ЛЕКЦІЯ ГЛОБАЛЬНІ ПРОБЛЕМИ АТМОСФЕРИ. Парникового ефекту
 Скачать 1.78 Mb.
|
|
Проблема “парникового ефекту”; Температура поверхні Землі підтримується внаслідок існування балансу між надходженням теплоти - від сонячних променів, і охолодженням - внаслідок відтоку тепла від поверхні у атмосферу. Енергія, яка виходить від Сонця, нагріває Землю. Частина тепла відходить від Землі у атмосферу у вигляді довгохвильового інфрачервоного випромінювання. І якби вся теплота йшла у космос, то температура Землі була б на 30 °С нижче, ніж зараз, і життя на ній практично б завмерло. Але частина теплових променів поглинається газами атмосфери, які затримують необхідну кількість тепла. Так забезпечується баланс між енергією, що надходить і енергією яка втрачається, тобто підтримується природний "парниковий ефект". Але починаючи з минулого століття він почив порушуватися. Зростання концентрації "парникових" газів у атмосфері призводить до посилення парникового ефекту і, як наслідок, до глобального потепління. Тепловий баланс Землі характеризується величиною Альбедо. Під величиною Альбедо розуміють відношення кількості енергії, що випромінюється Землею у космос до кількості енергії, яка надходить до поверхні Землі від Сонця. Величина Альбедо для Землі в середньому складає ≈ 30-35%. В той же час, для чорноземів ця величина складає 10%, а для чистого снігового шару – 90%. Це говорить про динамічність цієї величини в різні періоди року, а також про можливість зміни величини Альбедо в часі, в тому числі і під впливом господарської діяльності людини, наприклад, внаслідок запилення поверхні снігового шару, зменшення площ вкритих снігом земель тощо. Під „парниковим ефектом „ прийнято називати поступове потепління клімату Землі внаслідок збільшення в атмосфері парникових газів (СО2, СН4, фреони тощо). У земній атмосфері парникові гази діють подібно до скла в парнику: вони пропускають сонячне світло, але затримують теплоту розігрітої сонцем поверхні Землі, що зумовлює розігрівання поверхні планети. До початку XX століття на коливання клімату дуже мало впливала діяльність людей на планеті. Але в подальшому стрімкий розвиток промисловості і спалювання багатьох видів палива спричинило швидке зростання вмісту вуглекислого газу (СО2) у атмосфері Землі. За останні 140 років (з 1860 по 2000 рік) концентрація вуглекислого газу у атмосфері збільшилась з 0,028 до 0,035 відсотка (тобто на 26%) і продовжує зростати. Прогнози свідчать, що до середини XXI століття його вміст подвоїться, внаслідок чого середня температура на планеті підвищиться на 2-4°С. Це призведе до негативних наслідків - зміняться такі важливі фактори, як опади, вітер, океанські течії, а також розміри полярних крижаних шапок. Потепління у Арктиці і Антарктиці призведе до танення льодовиків. За підрахунками вчених, підвищення температури на 10 °С викличе підвищення рівня світового океану на 5-6 метрів. Багато прибережних територій буде затоплене водою, узбережжя стануть більш вологими і жаркими, а внутрішні райони континентів стануть більш сухими. Очікується, що основні кліматичні зони змістяться на північ на 400 км, а отже для деяких країн у північній півкулі це покращить життєві умови, а у південній півкулі - призведе до зростання пустель. Вперше на проблему підвищення середньорічної температури звернув увагу французький математик Ж. Фур’є у 1824 році. Саме в цей період почалось потепління європейського клімату. Англійський фізик Дж. Тиндаль у 1869 році своїми дослідженнями показав, що діоксид карбону може екранувати інфрачервоне випромінювання Землі подібно водяній парі. Наприкінці XIX століття, шведський хімік С. Арреніус висунув ідею про можливість зміни клімату внаслідок збільшення кількості тепла, що надходить в атмосферу. Крім того, Арреніус звернув увагу на збільшення концентрації діоксид у карбону в атмосфері внаслідок господарської діяльності людини. Ідея про те, що збільшення концентрації діоксид у карбону в атмосфері може впливати на