Wstęp
W Ostatnio Działalność człowieka wywiera wpływ na środowisko i globalne systemy podtrzymywania życia na niespotykaną dotąd skalę i intensywność. Dowodem na to jest jeden z wielu problemów środowiskowych – globalne ocieplenie – efekt cieplarniany. Wkrótce atmosfera stanie się nieprzepuszczalna dla ciepła, a konsekwencje mogą być bardzo globalne – nieunikniony wzrost poziomu oceanów na świecie w wyniku topnienia lodowców kontynentalnych i górskich, lód morski, rozszerzalność cieplna wód oceanicznych. Takie ocieplenie klimatu spowoduje poważne zmiany warunków środowiskowych w tundrze, w strefach „wiecznej zmarzliny”: nasili się sezonowe rozmrażanie gleb, co stworzy zagrożenie dla dróg, budynków i komunikacji, nasili się proces zalegania wody, a stan lasy na wiecznej zmarzlinie ulegną zniszczeniu.
Akumulacja dwutlenek węgla w atmosferze - jedna z głównych przyczyn efektu cieplarnianego. Dwutlenek węgla działa w atmosferze jak szkło w szklarni: przepuszcza promieniowanie słoneczne i nie pozwala na przedostawanie się promieniowania podczerwonego (cieplnego) z Ziemi z powrotem w przestrzeń kosmiczną. Treść Gazy cieplarniane- CO2, metan itp. - stale rośnie. Dwutlenek węgla w atmosferze działa jak potężny pochłaniacz promieniowania ziemskiego, które w przeciwnym razie zostałoby rozproszone w przestrzeń kosmiczną. Pochłaniając i ponownie uwalniając tę energię promieniowania, dwutlenek węgla sprawia, że atmosfera jest cieplejsza niż byłaby w innym przypadku.
Fotosynteza pomaga w redukcji dwutlenku węgla. Rośliny pobierają CO2 z powietrza i budują z niego biomasę. Cała roślinność lądowa pochłania z atmosfery około 20-30 miliardów ton węgla w postaci dwutlenku węgla. Jeden metr kwadratowy Las tropikalny usuwa z powietrza 1-2 kg węgla. Około 40 miliardów ton węgla jest pochłanianych rocznie przez mikroskopijne algi pływające w oceanie.
Jednak roślinność Ziemi nie jest w stanie poradzić sobie z stale rosnącymi zanieczyszczeniami atmosfery, co prowadzi do zmian klimatycznych. W porównaniu z erą przedindustrialną zawartość dwutlenku węgla w atmosferze wzrosła o 28%. Jeśli nie zostaną podjęte działania mające na celu redukcję emisji, do połowy XXI wieku średnia globalna temperatura atmosfery powierzchniowej wzrośnie o 1,5 - 4,5 0C.
Doprowadzi to do redystrybucji opadów, wzrostu liczby susz i zmiany reżimu przepływu rzek. Topnieje wierzchnia warstwa wiecznej zmarzliny, która w Rosji zajmuje ok. 10 mln km2, a do 2030 r. poziom Oceanu Światowego może podnieść się o 20 cm, co doprowadzi do zalania obszarów przybrzeżnych.
Przyczyny efektu cieplarnianego
Już w 1827 roku francuski fizyk Joseph Fourier zasugerował, że ziemska atmosfera działa jak rodzaj szkła w szklarni: powietrze przepuszcza ciepło słoneczne, zapobiegając jego odparowaniu z powrotem w przestrzeń kosmiczną. I miał rację. Efekt ten osiągany jest dzięki obecności gazów atmosferycznych o mniejszym znaczeniu, takich jak para wodna i dwutlenek węgla. Przepuszczają światło widzialne i „bliską” podczerwień emitowane przez słońce, ale pochłaniają promieniowanie „dalekiej” podczerwieni, które ma niższą częstotliwość i powstaje pod wpływem ogrzewania powierzchnia ziemi promienie słoneczne. Gdyby tak się nie stało, Ziemia byłaby o około 30 stopni zimniejsza niż obecnie, a życie na niej praktycznie zamarzłoby.
Biorąc pod uwagę fakt, że „naturalny” efekt cieplarniany jest procesem ustalonym, zrównoważonym, całkiem logiczne jest założenie, że wzrost stężenia gazów „cieplarnianych” w atmosferze powinien prowadzić do wzrostu efektu cieplarnianego, który w z kolei doprowadzi do globalnego ocieplenia. Ilość CO2 (dwutlenku węgla) w atmosferze stale rośnie od ponad stulecia ze względu na powszechne wykorzystanie różnego rodzaju paliw kopalnych (węgla i ropy naftowej) jako źródła energii. Ponadto inne gazy cieplarniane, takie jak metan, podtlenek azotu i szereg substancji zawierających chlor, przedostają się do atmosfery w wyniku działalności człowieka. Mimo że są produkowane w mniejszych ilościach, niektóre z tych gazów są znacznie bardziej niebezpieczne z punktu widzenia globalnego ocieplenia niż dwutlenek węgla.
Dziś niewielu naukowców zajmujących się tym problemem kwestionuje fakt, że działalność człowieka prowadzi do wzrostu stężenia gazów cieplarnianych w atmosferze. Według Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu „rosnące stężenie gazów cieplarnianych doprowadzi do nagrzania niższych warstw atmosfery i powierzchni ziemi... Jakakolwiek zmiana zdolności Ziemi do odbijania i pochłaniania ciepła, w tym spowodowana wzrostem gazów cieplarnianych i aerozoli w atmosferze, doprowadzi do zmian temperatury atmosfery i oceanów na świecie oraz zakłóci stabilne wzorce cyrkulacji i pogody.”
