Парниковый эффект причины возникновения. Причины и источники возникновения «парникового» эффекта

Атмосферные газы (кислород, азот, аргон) не поглощают тепловое излучение с земной поверхности, а рассеивают его. Однако в результате сжигания горючих ископаемых и других производственных процессов в атмосфере накапливаются: углекислый газ, угарный газ, различные углеводороды (метан, этан, пропан и др.), которые не рассеивают, а поглощают тепловое излучение, идущее от поверхности Земли. Возникающий таким образом экран и приводит к появлению парникового эффекта — глобального потепления.

Кроме парникового эффекта наличие указанных газов обусловливает образование так называемого фотохимического смога. При этом в результате фотохимических реакций углеводороды образуют весьма токсичные продукты — альдегиды и кетоны.

Глобальное потепление является одним из наиболее значимых последствий антропогенного загрязнения биосферы. Оно проявляется как в изменении климата, так и биоты: продукционного процесса в экосистемах, сдвига границ растительных формаций, изменения урожайности сельскохозяйственных культур. Особенно сильные изменения могут коснуться высоких и средних широт. По прогнозам именно здесь наиболее заметно повысится температура атмосферы. Природа этих регионов особенно восприимчива к различным воздействиям и крайне медленно восстанавливается.

В результате потепления зона тайги сдвинется к северу примерно на 100-200 км. Подъем уровня океана за счет потепления (таяния льдов и ледников) может составить до 0,2 м, что приведет к затоплению устьев крупных, особенно сибирских рек.

На проходившей в Риме в 1996 г. очередной конференции стран — участниц Конвенции по предотвращению климатических изменений ешс раз была подтверждена необходимость скоординированных международных действий для решения этой проблемы. В соответствии с Конвенцией индустриально развитые страны и страны с переходной экономикой приняли на себя обязательства стабилизировать производство парниковых газов. Страны, входящие в Европейский союз, включили в свои национальные программы положения о сокращении выбросов углекислого газа на 20% к 2005 г.

В 1997 г. было подписано Киотское (Япония) соглашение, по которому развитые страны обязались к 2000 г. стабилизировать выбросы парниковых газов на уровне 1990 г.

Однако после этого выбросы парниковых газов даже возросли. Этому способствовал выход США из Киотского соглашения 2001 г. Тем самым реализация этого соглашения была поставлена под угрозу срыва, так как нарушалась квота, необходимая для вступления в силу этого соглашения.

В России, в связи с общим падением производства, выброс парниковых газов в 2000 г. составлял 80% от уровня 1990 г. Поэтому Россия в 2004 г. ратифицировала Киотское соглашение, придав ему юридический статус. Сейчас (2012 г.) это соглашение действует, к нему присоединяются и другие государства (например, Австралия), но все же решения Киотского соглашения остаются невыполненными. Однако борьба за выполнение Киотского соглашения продолжается.

Одним из самых известных борцов с глобальным потеплением климата является бывший вице-президент США А. Гор . После поражения на президентских выборах 2000 года он посвящает себя бою с глобальным потеплением. «Спасайте мир, пока не поздно!» — вот его лозунг. Вооруженный набором слайдов он объездил весь мир, разъясняя научную и политическую стороны глобального потепления, возможные серьезные последствия в ближайшем будущем, если не ограничить рост выброса в атмосферу углекислого газа, вызванного деятельностью человека.

А. Гор написал широко известную книгу «Неудобная правда. Глобальное потепление, как остановить планетарную катастрофу». В ней он убежденно и справедливо пишет: «Иногда кажется, что наш климатический кризис протекает медленно, но на самом деле он происходит очень быстро, став воистину планетарной опасностью. И для победы над угрозой мы сначала должны признать факт ее существования. Почему наши лидеры, как нам кажется, не слышат таких громких предупреждений об опасности? Они сопротивляются правде, потому что в момент признания окажутся перед своим моральным долгом — действовать. Просто гораздо удобней игнорировать предупреждение об опасности? Возможно, но неудобная правда не исчезает только потому, что она не замечена».

