Парниковий ефект причини виникнення. Причини та джерела виникнення «парникового» ефекту

Атмосферні гази (кисень, азот, аргон) не поглинають теплове випромінювання із земної поверхні, а розсіюють його. Проте в результаті спалювання горючих копалин та інших виробничих процесів в атмосфері накопичуються: вуглекислий газ, чадний газ, різні вуглеводні (метан, етан, пропан та ін), які не розсіюють, а поглинають теплове випромінювання, що йде від Землі. Екран, що виникає таким чином, і призводить до появи парникового ефекту — глобального потепління.

Крім парникового ефекту наявність зазначених газів зумовлює утворення так званого фотохімічного смогу.При цьому внаслідок фотохімічних реакцій вуглеводні утворюють дуже токсичні продукти – альдегіди та кетони.

Глобальне потеплінняодна із найбільш значних наслідків антропогенного забруднення біосфери. Воно проявляється як у зміні клімату, так і біоти: продукційного процесу в екосистемах, зсуву меж рослинних формацій, зміни врожайності сільськогосподарських культур. Особливо сильні зміни можуть торкнутися високих та середніх широт. За прогнозами, саме тут найбільш помітно підвищиться температура атмосфери. Природа цих регіонів особливо сприйнятлива до різних впливів і повільно відновлюється.

Внаслідок потепління зона тайги зрушить на північ приблизно на 100-200 км. Підйом рівня океану за рахунок потепління (танення льодів та льодовиків) може становити до 0,2 м, що призведе до затоплення усть великих, особливо сибірських річок.

На черговій конференції країн — учасниць Конвенції щодо запобігання кліматичних змін, що проходила в Римі в 1996 р., було підтверджено необхідність скоординованих міжнародних дій для вирішення цієї проблеми. Відповідно до Конвенції індустріально розвинені країни та країни з перехідною економікою взяли він зобов'язання стабілізувати виробництво парникових газів. Країни, що входять до Європейського Союзу, включили до своїх національних програм положення про скорочення викидів вуглекислого газу на 20% до 2005 року.

У 1997 р. було підписано Кіотське (Японія) угоду, за якою розвинені країни зобов'язалися до 2000 стабілізувати викиди парникових газів на рівні 1990 р.

Однак після цього викиди парникових газів навіть зросли. Цьому сприяв вихід США з Кіотської угоди 2001 р. Тим самим реалізація цієї угоди була поставлена ​​під загрозу зриву, оскільки порушувалася квота, необхідна для набрання чинності цією угодою.

У Росії, у зв'язку із загальним падінням виробництва, викид парникових газів у 2000 р. становив 80% від рівня 1990 р. Тому Росія у 2004 р. ратифікувала Кіотську угоду, надавши їй юридичного статусу. Зараз (2012 р.) ця угода діє, до неї приєднуються й інші держави (наприклад, Австралія), але все ж таки рішення Кіотської угоди залишаються невиконаними. Проте боротьба за виконання Кіотської угоди продовжується.

Одним із найвідоміших борців із глобальним потеплінням клімату є колишній віце-президент США А. Гор. Після поразки на президентських виборах 2000 року він присвячує себе бою із глобальним потеплінням. «Рятуйте світ, поки не пізно!» - Ось його гасло. Озброєний набором слайдів він об'їздив увесь світ, роз'яснюючи наукову та політичну сторони глобального потепління, можливі серйозні наслідки у найближчому майбутньому, якщо не обмежити зростання викиду в атмосферу вуглекислого газу, спричиненого діяльністю людини.

А. Гор написав широко відому книгу «Незручна правда. Глобальне потепління, як зупинити планетарну катастрофу.У ній він впевнено і справедливо пише: «Іноді здається, що наша кліматична криза протікає повільно, але насправді вона відбувається дуже швидко, ставши воістину планетарною небезпекою. І для перемоги над загрозою ми спочатку маємо визнати факт її існування. Чому наші лідери, як нам здається, не чують таких гучних попереджень про небезпеку? Вони чинять опір правді, бо в момент визнання опиняться перед своїм моральним обов'язком — діяти. Просто набагато зручніше ігнорувати попередження про небезпеку? Можливо, але незручна правда не зникає лише тому, що вона не помічена.