Trwa jednak intensywna debata na temat tego, ile dokładnie tych gazów spowoduje ocieplenie klimatu, w jakim stopniu i jak szybko to nastąpi. Rzecz w tym, że nawet jeśli zmiany klimatyczne rzeczywiście nastąpią, trudno mieć 100% pewności. Średnie temperatury na świecie mogą ulegać znacznym wahaniom w ciągu kilku lat, a nawet dziesięcioleci przyczyny naturalne. Problem polega na tym, co uznać za średnią temperaturę i na podstawie jakich kryteriów ocenić, czy rzeczywiście zmieniła się ona w tę, czy w inną stronę.
Pod koniec lat osiemdziesiątych i na początku dziewięćdziesiątych średnia roczna temperatura na świecie przez kilka lat z rzędu utrzymywała się powyżej normy. Wzbudziło to obawy, że globalne ocieplenie spowodowane przez człowieka już się rozpoczęło. Wśród naukowców panuje zgoda co do tego, że w ciągu ostatnich stu lat średnia roczna temperatura na świecie wzrosła od 0,3 do 0,6 stopnia Celsjusza. Nie ma jednak wśród nich zgody co do tego, co dokładnie spowodowało to zjawisko. Trudno z całą pewnością stwierdzić, czy globalne ocieplenie ma miejsce, czy nie, gdyż obserwowany wzrost temperatury mieści się jeszcze w granicach naturalnych wahań temperatury.
Niepewność co do globalnego ocieplenia powoduje sceptycyzm co do zagrożenia. Problem w tym, że gdy hipoteza dot czynniki antropogeniczne globalne ocieplenie zostanie potwierdzone, będzie już za późno na jakiekolwiek działania.
W ostatniej dekadzie hasło „efekt cieplarniany” praktycznie nie opuszczało ekranów telewizyjnych ani łamów gazet. Programy do nauki kilka dyscyplin jednocześnie zapewnia jego dokładne zbadanie i prawie zawsze jest to wskazane negatywne znaczenie dla klimatu naszej planety. Jednak zjawisko to jest w rzeczywistości o wiele bardziej złożone, niż to się wydaje przeciętnemu człowiekowi.
Bez efektu cieplarnianego życie na naszej planecie byłoby zagrożone
Zacznijmy od tego, że efekt cieplarniany istniał na naszej planecie przez całą jej historię. Zjawisko to jest po prostu nieuniknione w przypadku ciał niebieskich, które podobnie jak Ziemia mają stabilną atmosferę. Bez niej na przykład Ocean Światowy dawno by zamarzł i wyższe formy życia w ogóle by się nie pojawiły. Naukowcy już dawno udowodnili naukowo, że gdyby w naszej atmosferze nie było dwutlenku węgla, którego obecność jest niezbędnym składnikiem procesu powstawania efektu cieplarnianego, wówczas temperatura na planecie wahałaby się w granicach -20 0 C, a więc nie byłoby w ogóle nie ma mowy o powstaniu życia.
Przyczyny i istota efektu cieplarnianego
Odpowiadając na pytanie: „Co to jest efekt cieplarniany?”, należy przede wszystkim zauważyć, że to zjawisko fizyczne otrzymało swoją nazwę przez analogię do procesów zachodzących w szklarniach ogrodników. Wewnątrz niego, niezależnie od pory roku, jest zawsze o kilka stopni cieplej niż w otaczającej przestrzeni. Rzecz w tym, że rośliny absorbują widzialne światło słoneczne, które przechodzi całkowicie swobodnie przez szkło, polietylen i ogólnie przez prawie każdą przeszkodę. Następnie same rośliny również zaczynają emitować energię, ale w zakresie podczerwieni, której promienie nie mogą już swobodnie pokonywać tego samego szkła, więc pojawia się efekt cieplarniany. Przyczyny tego zjawiska leżą zatem właśnie w braku równowagi pomiędzy widmem światła widzialnego promienie słoneczne i promieniowanie, które emituje otoczenie zewnętrzne rośliny i inne przedmioty.
Fizyczne podstawy efektu cieplarnianego
Jeśli chodzi o naszą planetę jako całość, efekt cieplarniany powstaje tutaj z powodu obecności stabilnej atmosfery. Aby utrzymać równowagę temperaturową, Ziemia musi oddać tyle energii, ile otrzymuje od Słońca. Jednak obecność w atmosferze dwutlenku węgla i wody, które pochłaniają promienie podczerwone, pełniąc tym samym rolę szkła w szklarni, powoduje powstawanie tzw. gazów cieplarnianych, których część wraca z powrotem do Ziemi. Gazy te tworzą „efekt ogólny”, podnosząc temperaturę na powierzchni planety.
Efekt cieplarniany na Wenus
Z powyższego możemy wywnioskować, że efekt cieplarniany jest charakterystyczny nie tylko dla Ziemi, ale także wszystkich planet i innych ciał niebieskich o stabilnej atmosferze. Rzeczywiście, badania przeprowadzone przez naukowców wykazały, że na przykład w pobliżu powierzchni Wenus ten fenomen ma znacznie wyraźniejszy charakter, co wynika przede wszystkim z faktu, że jest to tzw koperta powietrzna Prawie w stu procentach składa się z dwutlenku węgla.
Efekt cieplarniany to wzrost temperatury powierzchni ziemi na skutek ogrzewania dolnych warstw atmosfery w wyniku akumulacji gazów cieplarnianych. W rezultacie temperatura powietrza jest wyższa niż powinna, co prowadzi do nieodwracalnych konsekwencji, takich jak zmiany klimatyczne i globalne ocieplenie. Kilka wieków temu to problemem ekologicznym istniał, ale nie był tak oczywisty. Wraz z rozwojem technologii z roku na rok zwiększa się liczba źródeł zapewniających efekt cieplarniany w atmosferze.
