за столетие. Если нынешние темпы сжигания топлива, а значит, и повышение концентрации парниковых газов сохранятся и в дальнейшем, то, по некоторым прогнозам, в следующем столетии ожидается еще большее потепление климата.

1. Парниковый эффект: исторические сведения и причины

1.1. Исторические сведения

Идея о механизме парникового эффекта была впервые изложена в 1827 году Жозефом Фурье в статье «Записка о температурах земного шара и других планет», в которой он рассматривал различные механизмы формирования климата Земли, при этом он рассматривал как факторы, влияющие на общий тепловой баланс Земли (нагрев солнечным излучением, охлаждение за счёт лучеиспускания, внутреннее тепло Земли), так и факторы, влияющие на теплоперенос и температуры климатических поясов (теплопроводность, атмосферная и океаническая циркуляция).

При рассмотрении влияния атмосферы на радиационный баланс Фурье проанализировал опыт М. де Соссюра с зачернённым изнутри сосудом, накрытым стеклом. Де Соссюр измерял разность температур внутри и снаружи такого сосуда, выставленного на прямой солнечный свет. Фурье объяснил повышение температуры внутри такого «мини-парника» по сравнению с внешней температурой действием двух факторов: блокированием конвективного теплопереноса (стекло предотвращает отток нагретого воздуха изнутри и приток прохладного снаружи) и различной прозрачностью стекла в видимом и инфракрасном диапазоне.

Именно последний фактор и получил в позднейшей литературе название парникового эффекта - поглощая видимый свет, поверхность нагревается и испускает тепловые (инфракрасные) лучи; поскольку стекло прозрачно для видимого света и почти непрозрачно для теплового излучения, то накопление тепла ведёт к такому росту температуры, при котором количество проходящих через стекло тепловых лучей достаточно для установления теплового равновесия.

Фурье постулировал, что оптические свойства атмосферы Земли аналогичны оптическим свойствам стекла, то есть её прозрачность в инфракрасном диапазоне ниже, чем прозрачность в диапазоне оптическом.

1.2. Причины

Суть парникового эффекта состоит в следующем: Земля получает энергию от Солнца, в основном, в видимой части спектра, а сама излучает в космическое пространство, главным образом, инфракрасные лучи.

Однако многие содержащиеся в ее атмосфере газы - водяной пар, СО2, метан, закись азота и т. д. - прозрачны для видимых лучей, но активно поглощают инфракрасные, удерживая тем самым в атмосфере часть тепла.

В последние десятилетия содержание парниковых газов в атмосфере очень сильно выросло. Появились и новые, ранее не существовавшие вещества с "парниковым" спектром поглощения - прежде всего фторуглеводороды.

Газы, вызывающие парниковый эффект, - это не только диоксид углерода (CO2). К ним также относятся метан (CH4), закись азота (N2O), гидрофторуглероды (ГФУ), перфторуглероды (ПФУ), гексафторид серы (SF6). Однако именно сжигание углеводородного топлива, сопровождающееся выделением CO2, считается основной причиной загрязнения.

Причина быстрого роста количества парниковых газов очевидна, - человечество сейчас сжигает за день столько ископаемого топлива, сколько его образовывалось за тысячи лет в период образования месторождений нефти, угля и газа. От этого «толчка» климатическая система вышла из «равновесия» и мы видим большее число вторичных негативных явлений: особо жарких дней, засух, наводнений, резких скачков погоды, причем именно это и наносит наибольший урон.

Согласно прогнозам исследователей, если ничего не предпринимать, мировые выбросы CO2 в течение ближайших 125 лет вырастут вчетверо. Но нельзя забывать и о том, что значительная часть будущих источников загрязнения еще не построена. За последние сто лет температура в северном полушарии увеличилась на 0,6 градуса. Прогнозируемый рост температуры в следующем столетии составит от 1,5 до 5,8 градусов. Наиболее вероятный вариант - 2,5-3 градуса.

Однако изменения климата - это не только повышение температуры. Изменения касаются и других климатических явлений. Не только сильная жара, но и сильные внезапные заморозки, наводнения, сели, смерчи, ураганы объясняют эффектами глобального потепления. Климатическая система слишком сложна, чтобы ожидать от нее равномерного и одинакового изменения во всех точках планеты. И главную опасность ученые видят сегодня именно в росте отклонения от средних значений - значительных и частых колебаний температуры.