В 2006 г. за книгу он был награжден американской литературной премией. По книге был создан документальный фильм «Неудобная правда» с А. Гором в главной роли. Фильм в 2007 г. получил Оскар и попал в рубрику «Это должен знать каждый». В том же году А. Гору (вместе с группой экспертов МГЭИК) была присуждена Нобелевская премия мира за работу по защите окружающей среды и исследованиям по проблемам изменения климата.

В настоящее время А. Гор также активно продолжает борьбу с глобальным потеплением, являясь внештатным консультантом Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), созданной Всемирной метеорологической организацией (ВМО) и Программой ООН по окружающей среде (ЮНЭП).

Глобальное потепление и парниковый эффект

Еще в 1827 г. французский физик Ж. Фурье предположил, что атмосфера Земли выполняет функцию стекла в теплице: воздух пропускает солнечное тепло, но не дает ему испариться обратно в космос. И он был прав. Этот эффект достигается благодаря некоторым атмосферным газам, например водяным испарениям и углекислому газу. Они пропускают видимый и «ближний» инфракрасный свет, излучаемый Солнцем, но поглощают «далекое» инфракрасное излучение, образующееся при нагревании земной поверхности солнечными лучами и имеющее более низкую частоту (рис. 12).

В 1909 г. шведский химик С. Аррениус впервые подчеркнул огромную роль углекислого газа как регулятора температуры приповерхностных слоев воздуха. Углекислота свободно пропускает солнечные лучи к земной поверхности, но поглощает большую часть теплового излучения Земли. Это своего рода колоссальный экран, препятствующий охлаждению нашей планеты.

Температура поверхности Земли неуклонно повышается, увеличившись за XX ст. на 0,6 °С. В 1969 г. она составляла 13,99 °С, в 2000 г. — 14,43 °С. Таким образом, средняя температура Земли в настоящее время составляет около 15 °С. При данной температуре поверхность планеты и атмосфера находятся в тепловом равновесии. Нагреваясь энергией Солнца и инфракрасным излучением атмосферы, поверхность Земли возвращает в атмосферу в среднем эквивалентное количество энергии. Это энергия испарения, конвекции, теплопроводности и инфракрасного излучения.

Рис. 12. Схематичное изображение парникового эффекта, обусловленного присутствием углекислого газа в атмосфере

В последнее время деятельность человека привносит дисбаланс в соотношение поглощаемой и выделяемой энергии. До вмешательства человека в глобальные процессы на планете изменения, происходящие на ее поверхности и в атмосфере, были связаны с содержанием в природе газов, которые с легкой руки ученых были названы «парниковыми». К таким газам относятся диоксид углерода, метан, оксид азота и водяной пар (рис. 13). Сейчас к ним добавились антропогенные хлорфторуглероды (ХФУ). Без газового «одеяла», окутывающего Землю, температура на ее поверхности была бы на 30-40 градусов ниже. Существование живых организмов в таком случае было бы весьма проблематичным.

Парниковые газы временно удерживают тепло в нашей атмосфере, благодаря чему создается так называемый парниковый эффект. В результате техногенной деятельности человека некоторые парниковые газы увеличивают долю своего участия в общем балансе атмосферы. Это касается прежде всего углекислого газа, содержание которого из десятилетия в десятилетие неуклонно растет. Углекислый газ создает 50 % парникового эффекта, на долю ХФУ приходится 15-20 %, на долю метана — 18 %.

Рис. 13. Доля содержания антропогенных газов в атмосфере при парниковом эффекте азота 6 %

В первой половине XX в. содержание углекислого газа в атмосфере оценивалось в 0,03 %. В 1956 г. в рамках первого Международного геофизического года ученые провели специальные исследования. Приведенная цифра была уточнена и составила 0,028 %. В 1985 г. измерения были проведены снова, и оказалось, что количество углекислого газа в атмосфере возросло до 0,034 %. Таким образом, увеличение содержания в атмосфере углекислого газа — доказанный факт.

