Искусственный парниковый эффект. Парниковый эффект атмосферы

В последнее время климатологи и другие ученые настойчиво взвывают к общественности и политикам с просьбой обратить пристальное внимание к проблеме «парникового эффекта».

Официальная наука считает, что «глобальное» потепление климата на Земле вызвано усиленной техногенной деятельностью человека, увеличением объема углекислого газа в атмосфере планеты в виде выхлопных газов от транспорта и промышленных выбросов. Но так ли это на самом деле?

Содержание парниковых газов в атмосфере

Как показывают геологические исследования, до начала промышленной эры в истории человечества содержание диоксида углерода в воздушном океане Земли составляло около 0,027%. Сейчас эта цифра колеблется в пределах 0,03–0,04%. Около 50 млн лет назад его уровень составлял 1–3%, и тогда растительная и животная жизнь процветала в буйных формах и изобилии видов.

Польза от парникового эффекта

Этот эффект в наше время используется специалистами-агрономами при выращивании культурных растений – достаточно создать в воздухе теплицы концентрацию углекислоты около 1%, как начинается активный рост растений и повышается их урожайность. Низкий уровень содержания этого химического соединения в атмосфере (менее 0,015%), наоборот, вреден для флоры и тормозит развитие растений. Существуют также доказательства того, что апельсиновые рощи в Калифорнии плодоносили 150 лет назад гораздо лучше, чем сейчас. И это было связано с временным повышением содержания диоксида углерода в воздухе.

Материалы по теме:

Что такое озоновый слой и почему его разрушение вредно?

Опасен ли парниковый эффект для человека?

Что касается человека, то верхний предел содержания углекислоты в воздухе, опасном для здоровья, составляет более 5–8%. Выходит, даже удвоение нынешнего количества этого газа не будет заметно для животных, а растения начнут лучше развиваться. По некоторым подсчетам, увеличение количества «парниковых» газов в результате техногенной деятельности человечества составляет около 0,002% в год. При нынешних темпах роста содержания «парникового» газа потребуется не менее 195 лет, чтобы достичь его удвоения.

По данным климатологов, являющихся сторонниками теории «парникового эффекта», увеличение диоксида углерода с 0,028 до 0,039% за последние 150 лет привело к возрастанию среднегодовой температуры примерно на 0,8 градуса.

Периоды потепления и похолодания на Земле

В истории Земли было много периодов потепления и похолодания, не связанных с изменением углекислоты в атмосфере. В период с 1000 по 1200 год нашей эры было потепление, в Англии возделывали виноград и делали вино. Затем начался малый «ледниковый период», когда последовало понижение температуры и полное замерзание Темзы стало частым явлением. С конца XVII века температура начала медленно расти, хотя в 1940–1970 годах наблюдался «откат» в сторону понижения средней температуры, который вызвал в обществе панику «ледникового периода». Колебания температуры в пределах 0,6–0,9 градуса можно считать нормой. Существование малого «ледникового периода» и другие «неудобные» факты умалчиваются в кругах ученых-климатологов.

Главный вклад в «парниковый» эффект земной атмосферы вносит водяной пар или влажность воздуха тропосферы (Таблица 3).

Признавая проблему глобального потепления климата, Всемирная метеорологическая организация (ВМО) и Программа Организации Объединенных Наций по окружающей среде (ЮНЕП) учредили еще в 1988 г. Межправительственную группу экспертов по изменению климата (МГЭИК). Это фактически постоянно действующий форум нескольких тысяч ученых разных стран, включая и десятки российских, практически всех, кто с разных сторон занимается данной проблемой: климатологов, экологов, экономистов и энергетиков. Примерно раз в 4-5 лет ученые публикуют свои многостраничные доклады о состоянии климата Земли. «Первый доклад» экспертов в 1990 г. содержал довольно скромные утверждения о происходящих колебаниях климата, в одном ученые были уверены наверняка - идет рост концентрации углекислого газа в атмосфере. Средний уровень углекислого газа в атмосфере по данным ВМО за последние 30 лет возрос от 340 до 390 частиц на миллион. Уверенность исследователей возрастала с каждым годом. Еще в 2006 г. 70% экспертов были уверены в том, что во всемирном изменении климата виноват человек, но уже из четвертого доклада МГЭИК в 2007 г. стало ясно, что число экспертов, уверенных в этом, возросло до 90-95%.

Проблемой снижения выбросов «парниковых газов» занимается практически все мировое сообщество, как на политическом, так и на промышленном и экологическом уровнях. Примером грамотной политики по снижению выбросов «парниковых газов» является Киотский протокол 1997 г. В декабре 1997 г. в Киото была проведена международная конференция по глобальному изменению климата на планете, в которой приняли участие представители из 159 стран. Был принят заключительный протокол, который предусматривал общее сокращение на 5,2% выбросов в атмосферу «парниковых газов». К 2008-2012гг. страны Европейского союза должны сократить выбросы «парниковых газов» (от уровня 1990 г.) на 8%, США - на 7%, Япония, Канада - на 6%. Россия и Украина к 2012 г. могут сохранить выбросы на уровне 1990 г. из-за уменьшения промышленного производства в последние годы. Примером промышленного снижения выбросов СО 2 могут служить работы, проводимые в Японии в 2007-2008 гг. по уменьшению выбросов диоксида углерода в результате растворения дымовых газов после газоиспользующих установок в морской воде. Однако это техническое решение не дало ожидаемых результатов, и работы в этом направлении были прекращены.

