Парниковый эффект, разрушение озонового слоя: суть процессов
27.11.2022
парниковый эффект

Парниковый эффект: что это такое, его последствия.

Что такое парниковый эффект?

Парниковый эффект возникает в нижних слоях атмосферы за счет газов от промышленных предприятий, транспорта. Чтобы понять сущность феномена, стоит вспомнить теплицу, которая есть на каждом приусадебном участке. Солнце нагревает крышу парника, температура внутри помещения повышается.

Но стены, выполненные из пластика или стекла, препятствуют выходу теплого воздуха. Поэтому, даже ночью без дополнительного отопления в теплице всегда теплее, чем за ее пределами.

Аналогичная ситуация складывается в масштабах Земли. Сначала вспомним физические основы. Солнечные лучи в инфракрасной части спектра проходят через атмосферу, достигают поверхности земли и нагревают ее. В ответ Земля испускает излучение, которое уходя в космос, помогает ее охладиться.

Этот процесс – постоянный, цикличный. Парниковые газы, вызванные выбросами атмосферу, не дают тепловой энергии от Земли вернуться в космос, что способствует постепенному стойкому повышению температуры.

Чем больше концентрация газов в окружающей среде, тем чувствительнее происходит рост температуры.

История изучения парникового эффекта

Исследование проблемы парникового эффекта началось еще в первой половине XIX века. В 1827 году увидела свет работа Жозефа Фурье «Записка о температурах земного шара и других планет», где он подробно рассмотрел механизмы формирования климата, а также факторы, которые воздействуют на него. Этот ученый впервые описал явление парникового эффекта, используя в качестве модели стеклянный сосуд, выставленный на солнечный свет. Стекло практически непрозрачно для инфракрасного излучения, поэтому данный опыт довольно точно демонстрирует сущность явления. Само понятие парникового эффекта вошло в научный обиход гораздо позже.

Позже данные исследования были продолжены шведским физиком Аррениусом. Именно он выдвинул теорию, что понижение концентрации углекислого газа в воздухе является одной из важнейших причин ледниковых периодов в истории планеты.

Конференция по изменению климата


В последние годы борьба с парниковым эффектом ведется на международном уровнеОднако активное изучение парникового эффекта и последствий этого феномена началось только во второй половине прошлого столетия. Ученые изучили изменение потоков солнечной радиации, возникающее при увеличении количества парниковых газов в воздухе. Сейчас для моделирования процессов, происходящих в атмосфере, начали использоваться наиболее современные и продвинутые компьютеры. Но и их мощности часто бывает недостаточно, ибо планетарный климат – это чрезвычайно сложная и пока еще не до конца изученная система.

В последние десятилетия на международном уровне были предприняты первые серьезные шаги, направленные на решение этой проблемы. В 1992 году была принята Рамочная конвенция ООН об изменении климата. В 1997 году к ней добавился Киотский протокол и Парижское соглашение (2015 год). Об этих документа регулируют меры по снижению выбросов в атмосферу.

Парниковые газы и другие причины потепления

Ученые считают, что парниковый эффект возникает благодаря следующим газам:

  • метан;
  • диоксид углерода;
  • водяной пар;
  • озон.

Наибольший вклад в повышение глобальной температуры вносит водяной пар (от 36 до 72%), за ним следует СО2 (примерно 9-26%), затем идет метан (4-9%) и озон (от 3 до 7%). Другие газы имеют крайне малую концентрацию в воздухе, поэтому их влияние на климатические процессы минимально.

Парниковые газы
Основные парниковые газыКоличество водяного пара сильно зависит от температуры нижних слоев атмосферы. Чем она ниже, тем меньше влажность воздуха и слабее выражен парниковый эффект. В этом случае избыточная влага превращается в снежно-ледовый покров на полюсах планеты, увеличивая ее отражательную способность (альбедо) и делая воздух еще холоднее. Таким образом, глобальное потепление (или похолодание) – это самоподдерживающийся процесс, который при определенных условиях может пойти по нарастающей и развиваться очень быстро. Для его начала нужен всего лишь «спусковой крючок», и антропогенный фактор вполне может стать им. В этом случае мы имеем дело с типичным примером положительной обратной связи.