За последние 200 лет в результате антропогенной деятельности содержание оксида углерода в атмосфере возросло на 25 %. Связано это, с одной стороны, с интенсивным сжиганием ископаемого топлива: газа, нефти, сланцев, угля и др., а с другой — с ежегодным уменьшением площадей лесов, которые являются основными поглотителями углекислого газа. К тому же развитие таких отраслей сельского хозяйства, как рисоводство и животноводство, а также рост площадей городских свалок приводят к увеличению выделения метана, оксида азота и некоторых других газов.

Вторым по значению «парниковым» газом является метан. Его содержание в атмосфере ежегодно увеличивается на I %. Наиболее значимые поставщики метана — свалки, крупный рогатый скот, рисовые поля. Запасы газа на свалках крупных городов можно рассматривать как небольшие газовые месторождения. Что касается рисовых полей, то, как выяснилось, несмотря на большой выход метана, в атмосферу его поступает относительно мало, поскольку большая часть расщепляется бактериями, связанными с корневой системой риса. Так что на поступление метана в атмосферу рисовые сельскохозяйственные экосистемы оказывают в целом умеренное влияние.

Сегодня уже не остается сомнений, что тенденция к использованию преимущественно ископаемого топлива неизбежно ведет к глобальному катастрофическому изменению климата. При нынешних темпах использования угля и нефти в ближайшие 50 лет прогнозируется повышение среднегодовой температуры на планете в пределах от 1,5 °С (близ экватора) до 5 °С (в высоких широтах).

Повышение температуры в результате парникового эффекта грозит небывалыми экологическими, экономическими и социальными последствиями. Уровень воды в океанах может подняться на 1-2 м за счет морской воды и таяния полярных льдов. (Вследствие парникового эффекта уровень Мирового океана в XX в. уже поднялся на 10-20 см.) Установлено, что повышение уровня моря на 1 мм приводит к отступлению береговой линии на 1,5 м.

Если уровень моря поднимется примерно на I м (а это худший сценарий), то к 2100 г. под водой окажутся около 1 % территории Египта, 6 % территории Нидерландов, 17,5 % территории Бангладеш и 80 % атолла Маджуро, входящего в состав Маршал- ловых островов. Это станет началом трагедии для 46 млн людей. По самым пессимистическим прогнозам, повышение уровня Мирового океана в XXI в. может повлечь за собой исчезновение с карты мира таких стран, как Голландия, Пакистан и Израиль, затопление большей части Японии и некоторых других островных государств. Под воду могут уйти Санкт-Петербург, Нью-Йорк и Вашинггон. В то время как одни участки суши рискуют оказаться на дне моря, другие будут страдать от жесточайшей засухи. Исчезновение грозит Азовскому и Аральскому морям и многим рекам. Увеличится площадь пустынь.

Группой шведских климатологов установлено, что с 1978 по 1995 г. площадь плавучих льдов в Северном Ледовитом океане сократилась примерно на 610 тыс. км 2 , т.е. на 5,7 %. Одновременно выяснилось, что через пролив Фрам, отделяющий архипелаг Свальбард (Шпицберген) от Гренландии, ежегодно со средней скоростью около 15 см/с в открытую Атлантику выносится до 2600 км 3 плавучего льда (что примерно в 15-20 раз больше стока такой реки, как Конго).