Современная цивилизация оказывает на природу сильное влияние. Как правило, негативное. осушение болот и постоянный выброс в атмосферный воздух огромного количества вреднейших веществ - вот далеко не полный перечень «добродетелей» человечества. Многие считают, что к этой же категории принадлежит и парниковый эффект. Так ли все на самом деле?

Историческая справка

Кстати, а кем был автор парникового эффекта (то есть тем, кто открыл данное явление)? Кто впервые описал указанный процесс и рассказал о его влиянии на окружающую среду? Подобная идея появилась в далеком 1827 году. Автором научной статьи был Жозеф Фурье. В своем труде он описывал механизмы формирования климата на нашей планете.

Необычность этой работы для того времени была в том, что Фурье рассматривал температурно-климатические особенности разных поясов Земли. Вот кем был автор парникового эффекта, который впервые смог дать объяснение опыту Соссюра.

Эксперимент Соссюра

Чтобы убедиться в своих выводах, ученый использовал опыт М. де Соссюра, в котором используется сосуд, покрытый изнутри сажей, горловина которого закрыта стеклом. Де Соссюр ставил эксперимент, при проведении которого постоянно замерял температуру внутри и снаружи банки. Разумеется, она непрестанно повышалась именно во внутреннем объеме. Фурье впервые смог объяснить это явление совместным действием сразу двух факторов: блокированием теплообмена и различной проницаемостью стенок сосуда для световых лучей с разной длиной волны.

Механизм его довольно прост: при нагревании температура поверхности увеличивается, поглощается видимый свет, начинает излучаться тепло. Так как материал прекрасно пропускает видимый свет, но практически не проводит тепло, последнее аккумулируется во внутреннем объеме сосуда. Как видите, механизм парникового эффекта легко может быть обоснован каждым человеком, который изучал стандартный курс физики в школе. Явление достаточно простое, но сколько же бед оно приносит нашей планете!

Возникновение термина

Стоит знать, что Жозеф Фурье - автор парникового эффекта в плане его первоначального описания в литературе. Но кто придумал сам термин? Увы, на этот вопрос ответа мы уже наверняка не получим. В поздней литературе феномен, который был открыт Фурье, получил свое современное название. Сегодня каждый эколог знает термин «парниковый эффект».

Но главным открытием Фурье стало обоснование фактической идентичности атмосферы Земли и обыкновенного стекла. Проще говоря, атмосфера нашей планеты отлично проницаема для видимого светового излучения, но она плохо пропускает его в инфракрасном диапазоне. Накопив тепло, Земля практически не отдает его. Вот кем был автор парникового эффекта. Но почему возникает данный эффект?

Да, мы описали примитивный механизм его появления, но современная наука смогла доказать, что в обычных условиях ИК-лучи все же вполне свободно могут выходить за пределы планетарной атмосферы. Как же так получается, что природные механизмы регулировки «отопительного сезона» дают сбой?

Причины

В общем-то, мы достаточно подробно описали их еще в самом начале нашей статьи. Возникновению этого явления способствуют следующие факторы:

• Постоянное и неумеренное сжигание ископаемого топлива.
• В атмосферу планеты с каждым годом поступают все большие объемы промышленных газов.
• Леса постоянно вырубаются, их площади сокращаются из-за пожаров и деградации почвенного слоя.
• Анаэробное брожение, выброс метана со дна океанов.

Следует знать, что основными «виновниками», которые и запускают механизм парникового эффекта, являются пять следующих газов:

• Двухвалентный оксид углерода, он же углекислый газ. Парниковый эффект на 50% обеспечивается именно за его счет.
• Углеродные соединения хлора и фтора (25%).
• (8%). Токсичный газ, типичный отход плохо оснащенных химических и металлургических производств.
• Приземный озон (7%). Несмотря на свою важнейшую роль в защите Земли от избыточного ультрафиолетового излучения, может способствовать задержанию тепла на ее поверхности.
• Приблизительно 10% метана.

Откуда эти газы попадают в атмосферу? Каково их действие?

- Именно он в больших объемах попадает в атмосферу, когда человек сжигает ископаемое топливо. Приблизительно треть от его избыточного (выше природного) уровня обусловлена тем, что человек интенсивно уничтожает леса. Ту же функцию выполняет и постоянно ускоряющийся процесс опустынивания плодородных земель.

Все это означает уменьшение количества растительности, способной эффективно поглощать углекислый газ, который во многих отношениях стимулирует парниковый эффект. Причины и последствия этого явления взаимосвязаны: с каждым годом объем выбрасываемого в атмосферу двухвалентного оксида углерода вырастает приблизительно на 0,5%, что стимулирует как дальнейшее накопление избыточного тепла, так и процессы деградации растительного покрова на поверхности планеты.

- Хлорфторуглероды. Как мы уже говорили, данные соединения на 25% обеспечивают парниковый эффект. Причины и последствия этого явления изучены уже достаточно давно. В атмосфере они появляются из-за промышленного производства, особенно устаревшего. Опасные и токсичные хладагенты содержат эти вещества в огромном количестве, а меры по предотвращению их утечек явно не дают ожидаемого результата. Последствия их появления еще страшнее:

• Во-первых, они крайне ядовиты для человека и животных, да и для флоры соседство с соединениями фтора и хлора не слишком полезно.
• Во-вторых, данные вещества могут значительно ускорять развитие парникового эффекта.
• В-третьих, они разрушают который защищает нашу планету от агрессивного ультрафиолетового излучения.

- Метан. Один из наиболее важных газов, повышенное содержание которого в атмосфере подразумевает термин «парниковый эффект». Нужно знать, что всего за сто последних лет его объем в атмосфере планеты увеличился в два раза. В принципе, основная его масса поступает из вполне естественных источников:

• в Азии.
• Животноводческие комплексы.
• Системы очистки бытовых стоков крупных поселений.
• При гниении и разложении органики в глубине болот, на свалках.

