Efekt staklenika je nakupljanje kakvog plina. Efekt staklenika: uzroci i rješenja

Moderna civilizacija ima snažan utjecaj na prirodu. Obično negativno. isušivanje močvara i stalno ispuštanje u atmosferski zrak ogroman broj štetnih tvari - ovo nije potpuni popis "vrlina" čovječanstva. Mnogi smatraju da u istu kategoriju spada i efekt staklenika. Je li stvarno tako?

Povijesna referenca

Usput, tko je bio autor? efekt staklenika(odnosno oni koji su otkrili ovaj fenomen)? Tko je prvi opisao ovaj proces i govorio o njegovom utjecaju na okoliš? Slična ideja pojavila se daleke 1827. Autor znanstveni članak bio je Joseph Fourier. U svom radu opisao je mehanizme nastanka klime na našem planetu.

Neobičnost ovog rada za to vrijeme bila je u tome što je Fourier razmatrao temperaturne i klimatske značajke različitih zona Zemlje. To je bio autor efekta staklenika, koji je prvi put uspio objasniti Saussureov eksperiment.

Saussureov eksperiment

Kako bi potvrdio svoje zaključke, znanstvenik se poslužio iskustvom M. de Saussurea, koji koristi posudu prekrivenu čađom iznutra, čiji je vrat zatvoren staklom. De Saussure je postavio eksperiment tijekom kojeg je neprestano mjerio temperaturu unutar i izvan staklenke. Naravno, stalno se povećavao upravo u unutarnjem volumenu. Fourier je prvi uspio objasniti ovaj fenomen kombiniranim djelovanjem dva čimbenika odjednom: blokiranjem prijenosa topline i različitom propusnošću stijenki posude za svjetlosne zrake različitih valnih duljina.

Njegov mehanizam je prilično jednostavan: kada se zagrijava, površinska temperatura se povećava, vidljiva svjetlost se apsorbira, a toplina počinje isijavati. Budući da materijal savršeno propušta vidljivu svjetlost, ali praktički ne provodi toplinu, potonja se nakuplja u unutarnjem volumenu posude. Kao što vidite, mehanizam efekta staklenika može lako dokazati svaka osoba koja je u školi studirala standardni tečaj fizike. Fenomen je prilično jednostavan, ali koliko nevolja donosi našem planetu!

Pojava pojma

Vrijedno je znati da je Joseph Fourier autor efekta staklenika u smislu njegovog početnog opisa u literaturi. Ali tko je skovao sam izraz? Nažalost, na ovo pitanje nikada nećemo dobiti odgovor. U kasnijoj literaturi, fenomen koji je otkrio Fourier dobio je svoj moderni naziv. Danas svaki ekolog poznaje pojam "efekt staklenika".

Ali Fourierovo glavno otkriće bilo je potvrđivanje činjeničnog identiteta Zemljine atmosfere i običnog stakla. Jednostavno rečeno, atmosfera našeg planeta je savršeno propusna za vidljivo svjetlosno zračenje, ali ga ne propušta dobro u infracrvenom području. Akumulirajući toplinu, Zemlja je praktički ne odaje. To je bio autor efekta staklenika. Ali zašto dolazi do ovog učinka?

Da, opisali smo primitivni mehanizam njegove pojave, ali moderna znanost to uspio dokazati normalnim uvjetima IR zrake još uvijek prilično slobodno izlaze izvan planetarne atmosfere. Kako to da prirodni mehanizmi regulacije " sezona grijanja" iznevjeriti?

Uzroci

Općenito, opisali smo ih dovoljno detaljno na samom početku našeg članka. Ovoj pojavi pridonose sljedeći čimbenici:

• Konstantno i prekomjerno izgaranje fosilnih goriva.
• Svake godine sve više industrijskih plinova ulazi u atmosferu planeta.
• Šume se stalno sijeku, njihove površine se smanjuju zbog požara i degradacije sloja tla.
• Anaerobna fermentacija, oslobađanje metana s dna oceana.

Trebali biste znati da su glavni "krivci" koji pokreću mehanizam efekta staklenika sljedećih pet plinova:

• Dvovalentni ugljikov monoksid, poznat i kao ugljikov dioksid. Efekt staklenika je 50% osiguran upravo na njegov račun.
• Ugljikovi spojevi klora i fluora (25%).
• (8%). Otrovni plin, tipičan otpad slabo opremljene kemijske i metalurške industrije.
• Prizemni ozon (7%). Unatoč svojoj ključnoj ulozi u zaštiti Zemlje od prekomjernog ultraljubičastog zračenja, može pomoći u zadržavanju topline na njezinoj površini.
• Otprilike 10% metana.

Gdje ti plinovi ulaze u atmosferu? Kakvo je njihovo djelovanje?