У 2006 році за книгу він був нагороджений американською літературною премією. За книгою було створено документальний фільм « Незручна правда»з А. Гором у головній ролі. Фільм у 2007 р. отримав Оскар та потрапив у рубрику «Це має знати кожен». У тому ж році А. Гору (разом із групою експертів МГЕЗК) було присуджено Нобелівську премію миру за роботу із захисту навколишнього середовища та дослідження з проблем зміни клімату.

В даний час А.Гор також активно продовжує боротьбу з глобальним потеплінням, будучи позаштатним консультантом Міжурядової групи експертів зі зміни клімату (МГЕЗК), створеною Всесвітньою метеорологічною організацією (ВМО) та Програмою ООН з навколишнього середовища (ЮНЕП).

Глобальне потепління та парниковий ефект

Ще в 1827 р. французький фізик Ж. Фур'є припустив, що атмосфера Землі виконує функцію скла у теплиці: повітря пропускає сонячне тепло, але не дає йому випаруватися назад у космос. І він мав рацію. Цей ефект досягається завдяки деяким атмосферним газам, наприклад водяним випаровуванням та вуглекислому газу. Вони пропускають видиме і «ближнє» інфрачервоне світло, що випромінюється Сонцем, але поглинають «далеке» інфрачервоне випромінювання, що утворюється при нагріванні земної поверхні сонячними променями і має нижчу частоту (рис. 12).

У 1909 р. шведський хімік С. Арреніус вперше наголосив на величезній ролі вуглекислого газу як регулятора температури приповерхневих шарів повітря. Вуглекислота вільно пропускає сонячні промені до земної поверхні, але поглинає більшу частину теплового випромінювання Землі. Це своєрідний колосальний екран, що перешкоджає охолодженню нашої планети.

Температура Землі неухильно підвищується, збільшившись за XX ст. на 0,6 °С. У 1969 р. вона становила 13,99 °С, у 2000 р. - 14,43 °С. Отже, середня температура Землі нині становить близько 15 °З. При цій температурі поверхня планети та атмосфера перебувають у тепловій рівновазі. Нагріваючись енергією Сонця та інфрачервоним випромінюванням атмосфери, поверхня Землі повертає в атмосферу в середньому еквівалентну кількість енергії. Це енергія випаровування, конвекції, теплопровідності та інфрачервоного випромінювання.

Мал. 12. Схематичне зображення парникового ефекту, зумовленого присутністю вуглекислого газу атмосфері

Останнім часом діяльність людини привносить дисбаланс у співвідношення енергії, що поглинається і виділяється. До втручання людини у глобальні процеси на планеті зміни, що відбуваються на її поверхні та в атмосфері, були пов'язані із вмістом у природі газів, які з легкої руки вчених були названі «парниковими». До таких газів відносяться діоксид вуглецю, метан, оксид азоту та водяна пара (рис. 13). Наразі до них додалися антропогенні хлорфторвуглеці (ХФУ). Без газового «ковдри», що огортає Землю, температура на її поверхні була б на 30-40 градусів нижчою. Існування живих організмів у разі було б дуже проблематичним.

Парникові гази тимчасово утримують тепло у нашій атмосфері, завдяки чому створюється так званий парниковий ефект. Внаслідок техногенної діяльності людини деякі парникові гази збільшують частку своєї участі у загальному балансі атмосфери. Це стосується насамперед вуглекислого газу, вміст якого з десятиліття до десятиліття неухильно зростає. Вуглекислий газ створює 50% парникового ефекту, частку ХФУ припадає 15-20%, метану — 18%.