Имеются сведения о том, что выбросы немалых количеств метана происходят из глубин Мирового океана. Возможно, этот феномен объясняется жизнедеятельностью крупных колоний бактерий, для которых метан является основным побочным продуктом метаболизма.

Нужно особенно подчеркнуть «вклад» в развитие парникового эффекта со стороны нефтедобывающих предприятий: немалое количество этого газа выбрасывается в атмосферу в качестве побочного продукта. Кроме того, постоянно расширяющаяся пленка нефтепродуктов на поверхности Мирового океана также способствует ускоренному разложению органики, что сопровождается выбросами метана.

- Оксид азота. В больших объемах образуется в процессе многих химических производств. Он опасен не только самым активным участием в парниковом механизме. Дело в том, что при соединении с атмосферной водой это вещество образует самую настоящую азотную кислоту, пусть даже и в слабой концентрации. Именно отсюда берут начало все которые крайне негативно сказываются на здоровье людей.

Теоретические сценарии глобальных климатических пертурбаций

Так каковы глобальные последствия парникового эффекта? Сложно сказать об этом наверняка, так как ученые пока что далеки от однозначного вывода. В настоящее время существует сразу несколько сценариев. Для разработки компьютерных моделей учитывается множество различных факторов, которые могут ускорять или замедлять развитие парникового эффекта. Давайте рассмотрим катализаторы этого процесса:

• Выделение описанных выше газов вследствие техногенной деятельности человека.
• Выброс СО 2 из-за термического разложения природных гидрокарбонатов. Интересно знать, что в коре нашей планеты содержится углекислого газа в 50000 раз больше, чем в воздушном пространстве. Конечно же, речь идет о химически связанном оксиде углерода.
• Так как основные последствия парникового эффекта - повышение температуры воды и воздуха на поверхности планеты, усиливается испарение влаги с поверхности морей и океанов. Как следствие, еще более ухудшается проницаемость атмосферы для инфракрасного излучения.
• В океанах содержится порядка 140 триллионов тонн углекислого газа, который при повышении температуры воды также начинает интенсивно выделяться в атмосферу, способствуя более динамичному развитию парникового процесса.
• Падение отражающей способности планеты, что приводит к ускоренному накоплению тепла ее атмосферой. Этому способствует и опустынивание земель.

Какие факторы замедляют развитие парникового эффекта?

Предполагается, что основное теплое течение - Гольфстрим - постоянно замедляется. В перспективе это вызовет значительное снижение температуры, что замедлит эффект накопления парниковых газов. Помимо этого на каждый градус общего потепления приблизительно на 0,5% увеличивается площадь облачности над всей территорией планеты, что способствует значительному уменьшению количества тепла, которое Земля получает из космоса.

Обратите внимание: суть парникового эффекта заключается в повышении общей температуры земной поверхности. Конечно же, ничего хорошего в этом нет, но именно вышеперечисленные факторы нередко способствуют и смягчению последствий данного явления. В принципе, именно поэтому многие ученые и считают, что сама тематика глобального потепления относится к категории вполне естественных явлений, которые за всю историю Земли происходили регулярно.

Чем выше испаряемость, тем больше становится ежегодное количество осадков. Это вызывает как восстановление болот, так и ускоренный рост флоры, которая отвечает за утилизацию излишков углекислого газа в атмосфере планеты. Предполагается также, что увеличившееся количество осадков в перспективе будет способствовать значительному расширению площади мелководных тропических морей.

Кораллы, которые в них обитают, являются важнейшими утилизаторами углекислого газа. Будучи химически связан, он идет на постройку их скелета. Наконец, если человечество хоть немного сократит темпы вырубки лесов, то их площадь довольно быстро восстановится, так как все тот же углекислый газ является прекрасным стимулятором для распространения растений. Так каковы возможные последствия парникового эффекта?

Основные сценарии будущего нашей планеты

В первом случае ученые предполагают, что глобальное потепление будет происходить достаточно медленно. И у такой точки зрения есть немало сторонников. Они считают, что Мировой океан, который является гигантским аккумулятором энергии, долгое время будет способен поглощать избытки тепла. Возможно, пройдет не одно тысячелетие, прежде чем климат на планете действительно переменится коренным образом.

Вторая группа ученых, напротив, выступает за сравнительно быстрый вариант катастрофических изменений. Эта проблема парникового эффекта в настоящее время весьма популярна, ее обсуждают едва ли не на каждом научном съезде. К сожалению, доказательств у указанной теории хватает. Считается, что за последние сто лет концентрация углекислого газа выросла минимум на 20-24%, а количество метана в атмосфере так и вовсе увеличилось на 100%. В самом пессимистичном варианте считается, что температура планеты к концу нынешнего столетия вполне может вырасти на рекордные 6,4°С.

Таким образом, в этом случае парниковый эффект в атмосфере Земли доставит попросту смертельные неприятности всем жителям прибрежных территорий.

Резкое увеличение уровня Мирового океана

Дело в том, что подобные температурные аномалии чреваты крайне резким и практически непрогнозируемым подъемом уровня Мирового океана. Так, с 1995 по 2005 гг. этот показатель составил 4 см, хотя ученые наперебой заявляли, что не стоит ждать подъема выше пары сантиметров. Если все продолжится в том же темпе, то к концу 21 века уровень Мирового океана станет минимум на 88-100 см больше современной нормы. Между тем, около 100 миллионов человек на нашей планете живут как раз на отметке в 87-88 см над уровнем океана.