Przyczyny efektu cieplarnianego
wykorzystanie w przemyśle kopalin palnych – węgla, ropy naftowej, gazu ziemnego, których spalanie uwalnia do atmosfery ogromne ilości dwutlenku węgla i innych szkodliwych związków;
transport – samochody osobowe i ciężarowe emitują spaliny, które dodatkowo zanieczyszczają powietrze i zwiększają efekt cieplarniany;
wylesianie, które pochłania dwutlenek węgla i uwalnia tlen, a wraz ze zniszczeniem każdego drzewa na planecie wzrasta ilość CO2 w powietrzu;
pożary lasów są kolejnym źródłem zniszczenia roślin na planecie;
Wzrost liczby ludności wpływa na wzrost popytu żywność, odzież, mieszkania, a aby to zapewnić, rośnie produkcja przemysłowa, która w coraz większym stopniu zanieczyszcza powietrze gazami cieplarnianymi;
agrochemikalia i nawozy zawierają różne ilości związków, których odparowanie uwalnia azot, jeden z gazów cieplarnianych;
Rozkład i spalanie odpadów na składowiskach przyczynia się do wzrostu emisji gazów cieplarnianych.
Wpływ efektu cieplarnianego na klimat
Biorąc pod uwagę skutki efektu cieplarnianego, możemy stwierdzić, że głównym z nich są zmiany klimatyczne. Wraz ze wzrostem temperatury powietrza z roku na rok, wody mórz i oceanów parują intensywniej. Niektórzy naukowcy przewidują, że za 200 lat zauważalne będzie zjawisko „wysychania” oceanów, czyli znacznego spadku poziomu wody. To jest jedna strona problemu. Drugim jest to, że rosnące temperatury prowadzą do topnienia lodowców, co przyczynia się do podnoszenia poziomu wody w Oceanie Światowym i prowadzi do zalewania wybrzeży kontynentów i wysp. Wzrost liczby powodzi i podtopień obszarów przybrzeżnych wskazuje, że poziom wód oceanicznych z każdym rokiem wzrasta.
Wzrost temperatury powietrza powoduje, że obszary słabo nawilżone opadami atmosferycznymi stają się suche i nieprzydatne do życia. Zniszczone są tu plony, co prowadzi do kryzysu żywnościowego dla ludności tego obszaru. Zwierzęta nie mają też pożywienia, bo rośliny wymierają z powodu braku wody.
Przede wszystkim musimy powstrzymać wylesianie i posadzić nowe drzewa i krzewy, ponieważ pochłaniają dwutlenek węgla i wytwarzają tlen. Dzięki korzystaniu z pojazdów elektrycznych zmniejszona zostanie ilość gazów spalinowych. Ponadto możesz przesiąść się z samochodu na rower, co jest wygodniejsze, tańsze i lepsze dla środowiska. Rozwijane są także paliwa alternatywne, które niestety powoli są wprowadzane do naszego codziennego życia.
19. Warstwa ozonowa: znaczenie, skład, możliwe przyczyny jego zniszczenia, podjęte środki zabezpieczające.
Warstwa ozonowa Ziemi– to obszar ziemskiej atmosfery, w którym powstaje ozon – gaz chroniący naszą planetę przed szkodliwym działaniem promieniowania ultrafioletowego.
Zniszczenie i zubożenie warstwy ozonowej Ziemi.
Warstwa ozonowa, pomimo swojego ogromnego znaczenia dla wszystkich organizmów żywych, stanowi bardzo delikatną barierę dla promieni ultrafioletowych. Jej integralność zależy od szeregu warunków, niemniej jednak przyroda osiągnęła w tej kwestii równowagę i przez wiele milionów lat ziemska warstwa ozonowa skutecznie radziła sobie z powierzoną jej misją. Procesy powstawania i niszczenia warstwy ozonowej były ściśle zrównoważone, aż do pojawienia się człowieka na planecie i osiągnięcia obecnego poziomu technicznego w swoim rozwoju.
W latach 70 XX wieku udowodniono, że wiele substancji aktywnie wykorzystywanych przez człowieka w działalności gospodarczej może znacząco obniżyć poziom ozonu w środowisku naturalnym atmosfera ziemska.
Do substancji niszczących warstwę ozonową Ziemi zalicza się m.in fluorochlorowęglowodory – freony (gazy stosowane w aerozolach i lodówkach, składające się z atomów chloru, fluoru i węgla), produkty spalania podczas lotów lotniczych na dużych wysokościach oraz startów rakiet, tj. substancje, których cząsteczki zawierają chlor lub brom.
Substancje te, uwalniane do atmosfery na powierzchni Ziemi, osiągają szczyt w ciągu 10-20 lat. granice warstwy ozonowej. Tam pod wpływem promieniowania ultrafioletowego rozkładają się, tworząc chlor i brom, które z kolei oddziałują z ozonem stratosferycznym, znacznie zmniejszając jego ilość.
Przyczyny niszczenia i zubożenia warstwy ozonowej Ziemi.
Rozważmy jeszcze raz bardziej szczegółowo przyczyny zniszczenia warstwy ozonowej Ziemi. Jednocześnie nie będziemy rozważać naturalnego rozpadu cząsteczek ozonu, skupiając się na działalności gospodarczej człowieka.
Mechanizm efektu cieplarnianego jest następujący. Promienie słoneczne docierając do Ziemi są pochłaniane przez powierzchnię gleby, roślinność, powierzchnię wody itp. Nagrzane powierzchnie ponownie oddają energię cieplną do atmosfery, ale w postaci promieniowania długofalowego.