Мал. 13. Частка вмісту антропогенних газів у атмосфері при парниковому ефекті азоту 6 %

У першій половині XX ст. вміст вуглекислого газу атмосфері оцінювалося в 0,03 %. У 1956 р. у межах першого Міжнародного геофізичного року вчені провели спеціальні дослідження. Наведена цифра була уточнена і становила 0,028%. У 1985 р. вимірювання було проведено знову, і виявилося, що кількість вуглекислого газу в атмосфері зросла до 0,034%. Таким чином, збільшення вмісту в атмосфері вуглекислого газу є доведеним фактом.

За останні 200 років у результаті антропогенної діяльності вміст оксиду вуглецю в атмосфері зріс на 25%. Пов'язано це, з одного боку, з інтенсивним спалюванням викопного палива: газу, нафти, сланців, вугілля та ін., а з іншого — із щорічним зменшенням площ лісів, які є основними поглиначами вуглекислого газу. До того ж, розвиток таких галузей сільського господарства, як рисівництво та тваринництво, а також зростання площ міських звалищ призводять до збільшення виділення метану, оксиду азоту та деяких інших газів.

Другим за значенням "парниковим" газом є метан. Його вміст у атмосфері щорічно збільшується на I %. Найбільш значущі постачальники метану - звалища, велика рогата худоба, рисові поля. Запаси газу на звалищах великих міст можна як невеликі газові родовища. Що стосується рисових полів, то, як з'ясувалося, незважаючи на великий вихід метану, в атмосферу його надходить відносно мало, оскільки більшість розщеплюється бактеріями, пов'язаними з кореневою системою рису. Так що на надходження метану в атмосферу рисові сільськогосподарські екосистеми мають загалом помірний вплив.

Сьогодні вже не залишається сумнівів, що тенденція до використання переважно викопного палива неминуче веде до глобальної катастрофічної зміни клімату. За нинішніх темпів використання вугілля та нафти в найближчі 50 років прогнозується підвищення середньорічної температури на планеті в межах від 1,5 °С (біля екватора) до 5 °С (у високих широтах).

Підвищення температури внаслідок парникового ефекту загрожує небувалими екологічними, економічними та соціальними наслідками. Рівень води в океанах може піднятися на 1-2 м за рахунок морської води та танення полярних льодів. (Внаслідок парникового ефекту рівень Світового океану в XX ст вже піднявся на 10-20 см.) Встановлено, що підвищення рівня моря на 1 мм призводить до відступу берегової лінії на 1,5 м.

Якщо рівень моря підніметься приблизно на I м (а це найгірший сценарій), то до 2100 р. під водою опиняться близько 1% території Єгипту, 6% території Нідерландів, 17,5% території Бангладеш та 80% атола Маджуро, що входить до складу Маршал. - лових островів. Це стане початком трагедії для 46 млн. людей. За найпесимістичнішими прогнозами, підвищення рівня Світового океану у ХХІ ст. може спричинити зникнення з карти світу таких країн, як Голландія, Пакистан та Ізраїль, затоплення більшої частини Японії та деяких інших острівних держав. Під воду можуть піти Санкт-Петербург, Нью-Йорк та Вашинггон. У той час як одні ділянки суші ризикують опинитися на дні моря, інші страждатимуть від найжорстокішої посухи. Зникнення загрожує Азовському та Аральському морям та багатьом річкам. Збільшиться площа пустель.

Групою шведських кліматологів встановлено, що з 1978 по 1995 р. площа плавучих льодів у Північному Льодовитому океані скоротилася приблизно 610 тис. км 2 , тобто. на 5,7%. Одночасно з'ясувалося, що через протоку Фрам, що відокремлює архіпелаг Свальбард (Шпіцберген) від Гренландії, щорічно із середньою швидкістю близько 15 см/с у відкриту Атлантику виноситься до 2600 км 3 плавучого льоду (що приблизно в 15-20 разів більше стоку такої річки Конго).