Снижение отражающей способности поверхности планеты

Когда мы писали о том, в чем заключается парниковый эффект, в статье неоднократно упоминалось, что он стимулирует дальнейшее снижение отражающей способности поверхности Земли, чему способствуют вырубка лесов и опустынивание.

Многие ученые свидетельствуют, что ледяная шапка на полюсах может снижать общую температуру планеты минимум на два градуса, а тот лед, который покрывает поверхность полярных вод, сильно тормозит процесс выброса в атмосферу углекислого газа и метана. Кроме того, в районе полярных ледяных шапок вообще нет водяного пара, который существенно стимулирует глобальный парниковый эффект.

Все это так повлияет на мировой круговорот воды, что частота смерчей, чудовищных по своей разрушительной силе ураганов и торнадо вырастет в несколько раз, что сделает фактически невозможным проживание людей даже на тех территориях, которые весьма удалены от побережий океанов. К сожалению, перераспределение воды приведет и к противоположному явлению. Сегодня засухи являются проблемой 10% земного шара, а в будущем количество таких регионов вполне может вырасти сразу до 35-40%. Это печальная для человечества перспектива.

Для нашей страны прогноз в этом случае куда благоприятнее. Климатологи считают, что большая часть территории России будет вполне пригодна для нормального земледелия, климат станет намного мягче. Конечно, большую часть прибрежных территорий (а их у нас много) попросту затопит.

Третий сценарий предполагает, что краткий период повышения температуры сменится глобальным похолоданием. Мы уже говорили о замедлении Гольфстрима, о последствиях. Вообразите, что это теплое течение полностью остановится… Конечно, до событий, описанных в фильме «Послезавтра», дело не дойдет, но на планете точно станет значительно холоднее. Ненадолго, впрочем.

Некоторые математики придерживаются теории (смоделированной, естественно), согласно которой парниковый эффект на Земле приведет к тому, что лет на 20-30 климат в Европе станет ничуть не теплее, чем в нашей стране. Они же предполагают, что после этого продолжится потепление, сценарий которого описан во втором варианте.

Вывод

Как бы там ни было, но хорошего в прогнозах ученых не так уж много. Остается только надеяться на то, что наша планета представляет собой более сложный и совершенный механизм, чем мы себе представляем. Быть может, столь печальных последствий удастся избежать.

Парниковый эффект - это задержка атмосферой Земли теплового излучения планеты. Парниковый эффект наблюдал любой из нас: в теплицах или парниках температура всегда выше, чем снаружи. То же самое наблюдается и в масштабах Земного шара: солнечная энергия, проходя через атмосферу нагревает поверхность Земли, но излучаемая Землей тепловая энергии не может улетучиться обратно в космос, так как атмосфера Земли задерживает ее, действуя наподобие полиэтилена в парнике: она пропускает короткие световые волны от Солнца к Земле и задерживает длинные тепловые (или инфракрасные) волны, излучаемые поверхностью Земли. Возникает эффект парника. Парниковый эффект возникает из-за наличия в атмосфере Земли газов, которые обладают способностью задерживать длинные волны. Они получили название «парниковых» или «тепличных» газов.

Парниковые газы присутствовали в атмосфере в небольших количествах (около 0,1%) с момента ее образования. Этого количества было достаточно, чтобы поддерживать за счет парникового эффекта тепловой баланс Земли на уровне, пригодном для жизни. Это так называемый естественный парниковый эффект, не будь его средняя температура поверхности Земли была бы на 30°С меньше, т.е. не +14° С, как сейчас, а -17° С.

Естественный парниковый эффект ничем не грозит ни Земле, ни человечеству, поскольку общее количество парниковых газов поддерживалось на одном уровне за счет круговорота природы, более того, ему мы обязаны жизнью, при условии, что не нарушается баланс.

Но увеличение в атмосфере концентрации парниковых газов приводит к усилению парникового эффекта и нарушению теплового баланса Земли. Именно это и произошло в последние два столетия развития цивилизации. Угольные электростанции, автомобильные выхлопы, заводские трубы и другие созданные человечеством источники загрязнения выбрасывают в атмосферу около 22 миллиардов тонн парниковых газов в год.

Роль парникового эффекта

Большое влияние на климат Земли оказывает состояние атмосферы, в частности, количество водяного пара и углекислого газа, имеющихся в ней. Повышение концентрации водяного пара вызывает увеличение облачности и, следовательно, - уменьшение количества солнечного тепла, поступающего на поверхность. А изменение концентрации углекислого газа СО 2 в атмосфере является причиной ослабления или усиления парникового эффекта , при котором углекислый газ частично поглощает тепло, излучаемоеЗемлёй в инфракрасном диапазоне спектра с последующим его переизлучением в сторону земной поверхности. В итоге температура поверхности и нижних слоёв атмосферы повышается. Таким образом, явление парникового эффекта существенно влияет на смягчение климата Земли. При его отсутствии средняя температура планеты была бы на 30-40°С ниже, чем есть на самом деле, и составляла бы не +15°С, а -15°С, а то и -25°С. При таких средних значениях температуры океаны очень быстро покрывались бы льдом, превращались в огромные морозильники, а жизнь на планете стала бы невозможной. На количество углекислого газа влияет много факторов, среди которых главные - вулканическая деятельность и жизнедеятельность земных организмов.