Периоды потепления и похолодания, которые ранее случались на нашей планете, отлично коррелируют с количеством углекислого газа в атмосфере. Его увеличение ведет к усилению парникового эффекта и длительному повышению температуры.

Кроме того, на тепловой баланс Земли также оказывает влияние сажа и твердые аэрозольные частицы, попадающие в верхние слои атмосферы. Их главными источниками является вулканическая активность и промышленные выбросы. Пыль и сажа препятствует проникновению солнечного света, что уменьшает температуру планеты.

Парниковые газы.

К парниковым газам относят водяные пары, метан, углекислый газ, озон, оксиды азота и фреоны.

Схема выбросов парниковых газов

В экологических моделях основной движущей силой процесса является углекислый газ. Однако в результате последних исследований была выдвинута идея об исследовании комплексного влияния газов. Углекислый газ влияет на парниковый эффект медленно и неотвратимо, но остальные газы способны влиять на атмосферу уже сейчас, к тому же менее изучены. Научное сообщество долгое время не обращало влияния на метан или фреоны, из-за чего не выработаны средства противодействия.

Водяной пар

Водяной пар самый большой по содержанию в атмосфере парниковый газ, ученые утверждают, что 72 процента парникового эффекта обеспечивается водяными парами.

Круговорот водяного пара в атмосфере

При этом имеется в виду не сам пар, а положительная обратная связь его и углекислого газа. Дело в том, что воздействие углекислого газа удваивается, в результате температура повышается, увеличивается испарение воды. Это приводит к образованию большего количества облаков и как следствие, к задержке проникновения солнечных лучей на планету. При этом, водяные пары имеют и наибольший положительный эффект, играя роль стабилизатора температур.

В городе Инсалах, который находится в стране Алжир, перепад температур летом составляет 55 градусов. Эффект вызван малым количеством водяных паров над городом.

Поэтому сам по себе водяной пар не опасен, хотя и превышает парниковый эффект CO2. При измерении радиационных потоков, доля пара составляет 75 Вт/м2, тогда как углекислый газ 32 Вт/м2. Но пар увеличивает чувствительность атмосферы к углекислому газу, а значит и к антропогенной деятельности.

Углекислый газ

Углекислый газ в разных местах атмосферы составляет от 9 до 26 процентов общего количества газов, образующих парниковый эффект. Это наиболее опасный из всех парниковых газов. Сам по себе СО2 не так опасен, но именно он является катализатором, ускоряющим катастрофу.

В огромных количествах газ попадает в атмосферу исключительно из-за деятельности человека. В обмене углерода газ связывается растениями, которые затем поедаются животными, элемент идет вверх по пищевой цепочке, пока верхнее животное или человек не умирает, попадая в землю вместе с накопленным за всю жизнь количеством углерода. В земле в результате тысячелетних процессов углерод из костей превращается в совершенно новое образование: нефть и керосин.

В настоящее время все огромные запасы, которые почва собирала в себя в течение миллионов лет, выбрасываются в атмосферу за несколько десятилетий. Это нарушает сложившийся баланс : углерод просто не успевает вернуться в цикл обмена и накапливается в атмосфере.

Существует ошибочное мнение, что потепление, это естественный процесс, предназначенный для связывания углерода. Вода способна растворять углекислый газ, который потом выпадет в осадок в виде известняков. А количество воды увеличивается с потеплением климата, за счет таяния ледников и ледяных шапок. Но в учет не берется таяние вечной мерзлоты, в которой содержится много органического вещества — старые листья, корни растений, которые росли там 1000 лет назад. При глобальном потеплении вечная мерзлота начинает  таять, а ее содержимое гниет, выделяя при этом диоксид углерода.

Метан

Метан долгое время был недооценен в вопросе влияния на парниковый эффект. Газ склонен распадаться на элементы в атмосфере за 10 лет, что для атмосферы считается мизерным сроком. Но при этом его влияние на парниковый эффект в 10 раз больше углекислого газа. И при этом до сих пор неясен механизм образования метана в атмосфере.

Традиционно считается, что метан выделяется в результате процессов ферментации в желудках животных. Но тогда непонятно, почему с 1995 до 2006 года содержание метана в атмосфере держалось на одном уровне, а с 2006 и до сегодняшнего дня планомерно повышается каждый год на одно и то же число долей? Только после исследований ученого Дрю Шиндела стали идти обсуждения новых экологических моделей, с учетом пересмотра воздействия метана на атмосферу.