У липні 2002 р. з маленької острівної держави Тувалу, розташованої на дев'яти атолах у південній частині Тихого океану (26 км 2 , 11,5 тис. жителів), пролунав заклик про допомогу. Тувалу повільно, але вірно йде під воду — найвища точка в державі височіє над рівнем океану всього на 5 м. На початку 2004 р. електронні засоби масової інформації поширили заяву про те, що очікувані високі припливні хвилі, пов'язані з молодим чоловіком, можуть на деяке час підняти рівень моря у цьому районі більш ніж на 3 м, що обумовлено підвищенням рівня океану внаслідок глобального потепління. Якщо ця тенденція збережеться, крихітна держава буде змита з Землі. Уряд Тувалу вживає заходів щодо переселення громадян до сусідньої держави Ніуе.

Підвищення температури спричинить зниження вологості ґрунту у багатьох регіонах Землі. Посухи та тайфуни стануть звичним явищем. Льодовий покрив Арктики скоротиться на 15%. У столітті в Північній півкулі льодове покриття річок і озер триматиметься на 2 тижні менше, ніж у XX ст. Розтануть льоди в горах Південної Америки, Африки, Китаю та Тибету.

Глобальне потепління позначиться на стані лісів планети. Лісова рослинність, як відомо, може існувати у дуже вузьких межах температури та вологості. Більшість її може загинути, складна екологічна система опиниться на стадії руйнування, а це спричинить катастрофічне зменшення генетичного розмаїття рослин. Внаслідок всесвітнього потепління на Землі вже у другій половині XXI ст. може зникнути від чверті до половини видів сухопутної флори та фауни. Навіть за максимально сприятливих умов до середини століття безпосередня загроза вимирання нависне майже над 10% видів сухопутних тварин та рослин.

Дослідження показали: щоб уникнути глобальної катастрофи необхідно зменшити викиди вуглецю в атмосферу до 2 млрд т на рік (одна третина нинішнього обсягу). Враховуючи природний приріст населення, до 2030-2050 років. на душу населення має викидатися не більше 1/8 обсягу вуглецю, що припадає сьогодні в середньому на одного жителя Європи.

В останні десятиліття ми все частіше чуємо проблему глобального потепління та парникового ефекту. Політики, науковці, журналісти ведуть суперечки про те, які зміни клімату чекають на нас у найближчому майбутньому, до чого це призведе і наскільки причетна до цього сама людина. У цьому посту ми спробуємо розібратися у причинах та наслідках парникового ефекту.

Чому говорять про парниковий ефект?

У 19 столітті вчені почали вести регулярні спостереження за погодою та кліматом по всій планеті. Але насправді, використовуючи різні методи, можна встановити, як змінювалася температура на планеті та у більш віддаленому минулому. І ось, у другій половині 20 століття вчені стали отримувати дані, що турбують, - глобальна температура на нашій планеті почала зростати. І чим ближче до сучасності, тим сильніше це зростання.

Зростання глобальної температури на графіку

Звичайно, кліматичні умови на нашій планеті змінювалися й у минулому. Були і глобальні потепління, і глобальні похолодання, але нинішнє глобальне потепління має низку особливостей. По-перше, наявні дані вказують, що за останні 1-2 тисячі років клімат на планеті не зазнавав різких змін, за винятком короткочасних аномалій. По-друге, є чимало причин вважати, що поточне потепління — це не природні зміни клімату, а зміни, спричинені діяльністю людини.

З цього приводу є чимало суперечок. Незабаром після того, як заговорили про те, що людина спричиняє глобальне потепління, з'явилося чимало скептиків. Вони стали сумніватися, що діяльність людини може вплинути на такі глобальні процеси, як клімат на всій планеті. Тим не менш, існують вагомі причини стверджувати, що у глобальному потеплінні, що відбувається, винна саме людина. Як люди викликали глобальне потепління?

У 19 столітті світ вступив до індустріальної епохи. Поява фабрик та транспорту зажадала безліч палива. Люди стали видобувати мільйони тонн кам'яного вугілля, нафти і газу і спалювати їх у дедалі більших кількостях. В результаті в атмосферу почала надходити величезна кількість вуглекислого газу та інших газів, що викликають парниковий ефект.

А разом із зростанням вмісту цих газів почала зростати й глобальна температура. Але чому зростання концентрації вуглекислого газу веде до потепління? Спробуємо розібратися.