Но самое большое воздействие на состояние атмосферы, а, следовательно, и на климат Земли в планетарном масштабе, имеют внешние, астрономические факторы, такие как изменение потоков солнечной радиации вследствие непостоянства солнечной деятельности и изменения параметров земной орбиты. Астрономическая теория колебаний климата была создана ещё в 20-ые годы ХХ века. Установлено, что изменение эксцентриситета орбиты Земли от возможного минимального 0,0163 к возможному максимальному 0,066 может привести к разнице количества солнечной энергии, падающей на поверхность Земли в афелии и перигелии, на 25% за год. В зависимости от того, летом или зимой (для северного полушария) Земля проходит свой перигелий, такая величина изменения потока солнечной радиации может привести к общему потеплению или похолоданию на планете.

Теория дала возможность вычислить время ледниковых периодов в прошлом. С точностью до погрешностей определения геологических дат, век десятка предыдущих обледенений совпал с показаниями теории. Она же позволяет ответить на вопрос, когда должно настать следующее самое близкое обледенение: сегодня мы живём в межледниковую эпоху, и ближайшие 5000-10000 лет оно нам не угрожает.

Что такое парниковый эффект?

Понятие парникового эффекта сформировано в 1863г. Тиндалем.

Бытовым примером парникового эффекта может послужить нагревание изнутри автомобиля, когда он стоит на солнце с закрытыми окнами. Причина здесь в том, что солнечный свет проникает через окна и поглощается сидениями и другими предметами в салоне. При этом световая энергия переходит в тепловую, предметы нагреваются и выделяют тепло в виде инфракрасного, или теплового, излучения. В отличие от света оно не проникает сквозь стёкла наружу, то есть улавливается внутри автомобиля. За счёт этого повышается температура. То же самое происходит и в парниках, откуда и пошло само название этого эффекта парниковый эффект (или оранжерейный эффект) . В глобальном масштабе содержащийся в воздухе углекислый газ играет ту же роль, что и стекло. Световая энергия проникает сквозь атмосферу, поглощается поверхностью земли, преобразуется в её тепловую энергию, и выделяется в виде инфракрасного излучения. Однако углекислый газ и некоторые другие газы, в отличие от других природных элементов атмосферы, его поглощают. При этом он нагревается и в свою очередь нагревает атмосферу в целом. Значит, чем больше в ней углекислого газа, тем больше инфракрасных лучей будет поглощено и тем теплее она станет.

Температура и климат, к которому мы привыкли, обеспечиваются концентрацией углекислого газа в атмосфере на уровне 0,03%. Теперь мы увеличиваем эту концентрацию, и намечается тенденция к потеплению климата.
Когда обеспокоенные ученые еще несколько десятилетий назад предупреждали человечество об усилении парникового эффекта и угрозе глобального потепления, сперва на них смотрели как на комических стариков из старинной комедии. Но вскоре стало вовсе не до смеха. Глобальное потепление происходит, и очень быстро. Климат меняется на глазах: невиданная жара в Европе и Северной Америке вызывает не только массовые инфаркты, но и катастрофические наводнения.

В начале 60-ых годов в Томске мороз в 45° был делом обычным. В 70-ые падение столбика термометра ниже отметки 30° мороза уже вызывал смущение в умах сибиряков. Последнее десятилетие всё реже пугает нас такими холодами. Зато нормой у нас стали сильнейшие ураганы, которые разрушают крыши домов, ломают деревья, обрывают линии электропередач. Еще 25 лет назад в Томской области подобные явления были большой редкостью! Убеждать кого-то в том, что глобальное потепление стало фактом, уже не приходится достаточно посмотреть сообщения прессы, отечественной и международной. Жестокие засухи, чудовищные наводнения, ураганные ветры, невиданные доселе бури - теперь все мы стали невольными свидетелями этих явлений. В последние годы в Украине стоит невиданная жара, идут тропические ливни, которые приводят к сокрушительным наводнениям.

Деятельность человечества в начале XXI столетия приводит к стремительному повышению концентрации загрязняющих веществ в атмосфере, что вызывает угрозу разрушения её озонового слоя и резкого изменения климата, в частности, глобального потепления. Для снижения угрозы глобального экологического кризиса необходимо повсеместно значительно сократить выброс в атмосферу вредных газов. Ответственность за снижение таких выбросов должна быть разделена между всеми членами мирового сообщества, существенно различающимися по многим параметрам: уровню промышленного развития, доходу, социальной структуре и политической ориентации. В силу этих различий неизбежно возникает вопрос, в какой степени национальное правительство должно контролировать выбросы в атмосферу. Дискуссионность данной проблемы усиливается ещё и тем фактом, что до настоящего времени не достигнуто согласия по вопросу о воздействии на окружающую среду возрастающего парникового эффекта. Однако растёт понимание того, что с учётом угрозы глобального потепления со всеми вытекающими из этого разрушительными последствиями ограничение вредных выбросов в атмосферу становится задачей первостепенной важности.

Перед реальной угрозой исчезновения оказываются прибрежные районы Азовского и Черного морей. Катастрофические наводнения, с которыми мы уже имеем дело, тоже будут происходить гораздо чаще. Например, днепровские плотины, в частности Киевская, строились с учетом самых сокрушительных наводнений, когда-либо случавшихся на Днепре.

Быстрый рост промышленных и других загрязняющих атмосферу выбросов привёл к драматическому увеличению парникового эффекта и концентрации газов, разрушающих озоновый слой. Например, с момента начала промышленной революции концентрация в атмосфере углекислого газа СО 2 возросла на 26%, при этом более половины прироста приходится на период с начала 1960-х годов. Концентрация различных газообразных хлоридов, прежде всего разрушающих озоновый слой хлорфторуглеводородов (ХФУ ), лишь за 16 лет (с 1975 по 1990 годы) увеличилась на 114%. Уровень концентрации ещё одного газа, участвующего в создании парникового эффекта, метана CH 4 , возрос на 143% с начала промышленной революции, в том числе около 30% этого роста приходится на период с начала 1970-х годов. До тех пор, пока не будут приняты безотлагательные меры на международном уровне, быстрый рост населения и увеличение его доходов будут сопровождаться ускорением концентрации этих химических веществ.