клімат в бік його потепління належить англійському геологу Р. Шерлоку. Останнім часом тривога з приводу парникового ефекту зросла, так як виявилося, що крім вуглекислого газу, внесок якого у парниковий ефект складає близько 55%, парниковий ефект спонукають також деякі інші гази, які називають "малими домішками". До них належать закис азоту (N2O), метан (СН4). водяна пара (H2O), озон (Оз) та хлорфторвутлеводні (CFC). Моделлю "парникового ефекту" є клімат на Венері. її атмосфера на 98% складається з вуглекислого газу, і тому температура її поверхні складає близько 500 °С. Таким чином, парниковий ефект - надто небезпечний експеримент з кліматом планети. Тому у грудні 1997 року на зустрічі у Кіото (Японія), присвяченій глобальній зміні клімату, делегатами з більш ніж 160 країн була прийнята конвенція, яка зобов'язує розвинені країни скоротити викиди СО2. Зокрема, до 2008-2012 рокам викиди СО2 38-ма індустріально розвиненими країнами повинні бути скорочені на 5% порівняно з 1990 роком (країни ЄС - на 8%, США - на 7% і т.д.). Іншою важливою причиною зміни клімату на Землі є зменшення площі лісів. Кожної хвилини у світі знищується близько 21 га лісів. Особливу тривогу викликає їх зменшення у Африці, Азії і особливо у Південній Америці, де зосереджено близько 55% їх загальної кількості. Щорічно площа тропічних лісів зменшується на 1%. На сьогоднішній день африканські тропічні ліси займають не більше 40% їх попередньої площі. З початку колонізації Бразилія втратила 40% своїх лісів. Останньому величезному природному лісному масиву нашої планети, розміщеному у басейні Амазонки, який виробляє близько 50% кисню, який продукується рослинним світом Землі, і поглинає 25% вуглекислого газу, який міститься в атмосфері, загрожує знищення. На початок 90-х років у регіоні вже було знищено від 10 до 25% лісової площі. Суттєвий вплив на зміну клімату на Землі може здійснити і збільшення кількості пилу у атмосфері та дрібнодисперсних аерозолів у стратосфері. Кількість пилу і аерозолів, які утворюються в результаті господарської діяльності людини, можна співставити з самими значними вулканічними виверженнями, при яких у атмосферу можуть виноситись десятки мільйонів тон пилу. Слід сказати, що в атмосфері проходять процеси, які є протилежні „парниковому ефекту”. Це, насамперед, запилення атмосфери та зниження її прозорості, що може стати причиною зменшення кількості енергії Сонця, яка надходить до поверхні Землі. Такі процеси можуть викликати похолодання, аж до „ядерної зими”, а зменшення кількості енергії Сонця, що надходить до поверхні Землі, негативно позначиться на діяльності рослин, буде відмічатись зменшення інтенсивності фотосинтезу, аж до деградації флори. Кліматичні зміни можуть відбуватися не лише завдяки антропогенному впливу людства на склад атмосфери, а і внаслідок зміни ним типу поверхні Землі. Заміна лісів культурними плантаціями призводить до зниження випаровування і збільшення прямої віддачі тепла від поверхні Землі, а отже до зміни циркуляції шарів атмосфери. Крім того, людство вже створило на поверхні Землі промислові райони, в яких концентрація теплової енергії призводить до теплової аномалії. Такі теплові плями добре помітні з космосу під час теплової зйомки.Таким чином, господарська діяльність людини по-різному впливає на кліматичні зміни. Одні її види підвищують температуру на поверхні Землі, викликаючи парниковий ефект (викиди в атмосферу вуглекислого та інших "парникових" газів), інші знижують її (винищення лісів, забруднення повітря пилом та сажею). Причини парникового ефекту Виникнення пар20кового ефекту відбувається через наступні екологічні причини: Застосування гарячих корисних копалин, таких як вугілля, нафта, природний газ у промисловості, при їх спалюванні в атмосферу потрапляє велика кількість вуглекислого газу та інших шкідливих хімічних речовин. Транспорт – велика кількість автомобілів, як легкових, так і вантажних, виділяють вихлопні гази, що також сприяє парниковому