В июле 2002 г. с маленького островного государства Тувалу, расположенного на девяти атоллах в южной части Тихого океана (26 км 2 , 11,5 тыс. жителей), раздался призыв о помощи. Тувалу медленно, но верно уходит под воду — самая высокая точка в государстве возвышается над уровнем океана всего на 5 м. В начале 2004 г. электронные средства массовой информации распространили заявление о том, что ожидаемые высокие приливные волны, связанные с новолунием, могут на некоторое время поднять уровень моря в этом районе более чем на 3 м, что обусловлено повышением уровня океана вследствие глобального потепления. Если эта тенденция сохранится, крошечное государство будет смыто с лица Земли. Правительство Тувалу принимает меры по переселению граждан в соседнее государство Ниуэ.

Повышение температуры вызовет понижение влажности почвы во многих регионах Земли. Засухи и тайфуны станут привычным явлением. Ледовый покров Арктики сократится на 15 %. В наступившем столетии в Северном полушарии ледовое покрытие рек и озер будет держаться на 2 недели меньше, чем в XX в. Растают льды в горах Южной Америки, Африки, Китая и Тибета.

Глобальное потепление отразится и на состоянии лесов планеты. Лесная растительность, как известно, может существовать в очень узких пределах температуры и влажности. Большая часть ее может погибнуть, сложная экологическая система окажется на стадии разрушения, а это повлечет за собой катастрофическое уменьшение генетического разнообразия растений. В результате всемирного потепления на Земле уже во второй половине XXI в. может исчезнуть от четверти до половины видов сухопутной флоры и фауны. Даже при максимально благоприятных условиях к середине века непосредственная угроза вымирания нависнет почти над 10 % видов сухопутных животных и растений.

Исследования показали: чтобы избежать глобальной катастрофы, необходимо уменьшить выбросы углерода в атмосферу до 2 млрд т в год (одна треть нынешнего объема). Учитывая естественный прирост населения, к 2030-2050 гг. на душу населения должно выбрасываться не более 1/8 объема углерода, приходящегося сегодня в среднем на одного жителя Европы.

В последние десятилетия мы всё чаще слышим о проблеме глобального потепления и парникового эффекта. Политики, учёные, журналисты ведут споры о том, какие изменения климата ждут нас в ближайшем будущем, к чему это приведёт и насколько причастен к этому сам человек. В этом посте мы попробуем разобраться в причинах и последствиях парникового эффекта.

Почему говорят о парниковом эффекте?

В 19 веке учёные начали вести регулярные наблюдения за погодой и климатом по всей планете. Но на самом деле, используя различные методы, можно установить, как изменялась температура на планете и в более отдалённом прошлом. И вот, во второй половине 20 века учёные стали получать тревожащие данные — глобальная температура на нашей планете начала расти. И чем ближе к современности, тем сильнее этот рост.

Рост глобальной температуры на графике

Конечно, климатические условия на нашей планете менялись и в прошлом. Были и глобальные потепления, и глобальные похолодания, но у нынешнего глобального потепления есть ряд особенностей. Во-первых, имеющиеся данные указывают, что за последние 1-2 тысячи лет климат на планете не претерпевал резких изменений, за исключением кратковременных аномалий. А во-вторых, есть немало причин считать, что текущее потепление — это не естественные изменения климата, а изменения, вызванные деятельностью человека.

По данному поводу существует немало споров. Вскоре после того, как заговорили о том, что человек вызывает глобальное потепление, появилось немало скептиков. Они стали сомневаться, что деятельность человека может повлиять на столь глобальные процессы, как климат на всей планете. Тем не менее, существуют весомые причины утверждать, что в происходящем глобальном потеплении виноват именно человек. Как же люди вызвали глобальное потепление?

В 19 веке мир вступил в индустриальную эпоху. Появление фабрик и транспорта потребовало множество топлива. Люди стали добывать миллионы тонн каменного угля, нефти и газа и сжигать их во всё более возрастающих количествах. В результате в атмосферу стало поступать огромное количество углекислого газа и других газов, вызывающих парниковый эффект.

А вместе с ростом содержания этих газов стала расти и глобальная температура. Но почему рост концентрации углекислого газа ведёт к потеплению? Попробуем разобраться.