- On je unutra velike količine ulazi u atmosferu kada ljudi spaljuju fosilna goriva. Otprilike jedna trećina njegove prekomjerne (iznad prirodne) razine posljedica je činjenice da čovjek intenzivno uništava šume. Stalno ubrzani proces dezertifikacije plodnih zemalja ima istu funkciju.

Sve to znači manje vegetacije koja može učinkovito apsorbirati ugljični dioksid, što umnogome potiče efekt staklenika. Uzroci i posljedice ovog fenomena su međusobno povezani: svake godine se količina dvovalentnog ugljičnog monoksida emitiranog u atmosferu povećava za približno 0,5%, što potiče i daljnje nakupljanje viška topline i degradaciju vegetacijskog pokrova na površini planeta.

- Klorofluorougljici. Kao što smo već rekli, ovi spojevi osiguravaju učinak staklenika za 25%. Uzroci i posljedice ovog fenomena proučavaju se dugo vremena. Pojavljuju se u atmosferi zbog industrijska proizvodnja, posebno zastarjelo. Opasna i otrovna rashladna sredstva sadrže te tvari u ogromnim količinama, a mjere za sprječavanje njihovog istjecanja očito ne daju očekivani rezultat. Posljedice njihove pojave su još gore:

• Prvo, izuzetno su otrovni za ljude i životinje, a za floru blizina spojeva fluora i klora nije baš korisna.
• Drugo, ove tvari mogu značajno ubrzati razvoj efekta staklenika.
• Treće, uništavaju što štiti naš planet od agresivnog ultraljubičastog zračenja.

- Metan. Jedan od najvažnijih plinova, čiji povećani sadržaj u atmosferi implicira pojam "efekt staklenika". Moram to znati za samo stotinu zadnjih godina njegov se volumen u atmosferi planeta udvostručio. U principu, većina dolazi iz potpuno prirodnih izvora:

• u Aziji.
• Životinjski kompleksi.
• Sustavi pročišćavanja kućnih otpadnih voda u velikim naseljima.
• Uz truljenje i razgradnju organske tvari u dubinama močvara, na odlagalištima otpada.

Postoje dokazi da emisije značajnih količina metana dolaze iz dubina oceana. Možda se ovaj fenomen objašnjava vitalnom aktivnošću velikih kolonija bakterija, za koje je metan glavni nusprodukt metabolizma.

Potrebno je posebno istaknuti "doprinos" razvoju efekta staklenika od strane naftnih poduzeća: znatna količina ovog plina emitira se u atmosferu kao nusprodukt. Osim toga, sve širi film naftnih derivata na površini Svjetskog oceana također pridonosi ubrzanoj razgradnji organske tvari, što je popraćeno emisijom metana.

- Dušikov oksid. U velikim količinama nastaje tijekom mnogih kemijskih proizvodnja. Opasno je ne samo najaktivnijim sudjelovanjem u mehanizmu staklenika. Činjenica je da u kombinaciji s atmosferskom vodom ova tvar tvori pravu dušičnu kiselinu, čak i ako je u slaboj koncentraciji. Odavde potječe sve ono što izuzetno negativno utječe na zdravlje ljudi.

Teorijski scenariji globalnih klimatskih poremećaja

Dakle, koje su globalne implikacije efekta staklenika? Teško je to sa sigurnošću reći, jer su znanstvenici još uvijek daleko od jednoznačnog zaključka. Trenutno postoji nekoliko scenarija odjednom. Za razvoj računalnih modela uzimaju se u obzir mnogi različiti čimbenici koji mogu ubrzati ili usporiti razvoj efekta staklenika. Pogledajmo katalizatore za ovaj proces:

• Otpuštanje gore opisanih plinova uslijed aktivnosti koje je izveo čovjek.
• Emisija CO 2 uslijed toplinske razgradnje prirodnih ugljikovodika. Zanimljivo je znati da kora našeg planeta sadrži ugljični dioksid 50 000 puta više nego u zračnom prostoru. Naravno, pričamo o kemijski vezanom ugljikovom monoksidu.
• Budući da su glavne posljedice efekta staklenika povećanje temperature vode i zraka na površini planeta, isparavanje vlage s površine mora i oceana je sve veće. Kao posljedica toga, propusnost atmosfere za infracrveno zračenje je dodatno smanjena.
• Oceani sadrže oko 140 trilijuna tona ugljičnog dioksida, koji se s porastom temperature vode također počinje intenzivno ispuštati u atmosferu, pridonoseći dinamičnijem razvoju stakleničkog procesa.
• Pad reflektivnosti planeta, što dovodi do ubrzanog nakupljanja topline njegovom atmosferom. Tome pridonosi i dezertifikacija.

Koji čimbenici usporavaju razvoj efekta staklenika?