С того момента, когда началось тщательное документальное фиксирование данных о погодных условиях, 1980-е годы явились наиболее тёплым десятилетием. Семь из зафиксированных наиболее жарких лет приходились на 1980, 1981, 1983, 1987, 1988, 1989 и 1990 годы, причём самым жарким за всю историю наблюдения был 1990 год. Однако до настоящего времени учёные не могут сказать наверняка, является ли подобное потепление климата тенденцией под воздействием парникового эффекта или же это всего лишь естественные, природные колебания. Ведь климат испытывал и ранее подобные изменения и колебания. В продолжение последнего миллиона лет произошло восемь так называемых ледниковых периодов, когда гигантский ледяной ковер достиг в Европе широт Киева, а в Америке - Нью-Йорка. Последний ледниковый период завершился около 18 тысяч лет назад, и в то время средняя температура была на 5° ниже, нежели сейчас. Соответственно и уровень мирового океана был на 120м ниже нынешнего.

Во время последнего ледникового периода содержание СО 2 в атмосфере падало до 0,200, тогда как для двух последних периодов потепления оно составляло 0,280. Таким оно и было в начале XIX века. Затем оно постепенно стало увеличиваться и достигло нынешнего значения, составляющего примерно 0,347. Из этого следует, что за 200 лет, прошедших с начала Промышленной революции, природный контроль за содержанием углекислого газа в атмосфере с помощью замкнутого цикла между атмосферой, океаном, растительностью и процессами органического и неорганического распада был грубо нарушен.

До сих пор неясно, являются ли указанные параметры потепления климата действительно статически значимыми. Так, например, некоторые исследователи отмечают, что данные, характеризующие потепление климата, существенно ниже показателей, рассчитанных с помощью компьютерных прогнозов на основе данных об уровне выбросов в предшествовавшие годы. Учёные знают, что некоторые виды загрязнителей на самом деле могут замедлять процесс потепления путём отражения в космическое пространство ультрафиолетовых лучей. Так что вопрос о том, происходит ли последовательное изменение климата или же эти изменения носят временный характер, маскирующий долговременное воздействие возрастающего парникового эффекта и разрушения озонового слоя, является дискуссионным. Хотя на статистическом уровне мало доказательств того, что потепление климата устойчивая тенденция, однако оценка потенциальных катастрофических последствий потепления климата вызвала всеобщие призывы к принятию предупредительных мер.

Ещё одним важным проявлением глобального потепления является потепление мирового океана. В 1989 году А. Стронг из Национального управления по исследованиям атмосферы и океана доложил: «Измерения температуры океанической поверхности, произведённые со спутников в период с 1982 по 1988 годы показывают, что мировой океан постепенно, но заметно нагревается примерно на 0,1°С в год». Это чрезвычайно важно, так как из-за своей колоссальной теплоемкости океаны почти не реагируют на случайные климатические изменения. Обнаруженная тенденция к их потеплению доказывает серьёзность проблемы.

Возникновение парникового эффекта:

Очевидная причина возникновения парникового эффекта - использование традиционных энергоносителей промышленность и автомобилистами. К менее очевидным причинам можно отнести сведение лесов, переработку отходов, и добычу угля. Значительно способствуют увеличению парникового эффекта хлорфторуглеводороды (ХФУ), углекислый газ СО 2 , метан СН 4 , окислы серы и азота.

Однако наибольшую роль в этом процессе играет всё же углекислый газ, поскольку у него относительно длинный жизненный цикл в атмосфере и во всех странах его объёмы непрестанно возрастают. Источники СО 2 могут быть разделены на две основных категории: промышленное производство и прочие, составляющие соответственно 77% и 23% общего объема его выброса в атмосферу. На всю группу развивающихся стран (примерно 3/4 мировой численности населения) приходится менее 1/3 общего объёма промышленных выбросов СО 2 . Если исключить их этой группы стран Китай, то этот показатель снизится примерно до 1/5. Поскольку в более богатых странах уровень доходов, а соответственно и потребления выше, то и объём вредных выбросов в атмосферу на душу населения значительно выше. Например, уровень выбросов на душу населения в США более чем в 2 раза превышает среднеевропейский, в 19 раз среднеафриканский и в 25 раз соответствующий показатель для Индии. Однако в последнее время в развитых странах (в частности, в США) намечается тенденция постепенного сворачивания вредного для окружающей среды и населения производства и перенесения его в менее развитые страны. Таким образом, правительство США заботится о сохранении благоприятной экологической обстановки в своей стране, сохраняя при этом своё экономическое благополучие.

Хотя доля стран третьего мира в промышленных выбросах СО 2 относительно небольшая, на них приходится практически весь объём его прочих выбросов в атмосферу. Основная причина этого применение техники выжигания лесов для вовлечения в сельскохозяйственный оборот новых земель. Показатель объёма выбросов в атмосферу по этой статье рассчитывается следующим образом: предполагается, что весь объём СО 2 , содержащийся в растениях, при сжигании попадает в атмосферу. Подсчитано, что на огневое сведение лесов приходится 25% всех выбросов в атмосферу. Наверное, ещё большее значение имеет тот факт, что в процессе сведения лесов уничтожается источник атмосферного кислорода. Влажные тропические леса представляют собой важный механизм самовосстановления экосистемы, поскольку деревья поглощают углекислый газ и выделяют в процессе фотосинтеза кислород. Уничтожение тропических лесов уменьшает способность окружающей среды поглощать углекислый газ. Таким образом, именно особенности процесса обработки земли в развивающихся странах определяют столь значительный вклад последних в повышение парникового эффекта.