Сам по себе газ составляет всего от 4 до 9 процентов. Выделяется метан в результате процессов ферментации в желудках животных. В особенности коров. Поэтому процесс роста населения земли, вызывающий рост потребления пищи, а, следовательно, рост кормовых животных косвенно влияет на развитие парникового эффекта. Вместе со стадами растут и могильники, так же выделяющие метан, к тому же свой вклад вносят и утечки газа в процессе разработки месторождений.

Отжиг метана на месторождениях

Озон

Озон по школьной привычке все считают полезным. Но каждый газ полезен на своем месте. Есть два типа озона: содержащийся в озоновом слое и тропосферный озон. Первый защищает землю от ультрафиолетового излучения, тогда как последний угнетает растения, ухудшая их способность к фотосинтезу. В результате возрастает количество углекислого газа в атмосфере. Влияние газа оценивается в 25 процентов от влияния СО2, но при этом озон увеличивает действие самого углекислого газа в два раза. Многие ученые отмечают, что именно из-за повышенных концентраций озона в прошлом, земля потеряла способность к поглощению углекислоты. Тропосферный озон образуется в результате химической реакции оксидов азота, угарного газа и органических соединений. Катализаторами выступают кислород и солнечный свет.

Озон

На практике сочетание этих веществ стало возможным из-за развития транспорта и выбросов продуктов горения угля в атмосферу. Распределение газа по земному шару крайне неравномерно, из-за условий образования. Наибольшее количество скапливается в жарких странах и жаркую погоду. Увеличение озона не критично, но снижение уровня озона даст возможность частично нивелировать воздействие углекислого газа.

Согласно исследованиям, если опустить уровень озона до пределов нормы, можно сгладить воздействие углекислого газа на ближайшие 20 лет.

Оксиды азота

Оксид азота это пятый по значимости парниковый газ. Он в 298 раз активнее углекислого газа, вклад в глобальное потепление оценивается как 6 процентов общего воздействия парниковых газов. Оксиды азота образуются в результате производства удобрений, необходимых для повышения плодородности почвы.

Молекулы оксида азота

Человечество неспособно отказаться от такого вида удобрений, но они нарушают круговорот азота в природе. Единственные культуры, которые могут связать азот, находящийся в атмосфере, это бобовые и соя. Только они способны заключить атмосферный азот в своих корнях, для дальнейшей переработки.К сожалению, посадка этих культур в разы меньше использования азота для удобрений. Именно избытку этого газа человечество обязано кислотными дождями.

Фреоны

Фреоны, это группа газов с низкой температурой кипения. Они используются в холодильном оборудовании. Любая сплит-система, холодильник или морозильная камера невозможна без фреона. За последние годы содержание веществ в установках сократилось, но не исчезло полностью.

Баллоны с фреонами

Наметилась обратная тенденция: с повышением температуры в результате парникового эффекта, человечество все больше нуждается в фреоне, как основном элементе холодильных установок. Без сплит-систем не будет работать ни один офис, больница или торговый центр.

Фреоны оказывают действие в 1300-8500 раз большее, чем углекислый газ. При этом количество газов оценивается в сотые доли процента. В сравнении с прочими газами, количество фреонов настолько мало, что его воздействие трудно оценить.

Чем грозит парниковый эффект?

Парниковый эффект крайне опасен. Среди глобальных проблем человечества выделяют:

