Парниковые газы. Водяной пар
 Скачать 34.44 Kb.
|
|
Билет № 10 Парниковые газы — газы с высокой прозрачностью в видимом диапазоне и с высоким поглощением в дальнем инфракрасном диапазоне. Присутствие таких газов в атмосферах планет приводит к появлению парникового эффекта. Основными парниковыми газами Земли являются водяной пар, углекислый газ, метан и озон (в порядке их оцениваемого воздействия на тепловой баланс). Водяной пар является основным естественным парниковым газом, который ответственен более чем за 60 % эффекта. В то же время, увеличение температуры Земли, вызванное другими факторами, увеличивает испарение и общую концентрацию водяного пара в атмосфере при практически постоянной относительной влажности, что, в свою очередь, повышает парниковый эффект. Таким образом, возникает некоторая положительная обратная связь. С другой стороны, повышение влажности способствует развитию облачного покрова, а облака в атмосфере отражают прямой солнечный свет, тем самым увеличивая альбедо Земли. Повышенное альбедо приводит к антипарниковому эффекту, несколько уменьшая общее количество поступающего солнечного излучения и дневной прогрев атмосферы. Источниками углекислого газа в атмосфере Земли являются вулканические выбросы, жизнедеятельность биосферы, деятельность человека. Антропогенными источниками являются: сжигание ископаемого топлива; сжигание биомассы, включая сведение лесов; некоторые промышленные процессы приводят к значительному выделению углекислоты (например, производство цемента). Основными потребителями углекислого газа являются растения, однако в состоянии равновесия большинство биоценозов за счет гниения биомассы производит приблизительно столько же углекислого газа, сколько и поглощает. Антропогенная эмиссия увеличивает концентрацию углекислого газа в атмосфере, что, предположительно, является главным фактором изменения климата. Основными антропогенными источниками метана являются пищеварительная ферментация у скота, рисоводство, горение биомассы (в т. ч. сведение лесов). Как показали недавние исследования, быстрый рост концентрации метана в атмосфере происходил в первом тысячелетии нашей эры (предположительно в результате расширения сельхозпроизводства и скотоводства и выжигания лесов). В период с 1000 по 1700 годы концентрация метана упала на 40 % Однако ученые различают стратосферный и тропосферный озон. Первый (так называемый озоновый слой) является постоянной и основной защитой от вредного излучения. Второй же считается вредным, так как может переноситься к поверхности Земли и ввиду своей токсичности вредить живым существам. Кроме того, повышение содержания именно тропосферного озона внесло вклад в рост парникового эффекта атмосферы. Транспорт, промышленные выбросы, а также некоторые химические растворители являются основными источниками этих веществ в атмосфере. Метан, атмосферная концентрация которого значительно возросла в течение последнего столетия, также способствует образованию озона. 2. Метановая катастрофа. Источники природного метана и способы его добычи. Сероводород, озон и его влияние. Хлорфторуглероды и их роль. Метан угольных пластов — метан, содержащийся в сорбированном (связанном) состоянии в системе естественных трещин угля. При бурении скважин давление в устье скважины становится ниже, чем давление в пласте за счет чего происходит приток находящейся в трещинах жидкости, а в дальнейшем и метана. Для добычи угольного метана обычно бурятся вертикальные скважины на глубину значительно превышающую залегание водоносных горизонтов. Наиболее популярные методы интенсификации добычи — гидроразрыв пласта, бурение горизонтально-направленных скважин и, в некоторых случаях, кавитация. Метановая катастрофа — обобщённое наименование для серии гипотез о том, что растущая температура океана (и/или падение его уровня) может запустить внезапное высвобождение метана из отложений гидратов метана под морским дном, что, ввиду того, что метан является сильным парниковым газом, в свою очередь приведёт к дальнейшему росту температур и дальнейшей дестабилизации гидратов метана — в результате запуская самоусиливающийся процесс. В своей исходной форме гипотеза предполагает, что «метангидратное ружьё» может привести к самоусиливающемуся внезапному глобальному потеплению в течение времени, меньшего, чем время человеческой жизни,[1] и могло быть причиной периодов потепления в течение и в конце последнего ледникового периода. Метановые гидраты представляют собой твердое вещество, образуемое при взаимодействии природного газа и воды при определенных температурных условиях и давлении, которое содержит в своей кристаллической решётке много метана. Огромное количество гидрата метана было найдено под отложениями под океанским дном по всей Земле. Внезапное высвобождение большого количества природного газа из газовых гидратов может быть причиной прошлых, будущих и нынешних климатических изменений. Главный результат высвобождения метана — это