Gazy atmosferyczne (tlen, azot, argon) nie pochłaniają promieniowania cieplnego z powierzchni ziemi, lecz je rozpraszają. Jednakże w wyniku spalania paliw kopalnych i innych procesy produkcji kumulują się w atmosferze: dwutlenek węgla, tlenek węgla, różne węglowodory (metan, etan, propan itp.), które nie rozpraszają, ale pochłaniają promieniowanie cieplne pochodzące z powierzchni Ziemi. Powstały w ten sposób ekran prowadzi do pojawienia się efektu cieplarnianego – globalnego ocieplenia.
Oprócz efektu cieplarnianego obecność tych gazów powoduje powstawanie tzw smog fotochemiczny. Jednocześnie w wyniku reakcji fotochemicznych węglowodory tworzą bardzo toksyczne produkty - aldehydy i ketony.
Globalne ocieplenie jest jednym z najbardziej znaczące konsekwencje antropogeniczne zanieczyszczenie biosfery. Przejawia się to zarówno w zmianach klimatu, jak i faunie i florze: procesie produkcyjnym w ekosystemach, przesunięciach granic formacji roślinnych, zmianach w plonach. Szczególnie silne zmiany mogą dotyczyć wysokich i średnich szerokości geograficznych. Prognozy przewidują, że to właśnie tam temperatura powietrza wzrośnie najbardziej zauważalnie. Przyroda tych regionów jest szczególnie podatna na różne oddziaływania i odnawia się niezwykle powoli.
W wyniku ocieplenia strefa tajgi przesunie się na północ o około 100-200 km. Podniesienie się poziomu morza na skutek ocieplenia (topnienie lodu i lodowców) może osiągnąć nawet 0,2 m, co doprowadzi do zalania ujść dużych rzek, zwłaszcza syberyjskich.
Na regularnej konferencji krajów uczestniczących w Konwencji o zapobieganiu zmianom klimatycznym, która odbyła się w Rzymie w 1996 r., po raz kolejny potwierdzono potrzebę skoordynowanych działań międzynarodowych w celu rozwiązania tego problemu. Zgodnie z Konwencją kraje uprzemysłowione i kraje o gospodarkach w okresie transformacji zobowiązały się do stabilizacji produkcji gazów cieplarnianych. Kraje Unii Europejskiej uwzględniły w swoich krajowych programach postanowienia mające na celu redukcję emisji dwutlenku węgla o 20% do roku 2005.
W 1997 r. podpisano Porozumienie z Kioto (Japonia), na mocy którego kraje rozwinięte zobowiązały się do ustabilizowania do 2000 r. emisji gazów cieplarnianych na poziomie z 1990 r.
Jednak po tym emisja gazów cieplarnianych jeszcze wzrosła. Ułatwiło to wystąpienie Stanów Zjednoczonych z Porozumienia z Kioto w 2001 roku. Tym samym realizacja tego porozumienia została zagrożona, gdyż naruszono kwotę niezbędną do wejścia tego porozumienia w życie.
W Rosji, w związku z ogólnym spadkiem produkcji, emisja gazów cieplarnianych w 2000 r. wyniosła 80% poziomu z 1990 r. W związku z tym Rosja ratyfikowała Porozumienie z Kioto w 2004 r., nadając mu status prawny. Obecnie (2012) to porozumienie już obowiązuje, dołączyły do niego inne państwa (np. Australia), ale nadal postanowienia porozumienia z Kioto pozostają niewypełnione. Jednakże walka o wdrożenie porozumienia z Kioto trwa nadal.
Jednym z najbardziej znanych bojowników przeciwko globalnemu ociepleniu jest były wiceprezydent Stanów Zjednoczonych A. Gore’a. Po przegranej w wyborach prezydenckich w 2000 roku poświęcił się walce z globalnym ociepleniem. „Uratuj świat, zanim będzie za późno!” – to jego hasło. Uzbrojony w zestaw slajdów podróżował po świecie wyjaśniając naukowe i polityczne aspekty globalnego ocieplenia oraz możliwe poważne konsekwencje w najbliższej przyszłości, jeśli nie zostanie ograniczony wzrost emisji dwutlenku węgla spowodowany działalnością człowieka.
A. Gore napisał znaną książkę "Niewygodna prawda. Globalne ocieplenie, jak powstrzymać katastrofę planetarną”. Pisze w nim z przekonaniem i sprawiedliwością: „Czasami wydaje się, że nasz kryzys klimatyczny postępuje powoli, ale w rzeczywistości postępuje bardzo szybko, stając się iście planetarnym zagrożeniem. Aby pokonać zagrożenie, musimy najpierw uznać fakt jego istnienia. Dlaczego wydaje się, że nasi przywódcy nie słyszą tak głośnych ostrzeżeń o niebezpieczeństwie? Opierają się prawdzie, ponieważ w momencie przyznania się do winy staną przed moralnym obowiązkiem działania. Czy po prostu wygodniej jest zignorować ostrzeżenie o niebezpieczeństwie? Być może, ale niewygodna prawda nie znika tylko dlatego, że się jej nie zauważa.
W 2006 roku za tę książkę otrzymał Amerykańską Nagrodę Literacką. Stworzony z książki film dokumentalny « Niewygodna prawda" z A. Gore'em w roli tytułowej. Film zdobył Oscara w 2007 roku i znalazł się w kategorii „Każdy powinien to wiedzieć”. W tym samym roku nagrodzono A. Gore’a (wraz z grupą ekspertów IPCC). nagroda Noblaświata za pracę nad ochroną środowiska i badaniami nad zmianami klimatycznymi.