  1. Угроза сельскому хозяйству.
    Таяние льдов повышает уровень моря, что приводит к затоплению прибрежных районов. Посевы гибнут, плодородные земли уходят под воду, пастбища сокращаются. Ситуация губительна для населения, зависимого от урожая.
  2. Опасность исчезновения городов.
    Нью-Йорк, Венеция, города на Лазурном побережье Франции, Санкт-Петербург – все они могут оказаться под водой. По данным статистики при сегодняшних тенденциях повышения температуры океан через 15 лет поднимется на 0,3 метра, к концу XXI века – на 1 метр.
  3. Опустынивание земель.
    Раннее таяние снега, преждевременное завершение сезона дождей – причина пересушивание почвы. Если температура будет подниматься в течение 10 лет ежегодно на 1 градус, то 200 млн. гектаров леса станут безжизненными степями.
  4. Дисбаланс в цепи питания.
    Нагрев воздуха провоцирует изменение температуры воды. Представители животного мира океана постепенно исчезают за счет невозможности приспособиться к быстро меняющимся условиям. Привычное биоразнообразие сокращается. Животные и птицы, проживающие на прибрежных районах, теряют источники питания. Равновесие экосистемы становится под угрозой.
  5. Изменчивость климата.
    Смещение границ сезонов, увеличение количества штормов, ураганов – проявления нестабильности погоды.
  6. Обострение хронических заболеваний.
    В первую очередь страдает сердечно-сосудистая и бронхолегочная система. С ростом температуры возрастает риск инфекционных заболеваний. Малярия, распространенная в странах Африки, займет обширный ареол поражения.

Чтобы сохранить человечество, все государства должны приложить максимум сил для поиска путей решения вопроса.

Влияние ПЭ на климат

Стабильный климат является важнейшим условием существования жизни на планете. Большинство растений и животных не могут в такие короткие сроки адаптироваться к изменяющимся климатическим условиям. Рассматривая, чем опасен ПЭ, нужно обратить внимание на усиление количества природных катаклизмов в последние 50 лет.

Засуха

Из-за сокращения сезона дождей в некоторых регионах регулярно наблюдаются сильные засухи, которые приводят к гибели урожая и домашнего скота. Проблема голода из-за подобных природных катаклизмов особенно выражена в ряде африканских стран. Популяции диких животных стремительно сокращаются из-за уменьшения территорий, пригодных для обитания.

Повышение температуры из-за парникового эффекта в ряде регионов привело к увеличению территорий имеющихся пустынь. Кроме того, в таких местах, как Бангладеш, сейчас все чаще случаются сильнейшие наводнения, которые наносят экономический урон. Повышение числа смерчей и ураганов тоже связано с нарастающими изменениями климата.

Усилению ПЭ в биосфере способствует повышение испарения воды из Мирового океана и с поверхности континентов. Таким образом, процесс скоро может стать необратимым и изменения климата в будущем способны сделать планету непригодной для жизни. Считается, что повышение уровня океанов и снижение уровня солености воды из-за таяния льдов способно негативно отразиться на океанических течениях.

Отсутствие последних приведет к снижению температур у полюсов и повышению у экватора. Таким образом экваториальная зона будет подвержена сильнейшей засухе, а северные районы – стремительному обледенению. Считается, что данный эффект может стать причиной начала следующего ледникового периода.

Влияние ПЭ на жизнь и здоровье людей

Накопление парникового эффекта самым неблагоприятным образом отражается на здоровье людей. Сейчас в летнее время в некоторых регионах не являются редкостью случаи тепловых ударов, которые могут заканчиваться летальным исходом. Повышенные температуры приводят к снижению работоспособности людей и отражаются на общем самочувствии.

Накопление парниковых газов в нижних слоях атмосферы приводит к увеличению числа случаев развития кожных заболеваний, формирования злокачественных опухолей и патологий органов дыхания. Считается, что аномальная жара стала причиной повышения количества случаев развития заболеваний сердечно-сосудистой системы.

Зудится кожа

Кроме того, влияние эффекта парника на планете отражается и на деятельности микроорганизмов. Повышение температуры водоемов нередко становится причиной вспышек эпидемий бактериальных инфекций. Мягкие зимы приводят к тому, что ряд паразитов, в т.ч. клещи, сильно увеличили ареал своего обитания. Их укусы все чаще вызывают у людей развитие боррелиоза и клещевого энцефалита. Кроме того, участились случаи отравления людей из-за укусов некоторых ядовитых пауков и змей, которые также смогли расширить свой ареал из-за повышения зимних температур.

Подтопление территорий и длительно продолжающаяся засуха в некоторых регионах уже стали причиной миграции людей, однако они выражены еще слабо. В будущем из-за того, что некоторые территории станут непригодными для жизни, возможны массовые миграции.

Как минимизировать парниковый эффект?

Чтобы выяснить объективную потребность минимизации парникового эффекта, рассмотрим плюсы и минусы самого процесса:

Преимущества Недостатки
1. Нагрев окружающей среды исключает вероятность глобального похолодания.2. Рост среднегодовой температуры провоцирует появление новых видов животных, растений.