рост температуры. Считается, что это было основным фактором потепления на 6 °C во время пермского вымирания, поскольку метан является гораздо более сильным парниковым газом, чем CO2. Хлорфторуглероды — органические соединения, состоящие исключительно из атомов хлора (Cl), фтора (F) и углерода (С). Хлорфторуглероды, произведённые человеком, под действием солнечной радиации разлагаются в атмосфере, образуя хлор и монокись хлора, которые способны эффективно разрушать молекулы озона. Считается, что толчком в промышленном использовании хлорфторуглеродов послужило предложение Томаса Миджли, американского химика и инженера-механика по их применению в холодильниках вместо используемых ранее токсичных и взрывоопасных хладагентов (аммиака и сернистого газа). 3. Перспективы глобального потепления и меры по его предотвращению. Изменение климата и его последствия в разных регионах мира будут различными. Результатами роста глобальной температуры являются повышение уровня моря, изменение количества и характера осадков, увеличение пустынь. Потепление сильнее всего проявляется в Арктике, оно приводит к отступлению ледников, вечной мерзлоты и морских льдов. Температура слоя вечной мерзлоты в Арктике за 50 лет повысилась с −10 до −5 градусов[11]. Площадь поверхности арктических льдов с 1970 по 2002 год уменьшилась примерно на 25 %, а их толщина уменьшилась на 1,3 м, примерно вдвое. К другим последствиям потепления относятся: увеличение частоты экстремальных погодных явлений, включая волны жары, засухи и ливни; окисление океана; вымирание биологических видов из-за изменения температурного режима. К важным для человечества последствиям относится угроза продовольственной безопасности из-за негативного влияния на урожайность (особенно в Азии и Африке) и потеря мест обитания людей из-за повышения уровня моря. В перспективе глобальное потепление может запустить необратимый механизм высвобождения углекислого газа из мирового океана (где его в 50-100 раз больше, чем в атмосфере Земли) и нарушенных экосистем и привести к возникновению парникового эффекта как на Венере. Другим примером является возможность замедления или прекращения циркуляции атлантических меридиональных течений. Это может вызвать охлаждение в Северной Атлантике, Европе и Северной Америке. Это особенно повлияет на такие районы, как Британские острова, Франция и страны Северной Европы, которые нагреваются Северо-Атлантическим течением. 4. Причины Пермского вымирания и возможность его повторения. Роль вулканической деятельности в формировании климата планеты. Является одной из крупнейших катастроф биосферы в истории Земли, которая привела к вымиранию 96 %[4] всех морских видов и 73 % наземных видов позвоночных. Катастрофа стала единственным известным массовым вымиранием насекомых. Изучив отложения в центральных регионах провинции Гуаньси китайские учёные из Института геологии и палеонтологии в Нанкине пришли к выводу, что пермское вымирание длилось несколько тысяч лет или даже меньше. бщепринятого объяснения причин вымирания пока нет. Рассматривается ряд возможных причин: катастрофические события: - усиление вулканической активности в Сибири (наиболее вероятная причина); - столкновение Земли с астероидом диаметром в несколько десятков километров или с несколькими астероидами (свидетельством в пользу этой гипотезы служит возможное наличие 500-километрового кратера в районе Земли Уилкса) - внезапный выброс метана со дна моря; Наиболее распространена гипотеза, согласно которой причиной катастрофы явилось излияние траппов (вначале относительно небольших Эмэйшаньских траппов около 260 млн лет назад, затем колоссальных Сибирских траппов 251 млн лет назад), которое могло повлечь за собой вулканическую зиму, парниковый эффект из-за выброса вулканических газов и другие климатические изменения, повлиявшие на биосферу. Роль вулканов в формировании климата очень важна, но краткосрочна. После извержений с выносом большого количества пепла и других частиц в стратосферу (если частицы не достигают стратосферы, то они быстро оседают) Земля на один-три года затеняется и температура на всей планете опускается примерно на 0,2–0,4 °С, что очень существенно. Например, в 1991 году после извержения вулкана Пенатубо охлаждающее действие выброшенных им частиц было почти в два раза больше, чем нагревающее действие СО2, поступающего от всех источников на планете. Вулканический пепел, выброшенный в атмосферу во время эксплозивных извержений, отражает солнечную радиацию, снижая температуру воздуха на поверхности Земли. В то время как пребывание мелкой пыли в атмосфере от извержения вулканского типа обычно измеряется неделями и месяцами, летучие вещества, такие как SO2, могут оставаться в верхних слоях атмосферы в течение нескольких лет. Мелкие частицы силикатной пыли и серного аэрозоля, концентрируясь в стратосфере, увеличивают оптическую толщину аэрозольного слоя, что ведет к уменьшению температуры на поверхности Земли. |