Obecnie A. Gore aktywnie kontynuuje także walkę z globalnym ociepleniem, będąc niezależnym konsultantem Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu (IPCC), utworzonego przez Światową Organizację Meteorologiczną (WMO) i Program Narodów Zjednoczonych ds. Zmian Klimatu. środowisko(UNEP).
Globalne ocieplenie i efekt cieplarniany
Już w 1827 roku francuski fizyk J. Fourier zasugerował, że atmosfera ziemska pełni w szklarni funkcję szkła: powietrze przepuszcza ciepło słoneczne, ale nie pozwala mu odparować z powrotem w przestrzeń kosmiczną. I miał rację. Efekt ten osiągany jest dzięki obecności określonych gazów atmosferycznych, takich jak para wodna i dwutlenek węgla. Przepuszczają światło widzialne i „bliską” podczerwień emitowane przez Słońce, ale pochłaniają promieniowanie „dalekiej” podczerwieni, które powstaje, gdy powierzchnia ziemi jest nagrzewana przez promienie słoneczne i ma niższą częstotliwość (ryc. 12).
W 1909 roku szwedzki chemik S. Arrhenius po raz pierwszy podkreślił ogromną rolę dwutlenku węgla jako regulatora temperatury powierzchniowych warstw powietrza. Dwutlenek węgla swobodnie przenosi promienie słoneczne na powierzchnię ziemi, ale pochłania większość promieniowania cieplnego Ziemi. To rodzaj kolosalnego ekranu, który zapobiega wychłodzeniu naszej planety.
Temperatura powierzchni Ziemi stale rośnie, a wzrosła w XX wieku. o 0,6°C. W 1969 r. było to 13,99°C, w 2000 r. – 14,43°C. Zatem średnia temperatura Ziemi wynosi obecnie około 15°C. W danej temperaturze powierzchnia i atmosfera planety znajdują się w równowadze termicznej. Ogrzewana energią Słońca i promieniowaniem podczerwonym atmosfery, powierzchnia Ziemi oddaje do atmosfery średnio równoważną ilość energii. Jest to energia parowania, konwekcji, przewodności cieplnej i promieniowania podczerwonego.
Ryż. 12. Schematyczne przedstawienie efektu cieplarnianego wywołanego obecnością dwutlenku węgla w atmosferze
W ostatnim czasie działalność człowieka spowodowała zaburzenie równowagi w stosunku energii pobranej i uwolnionej. Przed ingerencją człowieka w globalne procesy zachodzące na planecie zmiany zachodzące na jej powierzchni i w atmosferze łączono z zawartością gazów w przyrodzie, które lekką ręką naukowców nazywano „szklarniami”. Do gazów tych zalicza się dwutlenek węgla, metan, podtlenek azotu i parę wodną (rys. 13). Obecnie dodano do nich antropogeniczne chlorofluorowęglowodory (CFC). Gdyby nie „koc” gazowy otaczający Ziemię, temperatura na jej powierzchni byłaby o 30-40 stopni niższa. Istnienie organizmów żywych w tym przypadku byłoby bardzo problematyczne.
Gazy cieplarniane tymczasowo zatrzymują ciepło w naszej atmosferze, tworząc tak zwany efekt cieplarniany. W wyniku antropogenicznej działalności człowieka, niektóre gazy cieplarniane zwiększają swój udział w ogólnej równowadze atmosfery. Dotyczy to przede wszystkim dwutlenku węgla, którego zawartość stale rośnie z dekady na dekadę. Dwutlenek węgla powoduje 50% efektu cieplarnianego, CFC stanowią 15-20%, a metan 18%.
Ryż. 13. Udział gazów antropogenicznych w atmosferze z efektem cieplarnianym azotu wynosi 6%
W pierwszej połowie XX wieku. Zawartość dwutlenku węgla w atmosferze oszacowano na 0,03%. W 1956 roku w ramach pierwszego Międzynarodowego Roku Geofizycznego naukowcy przeprowadzili badania studia specjalne. Podana wielkość została doprecyzowana i wyniosła 0,028%. W 1985 r. wykonano ponownie pomiary i okazało się, że ilość dwutlenku węgla w atmosferze wzrosła do 0,034%. Zatem wzrost zawartości dwutlenku węgla w atmosferze jest faktem udowodnionym.
W ciągu ostatnich 200 lat w wyniku działalności antropogenicznej zawartość tlenku węgla w atmosferze wzrosła o 25%. Wynika to z jednej strony z intensywnego spalania paliw kopalnych: gazu, ropy naftowej, łupków, węgla itp., a z drugiej z corocznego zmniejszania się powierzchni obszarów leśnych, które są głównymi pochłaniaczami dwutlenku węgla. Ponadto rozwój takich gałęzi przemysłu Rolnictwo, ponieważ uprawa ryżu i hodowla zwierząt gospodarskich, a także zwiększanie się obszarów miejskich składowisk śmieci prowadzą do zwiększonej emisji metanu, tlenku azotu i niektórych innych gazów.
Drugim najważniejszym gazem cieplarnianym jest metan. Jego zawartość w atmosferze wzrasta rocznie o 1%. Najważniejszymi dostawcami metanu są składowiska odpadów, duże bydło, pola ryżowe. Zasoby gazu na składowiskach dużych miast można uznać za małe złoża gazowe. Jeśli chodzi o pola ryżowe, okazało się, że pomimo dużej produkcji metanu, stosunkowo niewiele metanu przedostaje się do atmosfery, gdyż większość jest rozkładana przez bakterie związane z systemem korzeniowym ryżu. Zatem ekosystemy upraw ryżu mają ogólnie umiarkowany wpływ na emisję metanu.