В природной биосфере содержание углекислого газа в воздухе поддерживалось на одном уровне, так как его поступление равнялось удалению. Этот процесс обуславливался круговоротом углерода, в ходе которого количество углекислого газа, извлекаемого из атмосферы фотосинтезирующими растениями, компенсируется за счёт дыхания и горения. В настоящее время люди активно нарушают это равновесие, сводя леса и используя ископаемое топливо. Сжигание каждого его фунта (угля, нефтепродуктов и природного газа) приводит к образованию примерно трёх фунтов, или 2м 3 , углекислого газа (вес утраивается, поскольку каждый атом углерода топлива в процессе горения и превращения в углекислый газ присоединяет два атома кислорода). Химическая формула горения углерода выглядит следующим образом:

С + О 2 → СО 2

Каждый год сжигается около 2 млрд. т ископаемого топлива, значит, в атмосферу попадает почти 5,5 млрд. т углекислого газа. Ещё приблизительно 1,7 млрд. т его поступает туда же за счёт сведения и выжигания тропических лесов и окисления органического вещества почвы (гумуса). В связи с этим люди пытаются как можно больше сократить выбросы вредных газов в атмосферу, пытаются найти новые пути реализации своих традиционных потребностей. Интересным примером этому может послужить разработка новых, экологически безвредных кондиционеров. Кондиционеры играют немалую роль в возникновении «парникового эффекта». Их использование приводит к увеличению автомобильных выбросов. К этому необходимо добавить незначительную, но неизбежную потерю охлаждающего вещества, которое улетучивается под высоким давлением, например, через уплотнители в месте соединения шлангов. Это охлаждающее вещество имеет такое же воздействие на климат, как и остальные способствующие возникновению «парникового эффекта» газы. Поэтому исследователи занялись поиском экологически чистого охлаждающего вещества. Углеводороды, обладающие хорошими охлаждающими качествами, нельзя использовать из-за высокой воспламеняемости. Поэтому выбор ученых пал на двуокись углерода. СО 2 является естественным составляющим воздуха. Необходимый для кондиционера СО 2 появляется как побочный продукт многих промышленных производств. Кроме того, для естественного СО 2 не придется создавать целую инфраструктуру по обслуживанию и переработке. СО 2 не требует больших затрат и его можно найти по всему миру.

Двуокись углерода использовали в качестве охлаждающего вещества уже в прошлом столетии при ловле рыбы. В 30-х годах на смену СО 2 пришли синтетические и вредные для окружающей среды вещества. Они сделали возможным использование под высоким давлением более простой техники. Учёные разрабатывают компоненты совершенно новой охладительной системы с использованием СО 2 . В эту систему входят компрессор, охладитель газа, расширитель, испаритель, коллектор и внутренний теплообменник. Необходимое для СО 2 высокое давление с учетом более совершенных, чем раньше, материалов не представляет большой опасности. Несмотря на их повышенную устойчивость к давлению, новые компоненты по своим габаритам и весу сравнимы с обычными установками. Испытания нового автомобильного кондиционера показывают, что использование двуокиси углерода в качестве охлаждающего вещества позволяет на треть снизить выброс парниковых газов.

Постоянное увеличение количества сжигаемого органического топлива (угля, нефти, газа, торфа и др.) приводит к повышению концентрации СО 2 в атмосферном воздухе (в начале ХХ века - 0,029%, сегодня - 0,034%). Прогнозы показывают, что к середине XXI века содержание СО 2 удвоится, что приведёт к резкому усилению парникового эффекта, и температура на планете повысится. Возникнут ещё две опасные проблемы: быстрое таяние ледников в Арктике и Антарктике, «вечной» мерзлоты тундр и поднятие уровня Мирового океана. Такие изменения будут сопровождаться изменением климата, которые даже тяжело предусмотреть. Следовательно, проблема состоит не просто в парниковом эффекте, а в его искусственном росте, порожденном человеческой деятельностью, изменении оптимального содержания парниковых газов в атмосфере. Промышленная деятельность человека приводит к заметному их увеличению и появлению угрожающей диспропорции. Если человечество не сможет принять эффективные меры по ограничению выбросов парниковых газов и сохранению лесов, температура, согласно данным ООН, через 30 лет вырастет еще на 3°. Одним из решений проблемы являются экологически чистые источники энергии, которые не добавляли бы углекислый газ и большого количества тепла в атмосферу. Например, уже сейчас успешно используется небольшие гелиоустановки, потребляющие солнечное тепло вместо топлива.

Парниковый эффект – способность (газов в атмосфере) в большей степени пропускать к поверхности Земли солнечную радиацию по сравнению с тепловым излучением, испускаемым нагретой Солнцем Землей. В результате температура поверхности Земли и приземного слоя воздуха выше, чем она была бы при отсутствии парникового эффекта. Средняя температура поверхности Земли равна плюс 15°С, а без парникового эффекта она была бы минус 18°! Парниковый эффект – один из механизмов жизнеобеспечения на Земле.