ефекту. Щоправда поява електромобілів і поступовий перехід на них може надати позитивний вплив для екології. Вирубка лісів, адже відомо, що дерева поглинають вуглекислий газ, і з кожним знищеним деревом, кількість цього самого вуглекислого газу тільки зростає (в тому числі прямо зараз наші лісисті Карпати стають вже не такими лісистими, як це не сумно). Лісові пожежі – тут такий же механізм, як і при вирубці лісів. Агрохімія і деякі добрива також є причиною парникового ефекту, так як в результаті випаровування цих добрив в атмосферу потрапляє азот, який є одним з парникових газів. Розкладання і горіння сміття також сприяє появі парникових газів, що збільшують парниковий ефект. Збільшення населення на планеті Земля також є непрямою причиною, пов’язаною з іншими причинами – більше людей, значить більше від них буде сміття, більше буде працювати промисловість, щоб задовольнити всі наші не маленькі потреби і так далі. Вплив парникового ефекту на клімат Мабуть, головна шкода парникового ефекту це незворотні кліматичні зміни, і як наслідок негативний вплив від них: випаровування морів в одних частинах Землі (наприклад, зникнення Аральського моря) і навпаки затоплення в інших. Від чого ж може відбуватися затоплення, і як тут пов’язаний парниковий ефект? Справа в тому, що внаслідок підвищення температури атмосфери тануть льодовики в Антарктиді та Арктиці, тим самим збільшуючи рівень світового океану. Все це веде до поступового його наступу на сушу, і можливого зникнення у майбутньому цілого ряду островів в Океанії. Території, які мало зволожуються атмосферними опадами, внаслідок парникового ефекту стають дуже посушливими і практично непридатними для життя. Загибель врожаю породжує голод і продовольчу кризу, зараз ми спостерігаємо цю проблему в ряді африканських країн, де від посухи відбувається справжня гуманітарна катастрофа. Вплив парникового ефекту на здоров’я людей Крім негативного впливу на клімат, парниковий ефект може вплинути і на наше з вами здоров’я. Так влітку за його причини все частіше трапляється аномальна спека, яка з року в рік збільшує кількість людей із захворюваннями серцево-судинної системи. Знову-таки внаслідок спеки у людей підвищується або навпаки знижується тиск, частіше трапляються серцеві напади та напади епілепсії, непритомність і теплові удари, і все це результати парникового ефекту. Як мінімізувати негативні наслідки парникового ефекту Щоб перемогти проблему, потрібно усунути її причини. У випадку з парниковим ефектом потрібно також усунути джерела, що викликають глобальне потепління. На наш погляд, у першу чергу необхідно припинити вирубку лісів, а навпаки активніше садити нові дерева, кущі, влаштовувати сади. Відмова від бензинових автомобілів, поступовий перехід на електромобілі або ж навіть на велосипеди (і для здоров’я корисно, і для екології) – також є маленьким кроком у боротьбі з парниковим ефектом. І якщо безліч свідомих людей зробить цей крок, то це буде значним прогресом для поліпшення екології планети Земля – нашого спільного дому. Також вчені ведуть розробку нового альтернативного палива, яке буде безпечним для екології, але коли воно з’явиться і стане повсюдним поки невідомо. За останні 20 років внесок СО2 в сумарні викиди парникових газів становить біля 50%, СН4 - 18%, N2O - 6%, хлорфторвуглеців - 14% від загального внеску в глобальне потепління. Існують 6 основних парникових газів, які входять до хімічного складу атмосфери: водяна пара, вуглекислий газ, метан, озон, закис азоту і, останнім часом, хлорфторвуглеці. Крім них, всі інші парникові гази зустрічаються в природі. Парниковий ефект — це явище поступового підвищення температури на нашій планеті. Однак парниковий ефект відбувається не тільки на Землі. Наслідки парникового ефекту також були виявлені на Марсі, Венері та Титані – супутнику Сатурна. Це явище може відбуватися скрізь, де небесне тіло оточене атмосферою. Іноді, хоч і рідко, також використовується як взаємозамінний термін «тепличний ефект» через схожість процесу виникнення парникового ефекту з тим, який відбувається в теплицях. Поняття парникового ефекту застосовується як у випадку підвищення температури планети в результаті природних факторів, так і в разі підвищення температури, яке відбувається в результаті людської діяльності. Перший з цих випадків останнім часом відсунутий на задній план, і більшість з нас ототожнює парниковий ефект з явищем глобального потепління. Слід врахувати, що збереження тепла в атмосфері робить можливим розвиток життя на Землі, забезпечуючи мешканців планети відповідною температурою. Щоб зрозуміти це, ми повинні проаналізувати, як теплова енергія досягає Землі, та як вона затримується в атмосфері.  Причини парникового ефекту Енергія сонячного випромінювання після досягнення Землі перетворюється в теплову енергію. Земля поглинає тепло, а потім видаляє його через атмосферу, хмари й свою поверхню. Йдеться про емісію довгохвильового випромінювання, яке відбувається як у напрямку космосу, так і в напрямку Землі – теплове випромінювання поглинається компонентами атмосфери, а потім повторно випромінюється в усіх напрямках. Земля знову нагрівається, тому що в космос потрапляє лише невелика кількість відбитого нею тепла. Це цілком природний та бажаний процес, завдяки якому повітря на поверхні Землі набуває потрібної всім живим організмам температуру. Проблема виникає тоді, коли в результаті людської діяльності в атмосфері накопичується більше теплової енергії, ніж потрібно. Це відбувається шляхом збільшення кількості парникових газів, що викидаються в атмосферу. Парникові гази, такі як вуглекислий газ, метан, хлорфторвуглеводні, озон, вуглеводні та оксиди азоту, які вловлюють випромінювання та затримують тепло. Це корисно й необхідно для життя на Землі. Однак, якщо парникових газів занадто багато, теплове випромінювання залишається в них та викликає підвищення температури. В результаті цього відбувається явище глобального потепління, яке негативно впливає на клімат.  Наслідки парникового ефекту Танення льодовиків та посухи — це найвідоміші негативні наслідки парникового ефекту. Будь-яка зміна клімату спричиняє цілий ряд далекосяжних наслідків: • потепління океанів та збільшення кількості водяної пари в атмосфері, • танення вічної мерзлоти, • порушення циркуляції повітря, • збільшення хмарності, • погодні аномалії. Глобальне потепління, як наслідок парникового ефекту, також порушує баланс у функціонуванні екосистем. Це може привести до їх зникнення і, а значить, до зникнення видів та скорочення біологічного різноманіття на нашій планеті. Крім того, глобальне потепління також означає: • збільшення ризику стихійних лих, • скорочення природних ресурсів, які можуть привести до голоду, • неврожай, • поширення хвороб, характерних для жаркого клімату, • зміщення кліматичних зон в напрямку полюсів. Як запобігти глобальному потеплінню Щоб парниковий ефект не став причиною глобальної катастрофи, необхідно вжити заходів для запобігання надмірному викиду парникових газів, головним чином вуглекислого газу, в атмосферу. Боротьба з парниковим ефектом повинна вестися одночасно кількома методами: • використання альтернативних джерел енергії (скорочення використання вугілля та сирої нафти), • запобігання викидів фреонів, • поліпшення теплоізоляції будівель, • розвиток інфраструктури центрального опалення, • використання економічних промислових технологій, • сортування сміття, • переробка сміття, • обмеження простору, займаного звалищами, • раціональне управління лісами та висадка нових лісів, • оптимізація роботи теплоцентралей та електростанцій. Дискусії щодо негативних наслідків парникового ефекту Теми парникового ефекту та глобального потепління не позбавлені спірних дискусій й суперечливих наукових позицій. Дехто заперечує існування парникового ефекту, стверджуючи, що такого явища ніколи не було. Інші, стверджують, що роль вуглекислого газу в процесі глобального потепління була