Что такое парниковый эффект?

Люди давно научились выращивать овощи в парниках, где можно собирать урожай, не дожидаясь наступления тёплого времени года. Почему же в парнике тепло весной или даже зимой? Конечно, парник можно специально обогревать, но дело не только в этом. Через стекло или плёнку, которыми покрыт парник, солнечные лучи проникают свободно, нагревая землю внутри. Нагретая земля также испускает излучение, отдавая вместе с этим излучением тепло, но это излучение не видимое, а инфракрасное. А вот для инфракрасного излучение стекло или плёнка непрозрачны и задерживают его. Таким образом отдать парнику тепло сложнее, чем его получить, и в результате температура внутри парника оказывается выше, чем на открытой местности.

Похожее явление наблюдается и на всей нашей планете в целом. Земля укрыта атмосферой, которая легко пропускает солнечное излучение к поверхности, однако инфракрасное излучение обратно в космос от нагретой земной поверхности пропускает хуже. И то, насколько сильно задерживает атмосфера инфракрасное излучение, зависит от содержания в ней парниковых газов. Чем больше парниковых газов, и особенно главного из них — углекислого, тем больше атмосфера мешает остыванию планеты и тем теплее становится климат.

К каким последствиям может привести парниковый эффект?

Конечно, дело не в самом парниковом эффекте, а в том, насколько он сильный. Какое-то количество парниковых газов в атмосфере всегда содержалось, и если бы они исчезли из атмосферы совсем, нам бы не поздоровилось. Ведь при нулевом парниковом эффекте, согласно расчётам учёных, температура на планете опустилась бы на 20-30 °С. Земля бы замёрзла и покрылась бы ледниками практически до экватора. Однако и усиление парникового эффекта ни к чему хорошему не приведёт.

Изменение глобальной температуры всего на несколько градусов приведёт (и согласно некоторым наблюдениям, уже приводит) к серьёзным последствиям. Какие же это последствия?

1) Глобальное таяние ледников и повышение уровня океана. В ледниках Гренландии и Антарктиды сосредоточены достаточно большие запасы льда. Если этот лёд растает в результате глобального потепления, уровень мирового океана повысится. Если растает весь лёд, уровень океана поднимется на 65 метров. Много это или мало? На самом деле довольно много. Повышения уровня моря на 1 м достаточно, чтобы утонула Венеция, на 6 м — чтобы утонул Петербург. При таянии всех ледников Чёрное море соединится с Каспийским, утонет значительная часть Поволжья и Западной Сибири. Под водой скроются территории, на которых сегодня проживает более миллиарда человек, а США и Китай потеряют 2/3 современного промышленного потенциала.

Карта затопления Европы в результате таяния ледников

2) Погода ухудшится. Существует общая закономерность — чем выше температура, тем больше энергии расходуется на движение воздушных масс, и тем более непредсказуемой становится погода. Усилятся ветры, значительно возрастёт количество и масштаб разных стихийных бедствий, таких, как грозы, торнадо и тайфуны, станут более резкими колебания температуры.

3) Вред для биосферы. Животные и растения и так страдают от деятельности человека, но резкие климатические изменения могут нанести по биосфере ещё более мощный удар. В прошлом глобальные климатические изменения уже приводили к массовым вымираниям, и изменения, вызванные парниковым эффектом, вряд ли окажутся исключением. Живым организмам сложно приспособиться к резким изменениям климата, чтобы они смогли эволюционировать и нормально чувствовать себя в новых условиях, обычно требуются сотни тысяч или даже миллионы лет. Но изменения в биосфере непременно отразятся и на самом человечестве. Например, в последние годы учёные уже поднимают тревогу по поводу массового вымирания пчёл, и главная причина этого вымирания как раз глобальное потепление. Установлено, что повышенная температура внутри улья зимой не позволяет пчелам впадать в полноценную спячку. Они быстро сжигают запасы жира и к весне сильно слабеют. Если потепление продолжится, во многих регионах Земли пчёлы могут и вовсе исчезнуть, что будет иметь самые катастрофические последствия для сельского хозяйства.