Деятельность человека за последние 200 лет, и в особенности после 1950 г., привели к продолжающемуся и в настоящее время повышению концентрации в атмосфере газов, обладающих парниковым эффектом. Неизбежно последовавшая за этим реакция атмосферы заключается в антропогенном усилении естественного парникового эффекта. Суммарное антропогенное усиление парникового эффекта +2,45 ватт/м2 (Международный Комитет по изменению климата IPCC).

Парниковый эффект каждого из таких газов зависит от трех основных факторов:

а) ожидаемого парникового эффекта на протяжении ближайших десятилетий или веков (например, 20, 100 или 500 лет), вызываемого единичным объемом газа, уже поступившим в атмосферу, по сравнению с эффектом от углекислого газа, принимаемым за единицу;

б) типичной продолжительности его пребывания в атмосфере, и

в) объема эмиссии газа.

Комбинация первых двух факторов носит название “Относительный парниковый потенциал” и выражается в единицах от потенциала СО2.

Газы с парниковым эффектом:

Роль водяного пара , содержащегося в атмосфере, в общемировом парниковом эффекте велика, но трудно определима однозначно. При потеплении климата содержание водяного пара в атмосфере будет увеличиваться, тем самым усиливая парниковый эффект.

Диоксид углерода, или углекислый газ (СО2) (64% в парниковом эффекте), отличается, по

сравнению с другими парниковыми газами, относительно низким потенциалом парникового эффекта, но довольно значительной продолжительностью существования в атмосфере – 50–200 лет и сравнительно высокой концентрацией. Концентрация углекислого газа в атмосфере в период с 1000 по 1800 гг. составляла 270–290 частей на миллион по объему (ppmv), а к 1994 г. она достигла 358 ppmv и продолжает расти. Может достигнуть 500 ppmv к концу XXI века. Стабилизация концентрации может быть достигнута посредством значительного сокращения объема выбросов. Основной источник поступления углекислого газа в атмосферу – сжигание горючих ископаемых (угля, нефти, газа) для производства энергии.

Источники СО2

(1) Поступление в атмосферу вследствие сжигания горючих ископаемых и производства цемента 5,5±0,5

(2) Поступление в атмосферу вследствие трансформации ландшафтов в тропической и экваториальной зонах, деградация почв 1,6±1,0

Поглощение различными резервуарами

(3) Аккумуляция в атмосфере 3,3±0,2

(4) Аккумуляция Мировым океаном 2,0±0,8

(5) Аккумуляция в биомассе Северного полушария 0,5±0,5

(6) Остаточный член баланса , объясняемый поглощением СО2 экосистемами суши (фертилизация и др.) = (1+2)-(3+4+5)=1,3±1,5

Увеличение концентрации диоксида углерода в атмосфере должно стимулировать процесс фотосинтеза. Это так называемая фертилизация, благодаря которой, по некоторым оценкам, продукция органического вещества может возрасти на 20–40 % при удвоенной по сравнению с современной концентрацией углекислого газа.

Метан (СН4) - 19 % от общей его величины парниковых газов (на 1995 г.). Метан образуется в анаэробных условиях, таких как естественные болота разного типа, толща сезонной и вечной мерзлоты, рисовые плантации, свалки, а также в результате жизнедеятельности жвачных животных и термитов. Оценки показывают, что около 20% суммарной эмиссии метана связаны с технологией использования горючих ископаемых (сжигание топлива, эмиссии из угольных шахт, добыча и распределение природного

газа, переработка нефти). Всего антропогенная деятельность обеспечивает 60–80 % суммарной эмиссии метана в атмосферу. В атмосфере метан неустойчив. Он удаляется из нее вследствие взаимодействия с ионом гидроксила (ОН) в тропосфере. Несмотря на этот процесс, концентрация метана в атмосфере увеличилась примерно вдвое по сравнению с доиндустриальным временем и продолжает расти со скоростью около 0,8 % в год.

Рост температуры и увеличение увлажненности (то есть продолжительности нахождения территории в анаэробных условиях) еще более усиливают эмиссию метана. Это характер-

ный пример положительной обратной связи. Наоборот, снижение уровня грунтовых вод из-за пониженной увлажненности должно приводить к уменьшению эмиссии метана (отрицательная обратная связь).

Текущая роль оксида азота (N2O) в суммарном парниковом эффекте составляет всего около 6%. Концентрация оксида азота в атмосфере также увеличивается. Предполагается, что его антропогенные источники приблизительно вдвое меньше естественных. Источниками антропогенного оксида азота является сельское хозяйство (в особенности пастбища в тропиках), сжигание биомассы и промышленность, производящая азотсодержащие вещества. Его относительный парниковый потенциал (в 290 раз

выше потенциала углекислого газа) и типичная продолжительность существования в атмосфере (120 лет) значительны, компенсируя его невысокую концентрацию.

Хлорфторуглероды (ХФУ) – это вещества, синтезируемые человеком, и содержащие хлор, фтор и бром. Они обладают очень сильным относительным парниковым потенциалом и значительной продолжительностью жизни в атмосфере. Их итоговая роль в парниковом эффекте составляет 7%. Производство хлорфторуглеродов в мире в настоящее время контролируется международными соглашениями по защите озонового слоя, включающими и положение о постепенном снижении производства этих веществ, замене их на менее озонразрушающие с последующим полным его прекращением. В результате концентрация ХФУ в атмосфере начала сокращаться.

Озон (О3) – важный парниковый газ, находящийся как в стратосфере, так и в тропосфере. Он влияет как на коротковолновую, так и на длинноволновую радиацию, и потому итоговые направление и величина его вклада в радиационный баланс в сильной степени зависят от вертикального распределения содержания озона, в особенности на уровне тропопаузы. Оценки указывают на положительную результирующую +0,4 ватт/м2.