Dziś nie ma już wątpliwości, że tendencja do wykorzystywania głównie paliw kopalnych nieuchronnie prowadzi do globalnej, katastrofalnej zmiany klimatu. Przy obecnym tempie zużycia węgla i ropy naftowej przewiduje się wzrost średniorocznej temperatury na planecie w ciągu najbliższych 50 lat w zakresie od 1,5°C (w pobliżu równika) do 5°C (na dużych szerokościach geograficznych).
Rosnące temperatury w wyniku efektu cieplarnianego stanowią bezprecedensowe zagrożenie dla środowiska, gospodarki i gospodarki konsekwencje społeczne. Poziom wody w oceanach może wzrosnąć o 1-2 m z powodu woda morska i topniejący lód polarny. (Z powodu efektu cieplarnianego poziom Oceanu Światowego w XX wieku wzrósł już o 10-20 cm.) Ustalono, że wzrost poziomu morza o 1 mm prowadzi do cofnięcia się linii brzegowej o 1,5 m .
Jeżeli poziom morza podniesie się o około 1 m (a to jest najgorszy scenariusz), to do 2100 roku około 1% terytorium Egiptu, 6% terytorium Holandii, 17,5% terytorium Bangladeszu i 80 % atolu Majuro, który jest częścią Wysp Marshalla, znajdzie się pod wodą – wyspy rybackie. Będzie to początek tragedii dla 46 milionów ludzi. Według najbardziej pesymistycznych prognoz, podniesienie się poziomu morza w XXI wieku. może oznaczać zniknięcie z mapy świata takich krajów jak Holandia, Pakistan i Izrael, zalanie większości Japonii i niektórych innych państw wyspiarskich. Petersburg, Nowy Jork i Waszyngton mogą znaleźć się pod wodą. Podczas gdy niektórym obszarom lądu grozi opadnięcie na dno morza, inne ucierpią z powodu poważnej suszy. Morzu Azowskiemu i Aralskiemu oraz wielu rzekom grozi wyginięcie. Zwiększy się powierzchnia pustyń.
Grupa szwedzkich klimatologów ustaliła, że w latach 1978–1995 powierzchnia pływającego lodu na Oceanie Arktycznym zmniejszyła się o około 610 tys. km 2, tj. o 5,7%. Jednocześnie okazało się, że przez Cieśninę Frama, oddzielającą archipelag Svalbard (Svalbard) od Grenlandii, do otwartego Atlantyku transportuje się rocznie do 2600 km 3 pływającego lodu ze średnią prędkością około 15 cm/s ( czyli około 15–20 razy więcej niż przepływ rzeki takiej jak Kongo).
W lipcu 2002 r. wołanie o pomoc nadeszło z małego wyspiarskiego państwa Tuvalu, położonego na dziewięciu atolach na południowym Pacyfiku (26 km 2, 11,5 tys. mieszkańców). Tuvalu powoli, ale systematycznie tonie pod wodą – najwyższy punkt stanu wznosi się zaledwie 5 m nad poziomem morza Na początku 2004 r. w mediach elektronicznych rozpowszechniła się informacja, że spodziewane wysokie fale pływowe związane z nowiem księżyca mogą spowodować podniesienie się poziomu mórz w tego obszaru o ponad 3 m ze względu na podnoszący się poziom mórz w wyniku globalnego ocieplenia. Jeśli ten trend się utrzyma, to maleńkie państwo zostanie zmiecione z powierzchni Ziemi. Rząd Tuvalu podejmuje działania mające na celu przesiedlenie obywateli do sąsiedniego stanu Niue.
Rosnące temperatury spowodują niższą wilgotność gleby w wielu regionach Ziemi. Susze i tajfuny staną się codziennością. Pokrywa lodowa Arktyki zmniejszy się o 15%. W nadchodzącym stuleciu na półkuli północnej pokrywa lodowa rzek i jezior utrzyma się o 2 tygodnie krócej niż w XX wieku. W górach lód się roztopi Ameryka Południowa, Afryce, Chinach i Tybecie.
Globalne ocieplenie będzie miało także wpływ na stan lasów planety. Jak wiadomo, roślinność leśna może istnieć w bardzo wąskich granicach temperatury i wilgotności. Większość może umrzeć, złożony system ekologiczny znajdzie się na etapie zniszczenia, a to pociągnie za sobą katastrofalne zmniejszenie różnorodności genetycznej roślin. W wyniku globalnego ocieplenia na Ziemi już w drugiej połowie XXI wieku. Od jednej czwartej do połowy gatunków flory i fauny lądowej może zniknąć. Nawet w najbardziej sprzyjających warunkach, do połowy stulecia bezpośrednie zagrożenie Prawie 10% gatunków zwierząt i roślin lądowych grozi wyginięciem.
Badania wykazały, że należy tego unikać globalna katastrofa konieczne jest ograniczenie emisji dwutlenku węgla do atmosfery do 2 miliardów ton rocznie (jedna trzecia obecnej wielkości). Uwzględniając przyrost naturalny ludności, do lat 2030-2050. na mieszkańca powinna emitować nie więcej niż 1/8 ilości węgla obecnie średnio na mieszkańca w Europie.
MINISTERSTWO EDUKACJI REPUBLIKI BIAŁORUSI
EE „BIAŁORUSKI PAŃSTWOWY UNIWERSYTET EKONOMICZNY”
ABSTRAKCYJNY
według dyscypliny: Podstawy ekologii i oszczędzania energii
na temat: Efekt cieplarniany: przyczyny i skutki
Sprawdzone przez: T.N. Filipović
INFORMACJE HISTORYCZNE
Ideę mechanizmu efektu cieplarnianego po raz pierwszy nakreślił w 1827 roku Joseph Fourier w artykule „Notatka o temperaturach globu i innych planet”, w którym rozważał różne mechanizmy kształtowania się klimatu ziemskiego, uwzględnił przy tym zarówno czynniki wpływające na ogólny bilans cieplny Ziemi (ogrzewanie promieniowaniem słonecznym, chłodzenie promieniowaniem, ciepło wewnętrzne Ziemi), jak i czynniki wpływające na wymianę ciepła i temperatury stref klimatycznych (przewodność cieplną, przewodność cieplną atmosferyczną i oceaniczną krążenie).