2. Парниковый эффект: механизм, усиление

2.1 Механизм парникового эффекта и его роль в биосферных процессах

Основным источником жизни и всех природных процессов на Земле является лучистая энергия Солнца. Энергия солнечной радиации всех длин волн, поступающая на нашу планету в единицу времени на единицу площади, перпендикулярной солнечным лучам, называется солнечной постоянной и составляет 1,4 кДж/см2. Это лишь одна двухмиллиардная доля энергии, излучаемой поверхностью Солнца. Из общего количества солнечной энергии, поступающей на Землю, атмосфера поглощает -20%. Примерно 34% энергии, проникающей в глубь атмосферы и доходящей до поверхности Земли, отражается облаками атмосферы, аэрозолями, в ней находящимися, и самой поверхностью Земли. Таким образом, до земной поверхности доходит -46% солнечной энергии и поглощается ею. В свою очередь поверхность суши и воды излучает длинноволновую инфракрасную (тепловую) радиацию, которая частично уходит в космос, а частично остается в атмосфере, задерживаясь входящими в ее состав газами и нагревая приземные слои воздуха. Эта изоляция Земли от космического пространства создала благоприятные условия для развития живых организмов.

Природа парникового эффекта атмосфер обусловлена их различной прозрачностью в видимом и дальнем инфракрасном диапазонах. На диапазон длин волн 400-​1500 нм (видимый свет и ближний инфракрасный диапазон) приходится 75 % энергии солнечного излучения, большинство газов не поглощают в этом диапазоне; рэлеевское рассеяние в газах и рассеяние на атмосферных аэрозолях не препятствуют проникновению излучения этих длин волн в глубины атмосфер и достижению поверхности планет. Солнечный свет поглощается поверхностью планеты и её атмосферой (особенно излучение в ближней УФ- и ИК-областях) и разогревает их. Нагретая поверхность планеты и атмосфера излучают в дальнем инфракрасном диапазоне: так, в случае Земли () 75 % теплового излучения приходится на диапазон 7,8-28 мкм, для Венеры - 3,3-12 мкм.

Атмосфера, содержащая газы, поглощающие в этой области спектра (т. н. парниковые газы - H2O, CO2, CH4 и пр., существенно непрозрачна для такого излучения, направленного от её поверхности в космическое пространство, то есть имеет в ИК-диапазоне большую оптическую толщину. Вследствие такой непрозрачности атмосфера становится хорошим теплоизолятором, что, в свою очередь, приводит к тому, что переизлучение поглощённой солнечной энергии в космическое пространство происходит в верхних холодных слоях атмосферы. В результате эффективная температура Земли как излучателя оказывается более низкой, чем температура её поверхности.

Таким образом задерживаемое идущее от земной поверхности тепловое излучение (подобно пленке над парником), получило образное название парниковый эффект. Газы, задерживающие тепловое излучение и препятствующие оттоку тепла в космическое пространство, называют парниковыми газами. Благодаря парниковому эффекту среднегодовая температура у поверхности Земли в последнее тысячелетие составляет примерно 15°С. Без парникового эффекта эта температура опустилась бы до -18°С и существование жизни на Земле стало бы невозможным. Основным парниковым газом атмосферы является водяной пар, задерживающий 60% теплового излучения Земли. Содержание водяного пара в атмосфере определяется планетарным круговоротом воды и (при сильных широтных и высотных колебаниях) практически постоянно. Примерно 40% теплового излучения Земли задерживается другими парниковыми газами, в том числе более 20% -углекислым газом. Основные природные источники СО2 в атмосфере - извержения вулканов и естественные лесные пожары. На заре геобиохимической эволюции Земли углекислый газ поступал в Мировой океан через подводные вулканы, насыщал его и выделялся в атмосферу. До сих пор нет точных оценок количества СО2 в атмосфере на ранних этапах ее развития. По результатам анализа базальтовых пород подводных хребтов в Тихом и Атлантическом океанах американский геохимик Д.Марэ сделал вывод, что содержание СО2 в атмосфере в первый миллиард лет ее существования было в тысячу раз больше, чем в настоящее время, - около 39%. Тогда температура воздуха в приземном слое достигала почти 100°С, а температура воды в Мировом океане приближалась к точке кипения ("сверхпарниковый" эффект). С появлением фотосинтезируюших организмов и химических процессов связывания углекислого газа стал действовать мощный механизм изъятия СО2 из атмосферы и океана в осадочные породы. Парниковый эффект стал постепенно уменьшаться, пока не наступило то равновесие в биосфере, которое имело место до начала эпохи индустриализации и которому соответствует минимальное содержание углекислого газа в атмосфере - 0,03%. В отсутствие антропогенных выбросов углеродный цикл наземной и водной биоты, гидросферы, литосферы и атмосферы находился в равновесии. Поступление в атмосферу диоксида углерода за счет вулканической деятельности оценивается в 175 млн т в год. Осаждение в виде карбонатов связывает около 100 млн т. Велик океанический резерв углерода - он в 80 раз превышает атмосферный. Втрое больше, чем в атмосфере, углерода концентрируется в биоте, причем с увеличением СО2 возрастает продуктивность наземной растительности.

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, ) 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 . Увеличению его концентрации способствуют развитие сельскохозяйственного производства (особенно расширение обильно орошаемых рисовых полей), увеличение поголовья скота, сжигание биомассы и добыча . 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.