переоцінена, оскільки вуглець, який циркулює в матерії, врівноважує кількість діоксиду вуглецю (CO2) в атмосфері. Тому не можна з упевненістю стверджувати, що механізми виникнення парникового ефекту були ретельно проаналізовані, а його наслідки достеменно визначені. Парниковий ефект: причини та наслідки Парниковий ефект — це явище поступового підвищення температури на нашій планеті. Однак парниковий ефект відбувається не тільки на Землі. Наслідки парникового ефекту також були виявлені на Марсі, Венері та Титані – супутнику Сатурна. Це явище може відбуватися скрізь, де небесне тіло оточене атмосферою. Іноді, хоч і рідко, також використовується як взаємозамінний термін «тепличний ефект» через схожість процесу виникнення парникового ефекту з тим, який відбувається в теплицях. Поняття парникового ефекту застосовується як у випадку підвищення температури планети в результаті природних факторів, так і в разі підвищення температури, яке відбувається в результаті людської діяльності. Перший з цих випадків останнім часом відсунутий на задній план, і більшість з нас ототожнює парниковий ефект з явищем глобального потепління. Слід врахувати, що збереження тепла в атмосфері робить можливим розвиток життя на Землі, забезпечуючи мешканців планети відповідною температурою. Щоб зрозуміти це, ми повинні проаналізувати, як теплова енергія досягає Землі, та як вона затримується в атмосфері. Як запобігти глобальному потеплінню Щоб парниковий ефект не став причиною глобальної катастрофи, необхідно вжити заходів для запобігання надмірному викиду парникових газів, головним чином вуглекислого газу, в атмосферу. Боротьба з парниковим ефектом повинна вестися одночасно кількома методами: • використання альтернативних джерел енергії (скорочення використання вугілля та сирої нафти), • запобігання викидів фреонів, • поліпшення теплоізоляції будівель, • розвиток інфраструктури центрального опалення, • використання економічних промислових технологій, • сортування сміття, • переробка сміття, • обмеження простору, займаного звалищами, • раціональне управління лісами та висадка нових лісів, • оптимізація роботи теплоцентралей та електростанцій. Дискусії щодо негативних наслідків парникового ефекту Теми парникового ефекту та глобального потепління не позбавлені спірних дискусій й суперечливих наукових позицій. Дехто заперечує існування парникового ефекту, стверджуючи, що такого явища ніколи не було. Інші, стверджують, що роль вуглекислого газу в процесі глобального потепління була переоцінена, оскільки вуглець, який циркулює в матерії, врівноважує кількість діоксиду вуглецю (CO2) в атмосфері. Тому не можна з упевненістю стверджувати, що механізми виникнення парникового ефекту були ретельно проаналізовані, а його наслідки достеменно визначені. Вуглекислий газ СО2 – найзначніший з антропогенних парникових газів. Хоча цей газ природного походження, завдяки діяльності людини він утворюється у найбільшій кількості. Індустріалізація призвела до збільшення використання видів палива, що видобувається з надр Землі: вугілля, нафта, газ (органічне паливо). При їхньому спалюванні у великій кількості викидається СО2. Найбільші викиди вуглекислого газу відбуваються у транспорті та виробництві електроенергії та тепла. Інші джерела викидів СО2:  хімічні промислові процеси лісове господарство та зміни в землекористуванні.З малюнку 4 видно, що на Україні при видобуванні та спаленні органічного палива утворюється 95% всіх викидів СО2. З промислових процессів найзначніший внесок у викиди СО2 дає виробництво цементу. Якщо подивитися на викиди СО2 в світі, то найбільші кількості цього газу викидаються в розвинутих країнах: США, Японії, Канаді, країнах західної Європи: Німеччині, Англії, Італії, Росії, Україна займає 10 місце в світі по викидам СО2 (Мал.5,6). Ліси, океани та грунти поглинають СО2, утримаючи рівновагу між кількістю СО2 в атмосфері та у воді і грунтах. Але людська діяльність приводить до негативного впливу на цю рівновагу. |