Rozważając wpływ atmosfery na bilans radiacyjny, Fourier przeanalizował doświadczenie pana de Saussure'a z naczyniem pokrytym szkłem, zaczernionym od wewnątrz. De Saussure zmierzył różnicę temperatur wewnątrz i na zewnątrz takiego naczynia, umieszczoną na linii prostej światło słoneczne. Fourier tłumaczył wzrost temperatury wewnątrz takiej „mini szklarni” w stosunku do temperatury zewnętrznej działaniem dwóch czynników: blokowania konwekcyjnego przekazywania ciepła (szkło zapobiega wypływowi ogrzanego powietrza z wewnątrz i napływowi chłodnego powietrza z zewnątrz) oraz różną przezroczystość szkła w zakresie widzialnym i podczerwonym.
Był to ostatni czynnik, który w późniejszej literaturze otrzymał nazwę efektu cieplarnianego - pochłaniając światło widzialne, powierzchnia nagrzewa się i emituje promienie termiczne (podczerwień); Ponieważ szkło jest przezroczyste dla światła widzialnego i prawie nieprzezroczyste dla promieniowania cieplnego, akumulacja ciepła prowadzi do takiego wzrostu temperatury, przy którym liczba promieni cieplnych przechodzących przez szkło jest wystarczająca do ustalenia równowagi termicznej.
Fourier postulował, że właściwości optyczne atmosfery ziemskiej są podobne do właściwości optycznych szkła, czyli jego przezroczystość w zakresie podczerwieni jest mniejsza niż przezroczystość w zakresie optycznym.
PRZYCZYNY EFEKTU CIEPLARNIANEGO
Stale rosnące ilości spalanego paliwa, przenikanie do atmosfery gazów wytwarzanych przemysłowo, powszechne spalanie i karczowanie lasów, fermentacja beztlenowa i wiele innych - wszystko to doprowadziło do powstania takiego globalnego problem środowiskowy jak efekt cieplarniany.
Główny chemikalia Pięć gazów wywołujących efekt cieplarniany to:
Dwutlenek węgla (50% efektu cieplarnianego);
Chlorofluorowęglowodory (25%);
Tlenek azotu (8%);
Ozon w warstwie przyziemnej (7%);
Metan (10%).
Dwutlenek węgla przedostaje się do atmosfery w wyniku spalania różne rodzaje paliwo. Około 1/3 ilości dwutlenku węgla powstaje w wyniku spalania i wylesiania, a także procesów pustynnienia. Kurczenie się lasów oznacza zmniejszenie liczby zielonych, drzewiastych roślin, które mogą absorbować dwutlenek węgla w procesie fotosyntezy. Każdego roku zawartość dwutlenku węgla w atmosferze ziemskiej wzrasta średnio o 0,5%.
Chlorofluorowęglowodory przyczyniają się w około 25% do powstania całkowitego efektu cieplarnianego. Stanowią podwójne zagrożenie dla człowieka i przyrody Ziemi: po pierwsze, przyczyniają się do rozwoju efektu cieplarnianego; po drugie, niszczą ozon atmosferyczny.
Metan - jeden z ważnych gazów „cieplarnianych”. Zawartość metanu w atmosferze podwoiła się w ciągu ostatnich 100 lat. Głównym źródłem metanu przedostającego się do atmosfery ziemskiej jest naturalny proces fermentacji beztlenowej, który zachodzi przy uprawie mokrego ryżu, w hodowli zwierząt, na oczyszczalniach ścieków, w procesie rozkładu ścieków komunalnych i komunalnych, w procesach gnicia i rozkładu. materia organiczna na wysypiskach śmieci przydomowych itp. Zanieczyszczenie olejami powierzchni lądów i Oceanu Światowego w znaczący sposób przyczynia się również do wzrostu zawartości wolnego metanu w atmosferze naszej planety.
Tlenek azotu powstaje w wielu procesach technologicznych współczesnej produkcji rolnej (np. podczas powstawania i stosowania nawozów organicznych), a także w wyniku spalania coraz większych ilości różnorodnych paliw.
MOŻLIWE SCENARIUSZE GLOBALNEJ ZMIANY KLIMATU
Globalna zmiana klimatu jest bardzo złożona, więc nowoczesna nauka nie da się dać jednoznacznej odpowiedzi na to, co nas czeka w najbliższej przyszłości. Scenariuszy rozwoju sytuacji jest wiele. Aby określić te scenariusze, bierze się pod uwagę czynniki spowalniające i przyspieszające globalne ocieplenie.