Що таке парниковий ефект?

Люди давно навчилися вирощувати овочі в парниках, де можна збирати врожай, не чекаючи настання теплої пори року. Чому ж у парнику тепло навесні чи навіть узимку? Звичайно, парник можна спеціально обігрівати, але річ не тільки в цьому. Через скло або плівку, якими покритий парник, сонячне проміння проникає вільно, нагріваючи землю всередині. Нагріта земля також випромінює випромінювання, віддаючи разом із цим випромінюванням тепло, але це випромінювання не видиме, а інфрачервоне. А ось для інфрачервоного випромінювання скло чи плівка непрозорі та затримують його. Таким чином віддати парникові тепло складніше, ніж його отримати, і в результаті температура всередині парника виявляється вищою, ніж на відкритій місцевості.

Подібне явище спостерігається і на всій нашій планеті загалом. Земля вкрита атмосферою, яка легко пропускає сонячне випромінювання до поверхні, проте інфрачервоне випромінювання у космос від нагрітої земної поверхні пропускає гірше. І те, як сильно затримує атмосфера інфрачервоне випромінювання, залежить від вмісту в ній парникових газів. Чим більше парникових газів, і особливо головного з них - вуглекислого, тим більше атмосфера заважає остиганню планети і тим теплішим стає клімат.

Які наслідки можуть призвести до парникового ефекту?

Звичайно, справа не в самому парниковому ефекті, а в тому, наскільки він сильний. Яка кількість парникових газів в атмосфері завжди містилася, і якби вони зникли з атмосфери зовсім, нам би не привіталося. Адже за нульового парникового ефекту, згідно з розрахунками вчених, температура на планеті опустилася б на 20-30 °С. Земля замерзла б і покрилася б льодовиками практично до екватора. Однак і посилення парникового ефекту нічого хорошого не приведе.

Зміна глобальної температури лише на кілька градусів призведе (і згідно з деякими спостереженнями, вже призводить) до серйозних наслідків. Які ж це наслідки?

1) Глобальне танення льодовиків та підвищення рівня океану. У льодовиках Гренландії та Антарктиди зосереджено чималі запаси льоду. Якщо цей лід розтане через глобальне потепління, рівень світового океану підвищиться. Якщо розтане весь лід, рівень океану підніметься на 65 метрів. Чи багато це чи мало? Насправді чимало. Підвищення рівня моря на 1 м достатньо, щоб потонула Венеція, на 6 м - щоб потонув Петербург. За танення всіх льодовиків Чорне море з'єднається з Каспійським, потоне значна частина Поволжя і Західного Сибіру. Під водою сховаються території, на яких сьогодні проживає понад мільярд людей, а США та Китай втратить 2/3 сучасного промислового потенціалу.

Карта затоплення Європи внаслідок танення льодовиків

2) Погода погіршиться. Існує загальна закономірність — що вище температура, то більше енергії витрачається рух повітряних мас, і тим більше непередбачуваною стає погода. Посиляться вітри, значно зросте кількість і масштаб різних стихійних лих, таких як грози, торнадо і тайфуни, стануть різкішими коливання температури.

3) Шкідливість для біосфери. Тварини та рослини і так страждають від діяльності людини, але різкі кліматичні зміни можуть завдати по біосфері ще більшого удару. У минулому глобальні кліматичні зміни вже призводили до масових вимирань, і зміни, спричинені парниковим ефектом, навряд виявляться винятком. Живим організмам складно пристосуватися до різких змін клімату, щоб вони змогли еволюціонувати і нормально почуватися за нових умов, зазвичай потрібні сотні тисяч чи навіть мільйони років. Але зміни у біосфері неодмінно відіб'ються і на самому людстві. Наприклад, останніми роками вчені вже піднімають тривогу з приводу масового вимирання бджіл, і головна причина цього вимирання саме глобальне потепління. Встановлено, що підвищена температура всередині вулика взимку не дозволяє бджолам впадати у повноцінну сплячку. Вони швидко спалюють запаси жиру і навесні сильно слабшають. Якщо потепління продовжиться, у багатьох регіонах Землі бджоли можуть і зовсім зникнути, що матиме катастрофічні наслідки для сільського господарства.