Худший сценарий

Описанных выше последствий уже достаточно для того, чтобы забеспокоиться и начать предпринимать меры для остановки глобального потепления. Однако бесконтрольный рост парникового эффекта может запустить поистине убийственный сценарий, который приведёт к гарантированному уничтожению всего живого на нашей планете. Как же это может произойти?

В прошлом на нашей планете содержание парниковых газов в атмосфере и глобальная температура менялись в довольно широких пределах. Однако на долгосрочных временных промежутках процессы, которые приводили к усилению парникового эффекта и его ослаблению, компенсировали друг друга. Например, если содержание CO₂ в атмосфере значительно возрастало, его начинали более активно усваивать и перерабатывать растения и другие живые организмы. Давным-давно огромные количества углекислого газа, захваченные живыми организмами из атмосферы, превратились в каменный уголь, нефть, мел. Но эти процессы заняли миллионы лет. Сегодня же человек, расходуя данные природные ресурсы, возвращает углекислый газ в атмосферу значительно быстрее, и биосфера не успевает его переработать. Более того, в силу своей глупости и жадности загрязняя мировой океан и вырубая леса, человек уничтожает растения, которые усваивают углекислый газ и вырабатывают кислород. По мнению некоторых учёных, это может привести к развитию необратимого парникового эффекта.

Сегодня на усиление парникового эффекта влияет рост углекислого газа, но есть и другие газы, которые этот парниковый эффект могут сделать ещё сильнее, намного сильнее. Среди таких газов — метан и водяной пар. Что касается метана, то некоторое его количество попадает в атмосферу при добыче природного газа, вносит свой вклад и животноводство. Но главная опасность — огромные запасы метаны, которые сегодня находятся на дне океанов в форме гидратов. При повышении температуры может начаться распад гидратов, огромное количество метана попадёт в атмосферу, и парниковый эффект резко усилится. Рост парникового эффекта примет необратимый характер. Чем сильнее будет парниковый эффект, тем больше метана и водяного пара попадёт в атмосферу, а чем больше их попадёт в атмосферу, тем сильнее станет парниковый эффект.

К чему всё это может привести в конечном итоге, показывает пример Венеры. Эта планета очень близка по размерам и массе к Земле, и до полётов к этой планете космических аппаратов многие надеялись на то, что условия на ней будут близки к земным. Однако всё оказалось совсем иначе. На поверхности Венеры жуткая жара — 460 °С. При такой температуре плавятся цинк, олово и свинец. И главная причина таких экстремальных условий на Венере не в том, что она находится ближе к Солнцу, а в парниковом эффекте. Именно парниковый эффект повышает температуру на поверхности этой планеты почти на 500 градусов!

Венера и Земля

По современным представлениям, несколько сотен миллионов лет назад на Венере произошёл «парниковый взрыв». В какой-то момент парниковый эффект принял необратимый характер, вся вода вскипела и испарилась, а температура поверхности достигла настолько высоких значений (1200-1500 °С), что расплавились камни! Постепенно испарившаяся вода распалась на кислород и водород и улетучилась в космос, и Венера остыла, однако и сегодня эта планета — одно из самых неблагоприятных для жизни мест в Солнечной системе. Произошедшая с Венерой катастрофа — не просто гипотеза учёных, то, что она действительно произошла, подтверждается молодым возрастом поверхности Венеры, а также аномально высоким отношением дейтерия к водороду в венерианской атмосфере, которое в сотни раз превышает земное.

Что же в итоге? Похоже у человечества нет иного выхода, как бороться с парниковым эффектом. А для этого надо изменить хищническое отношение к природе, перестать бесконтрольно сжигать ископаемое топливо и вырубать леса.