Czynniki przyspieszające globalne ocieplenie:
Emisja CO 2, metanu, podtlenku azotu na skutek antropogenicznej działalności człowieka;
Rozkład pod wpływem podwyższonej temperatury geochemicznych źródeł węglanów z uwolnieniem CO2. W skorupa Ziemska w stanie związanym jest 50 000 razy więcej dwutlenku węgla niż w atmosferze;
Wzrost zawartości pary wodnej w atmosferze ziemskiej, na skutek wzrostu temperatury, a co za tym idzie parowania wody oceanicznej;
Uwalnianie CO 2 przez Ocean Światowy w wyniku jego ogrzewania (rozpuszczalność gazów maleje wraz ze wzrostem temperatury wody). Z każdym stopniem wzrasta temperatura wody, rozpuszczalność CO2 w niej maleje o 3%. Ocean Światowy zawiera 60 razy więcej CO 2 niż atmosfera ziemska (140 bilionów ton);
Spadek albedo Ziemi (odbicia światła powierzchni planety) na skutek topnienia lodowców, zmian w strefach klimatycznych i roślinności. Powierzchnia morza odbija znacznie mniej światła słonecznego niż polarne lodowce i śnieg planety; góry bez lodowców również mają niższe albedo; roślinność drzewiasta przemieszczająca się na północ ma niższe albedo niż rośliny tundry. W ciągu ostatnich pięciu lat albedo Ziemi obniżyło się już o 2,5%;
Uwalnianie metanu podczas topnienia wiecznej zmarzliny;
Rozkład hydratów metanu - krystalicznych, lodowych związków wody i metanu występujących w polarnych obszarach Ziemi.
Czynniki spowalniające globalne ocieplenie:
Globalne ocieplenie powoduje spowolnienie prędkości prądów oceanicznych, spowolnienie ciepłego Prądu Zatokowego spowoduje spadek temperatur w Arktyce;
Wraz ze wzrostem temperatury na Ziemi wzrasta parowanie, a co za tym idzie zachmurzenie, które stanowi pewnego rodzaju barierę na drodze światła słonecznego. Zachmurzenie wzrasta o około 0,4% na każdy stopień ocieplenia;
Wraz ze wzrostem parowania wzrasta ilość opadów, co przyczynia się do podlewania, a bagna, jak wiadomo, są jednym z głównych składowisk CO 2;
Wzrost temperatury przyczyni się do poszerzenia obszaru ciepłych mórz, a co za tym idzie poszerzenia zasięgu występowania mięczaków i raf koralowych; organizmy te biorą czynny udział w depozycji CO 2, który wykorzystywany jest do budowy muszli;
Wzrost stężenia CO 2 w atmosferze stymuluje wzrost i rozwój roślin, które są aktywnymi akceptorami (konsumentami) tego gazu cieplarnianego.
Oto 5 scenariuszy przyszłości planety Ziemia:
Scenariusz 1 – globalne ocieplenie będzie następowało stopniowo. Ziemia jest bardzo dużym i złożonym systemem składającym się z duża ilość ze sobą powiązane Elementy konstrukcyjne. Planeta ma poruszającą się atmosferę, której ruch mas powietrza rozprowadza energię cieplną na szerokościach geograficznych planety; na Ziemi znajduje się ogromny akumulator ciepła i gazów - Ocean Światowy (ocean gromadzi 1000 razy więcej ciepła niż atmosfera Zmiany w tak złożonym systemie nie mogą nastąpić szybko. Miną stulecia i tysiąclecia, zanim będzie można ocenić jakąkolwiek znaczącą zmianę klimatu.
Scenariusz 2 – globalne ocieplenie nastąpi stosunkowo szybko. Najpopularniejszy obecnie scenariusz. Według różnych szacunków, w ciągu ostatnich stu lat średnia temperatura na naszej planecie wzrosła o 0,5-1°C, stężenie CO 2 o 20-24%, a metanu o 100%. W przyszłości procesy te będą kontynuowane i do końca XXI wieku średnia temperatura powierzchni Ziemi może wzrosnąć z 1,1 do 6,4°C. Dalsze topnienie lodów Arktyki i Antarktyki może przyspieszyć globalne ocieplenie ze względu na zmiany albedo planety. Według niektórych naukowców jedynie czapy lodowe planety, dzięki odbiciu promieniowania słonecznego, chłodzą naszą Ziemię o 2°C, a lód pokrywający powierzchnię oceanu znacząco spowalnia procesy wymiany ciepła pomiędzy stosunkowo ciepłymi wody oceanu i zimniejszą warstwę powierzchniową atmosfery. Ponadto nad czapami lodowymi praktycznie nie ma głównego gazu cieplarnianego, czyli pary wodnej, ponieważ jest ona zamarznięta.
Globalnemu ociepleniu będzie towarzyszył podnoszący się poziom mórz. W latach 1995–2005 poziom Oceanu Światowego wzrósł już o 4 cm zamiast przewidywanych 2 cm.Jeśli poziom Oceanu Światowego będzie nadal rósł w tym samym tempie, to do końca XXI w. podniesienie się jego poziomu wyniesie 30 - 50 cm, co spowoduje częściowe zalanie wielu obszarów przybrzeżnych, zwłaszcza gęsto zaludnionego wybrzeża Azji. Należy pamiętać, że około 100 milionów ludzi na Ziemi żyje na wysokości mniejszej niż 88 centymetrów nad poziomem morza.
Oprócz podnoszenia się poziomu mórz globalne ocieplenie wpływa na siłę wiatrów i rozkład opadów na planecie. W rezultacie wzrośnie częstotliwość i skala różnych klęsk żywiołowych (burze, huragany, susze, powodzie) na planecie.
Obecnie suszą dotkniętych jest 2% wszystkich gruntów, a według niektórych naukowców do 2050 r. suszą dotknie nawet 10% wszystkich gruntów kontynentalnych. Ponadto zmieni się rozkład opadów pomiędzy porami roku.
W Północna Europa a na zachodzie Stanów Zjednoczonych wzrośnie ilość opadów i częstotliwość burz, huragany będą szaleć 2 razy częściej niż w XX wieku. Klimat Europa Środkowa staną się zmienne, z cieplejszymi zimami i bardziej deszczowymi latami w sercu Europy. Europa Wschodnia i Południowa, w tym region Morza Śródziemnego, boryka się z suszą i upałami.