3. Сформированный барьер защищает планету от пыли из космоса.

1. Нестабильный и крайне изменчивый климат на планете.2. Резкие перепады температур от летней изнуряющей жары до раннего осеннего снега. Непривычно теплая зима и парадоксально холодная весна – также проявления парникового феномена.

3. Кислотные дожди, засухи, ураганы, цунами, землетрясения.

4. Представители животного мира не успевают привыкнуть к новым условиям климата, что провоцирует их вымирание.

5. Ледники, являющиеся источником пресной воды, неуклонно тают.

6. Уровень Мирового океана растет. При этом его состав кардинально меняется.

7. Площади таежных лесов сокращаются, что приводит к исчезновению животных и птиц, обитающих на этих территориях.

8. Разрушение озонового слоя.

Дебаты о парниковом эффекте и глобальном потеплении ведутся во всех странах мира. Сторонники видят только плюсы явления, противники – исключительно отрицательные стороны. Введенные конвенции и соглашения должны создать баланс между сбрасываемыми парниковыми газами в атмосферу и влиянием на экологию.

Как с этим бороться?

Человек уже неоднократно сталкивался с изменениями климата. Более того, именно они были одной из движущих сил исторического прогресса. Засухи и наводнения не раз и не два вызывали войны и революции, массовые переселения народов, упадок государств и целых цивилизаций. Как же избежать тех катастрофических последствий, которые ожидают нас в случае серьезных изменений климата? Есть ли вероятность уменьшить так называемый парниковый эффект? Что можно сделать для этого?

Гибель животных
Изменения климата, безусловно, приведут к исчезновению многих видов животных

Сегодня мы знаем все факторы, которые приводят к накоплению парниковых газов и повышению температуры воздуха. Переломить сложившуюся тенденцию будет очень непросто, так как это потребует усилий всего человечества и коренной перестройки мировой экономики. Для начала же необходимо просто понять, что парниковый эффект – глобальная проблема, которая угрожает не отдельным государствам, а всем людям.

Специалисты считают, что для уменьшения выбросов парниковых газов в атмосферу нужны следующие меры:

  • Необходимо коренным образом перестроить энергетику и уменьшить количество промышленных выбросов. Основным источником СО2 сегодня является сжигание ископаемого топлива: нефти, угля и газа. Чтобы снизить их, человечество должно перейти на так называемую возобновляемую энергетику: солнце, ветер, воду. В последние годы их доля в общем балансе довольно быстро растет, но этих темпов явно недостаточно. Также нам необходимо отказаться от использования автомобилей с двигателями внутреннего сгорания и пересесть на электрокары. Понятно, что все вышеуказанное требует многомиллиардных инвестиций и десятков лет напряженной работы. Но начинать ее надо уже сегодня;
  • Повышение энергоэффективности, причем касается это и промышленного производства, и получения энергии, и жилищно-коммунального хозяйства. Энергоемкость выпускаемой продукции должна быть значительно снижена. Нам нужны новые технологии, которые бы не наносили вред окружающей среде. Даже элементарное утепление фасадов зданий, установка современных окон и замена теплоцентралей может иметь существенный эффект в плане экономии энергии, а, значит, снизит затраты топлива и позволит уменьшить вредные выбросы;
  • Весьма действенным способом борьбы с парниковым эффектом является сокращение числа отходов. Человек должен научиться использовать ресурсы вторично, это позволит ликвидировать свалки, которые являются серьезным источником метана, или хотя бы существенно сократить их объем;
  • Необходимо прекратить хищническое уничтожение лесов и заняться восстановлением зеленых массивов. Вырубки обязательно должны сопровождаться высаживанием новых деревьев.

Борьба с парниковым эффектом и ростом среднегодовой температуры должна вестись на международном уровне, в тесной кооперации между разными странами. Первые шаги в этом направлении уже сделаны, и движение необходимо продолжать. Ученые предлагают закрепить борьбу с климатическими изменениями на уровне конституций государств. Велика роль и неправительственных организаций, которые постоянно поднимают эту тему. Мы должны четко понимать, насколько невелика наша планета, и как она уязвима перед человеком.