Найгірший сценарій

Наведених вище наслідків вже достатньо для того, щоб занепокоїтися і почати вживати заходів для зупинення глобального потепління. Однак безконтрольне зростання парникового ефекту може запустити воістину вбивчий сценарій, який призведе до гарантованого знищення всього живого на планеті. Як це може статися?

У минулому на нашій планеті вміст парникових газів в атмосфері та глобальна температура змінювалися у досить широких межах. Однак на довгострокових часових проміжках процеси, що призводили до посилення парникового ефекту та його ослаблення, компенсували один одного. Наприклад, якщо вміст CO₂ в атмосфері значно зростав, його починали активніше засвоювати та переробляти рослини та інші живі організми. Давним-давно величезні кількості вуглекислого газу, захоплені живими організмами з атмосфери, перетворилися на кам'яне вугілля, нафту, крейду. Але ці процеси зайняли мільйони років. Сьогодні ж людина, витрачаючи ці природні ресурси, повертає вуглекислий газ в атмосферу значно швидше, і біосфера не встигає його переробити. Більше того, через свою дурість і жадібність забруднюючи світовий океан і вирубуючи ліси, людина знищує рослини, які засвоюють вуглекислий газ та виробляють кисень. На думку вчених, це може призвести до розвитку незворотного парникового ефекту.

Сьогодні на посилення парникового ефекту впливає зростання вуглекислого газу, але є й інші гази, які цей парниковий ефект можуть зробити ще сильнішим, набагато сильнішим. Серед таких газів — метан та водяна пара. Що стосується метану, то деяка його кількість потрапляє в атмосферу при видобутку природного газу, робить свій внесок і тваринництво. Але головна небезпека — величезні запаси метанів, які сьогодні перебувають на дні океанів у формі гідратів. При підвищенні температури може початися розпад гідратів, величезна кількість метану потрапить в атмосферу і парниковий ефект різко посилиться. Зростання парникового ефекту набуде незворотного характеру. Чим сильнішим буде парниковий ефект, тим більше метану та водяної пари потрапить в атмосферу, а чим більше їх потрапить в атмосферу, тим сильнішим стане парниковий ефект.

До чого все це може призвести зрештою, показує приклад Венери. Ця планета дуже близька за розмірами та масою до Землі, і до польотів до цієї планети космічних апаратів багато хто сподівався на те, що умови на ній будуть близькі до земних. Проте все виявилося зовсім інакше. На поверхні Венери моторошна спека - 460 °С. За такої температури плавляться цинк, олово і свинець. І головна причина таких екстремальних умов на Венері не в тому, що вона знаходиться ближче до Сонця, а у парниковому ефекті. Саме парниковий ефект збільшує температуру на поверхні цієї планети майже на 500 градусів!

Венера та Земля

За сучасними уявленнями кілька сотень мільйонів років тому на Венері стався «парниковий вибух». У якийсь момент парниковий ефект набув незворотного характеру, вся вода скипіла і випарувалася, а температура поверхні досягла настільки високих значень (1200-1500 ° С), що розплавилося каміння! Вода, що поступово випарувалася, розпалася на кисень і водень і вилетіла в космос, і Венера охолола, однак і сьогодні ця планета — одне з найбільш несприятливих для життя місць у Сонячній системі. Катастрофа, що сталася з Венерою, — не просто гіпотеза вчених, те, що вона справді відбулася, підтверджується молодим віком поверхні Венери, а також аномально високим ставленням дейтерію до водню в венеріанській атмосфері, яке в сотні разів перевищує земне.

Що ж у результаті? Схоже, у людства немає іншого виходу, як боротися з парниковим ефектом. А для цього треба змінити хижацьке ставлення до природи, перестати безконтрольно спалювати викопне паливо та вирубувати ліси.