Pretpostavlja se da glavna topla struja - Golfska struja - stalno usporava. U budućnosti će to uzrokovati značajan pad temperature, što će usporiti učinak nakupljanja stakleničkih plinova. Osim toga, za svaki stupanj globalnog zatopljenja, površina naoblake na cijelom teritoriju planeta povećava se za približno 0,5%, što pridonosi značajnom smanjenju količine topline koju Zemlja prima iz svemira.

Imajte na umu: bit efekta staklenika je povećanje ukupne temperature Zemljina površina. Naravno, u tome nema ništa dobro, ali upravo navedeni čimbenici često pridonose ublažavanju posljedica ove pojave. Načelno, zato mnogi znanstvenici smatraju da sama tema globalnog zatopljenja spada u kategoriju sasvim prirodnih pojava koje su se redovito događale kroz povijest Zemlje.

Što je veća stopa isparavanja, veća je godišnja količina oborina. To uzrokuje i obnovu močvara i ubrzani rast flore, koja je odgovorna za iskorištavanje viška ugljičnog dioksida u atmosferi planeta. Također se pretpostavlja da će povećana količina padalina u budućnosti pridonijeti značajnom širenju područja plitkih tropskih mora.

Koralji koji žive u njima najvažniji su iskorištavači ugljičnog dioksida. Budući da je kemijski vezan, on ide izgraditi njihov kostur. Konačno, ako čovječanstvo barem malo smanji stopu krčenja šuma, tada će se njihovo područje brzo oporaviti, budući da je isti ugljični dioksid izvrstan stimulans za širenje biljaka. Dakle, koje su moguće posljedice efekta staklenika?

Glavni scenariji za budućnost našeg planeta

U prvom slučaju znanstvenici pretpostavljaju da će se globalno zagrijavanje odvijati prilično sporo. I ovo gledište ima mnogo pristaša. Vjeruju da će Svjetski ocean, koji je divovski akumulator energije, još dugo moći apsorbirati višak topline. Može proći više od jednog tisućljeća prije nego što se klima na planetu zaista radikalno promijeni.

Druga grupa učenjaka, s druge strane, favorizira relativno brza opcija katastrofalna promjena. Ovaj problem efekta staklenika trenutno je vrlo popularan, o njemu se raspravlja na gotovo svakom znanstvenom kongresu. Nažalost, nema dovoljno dokaza za ovu teoriju. Vjeruje se da je u proteklih sto godina koncentracija ugljičnog dioksida porasla za najmanje 20-24%, a količina metana u atmosferi porasla je za 100%. U najpesimističnijem scenariju, vjeruje se da bi temperatura planeta do kraja ovog stoljeća mogla porasti za rekordnih 6,4 °C.

Dakle, u ovom slučaju, efekt staklenika u Zemljinoj atmosferi jednostavno će donijeti smrt svim stanovnicima obalnih područja.

Naglo povećanje razine Svjetskog oceana

Činjenica je da su takve temperaturne anomalije prepune izuzetno oštrog i praktički nepredvidivog porasta razine Svjetskog oceana. Dakle, od 1995. do 2005. god. ta je brojka bila 4 cm, iako su se znanstvenici međusobno natjecali da ne bi trebali očekivati ​​porast iznad nekoliko centimetara. Ako se sve nastavi istim tempom, onda će do kraja 21. stoljeća razina Svjetskog oceana biti najmanje 88-100 cm iznad sadašnje norme. U međuvremenu, oko 100 milijuna ljudi na našem planetu živi samo na oko 87-88 cm nadmorske visine.

Smanjenje refleksije površine planeta

Kada smo pisali o tome što je efekt staklenika, u članku se više puta spominje da on potiče daljnje smanjenje refleksije Zemljine površine, što je pospješeno krčenjem šuma i dezertifikacijom.

Mnogi znanstvenici svjedoče da ledena kapa na polovima može smanjiti ukupnu temperaturu planeta za najmanje dva stupnja, a led koji prekriva površinu polarnih voda uvelike inhibira proces emisije ugljičnog dioksida i metana u atmosferu. Osim toga, u području polarnih ledenih kapa uopće nema vodene pare, što značajno potiče globalni efekt staklenika.

Sve će to toliko utjecati na svjetski vodeni ciklus da će se učestalost tornada, monstruoznih u svojoj razornoj moći uragana i tornada, povećati nekoliko puta, što će učiniti praktički nemogućim život ljudi čak i na onim područjima koja su vrlo udaljena od obala. oceana. Nažalost, preraspodjela vode dovest će do suprotnog fenomena. Danas su suše problem za 10% svijeta, au budućnosti bi broj takvih regija mogao narasti na 35-40% odjednom. To je tužna perspektiva za čovječanstvo.

Za našu zemlju prognoza je u ovom slučaju znatno povoljnija. Klimatolozi vjeruju da će većina teritorija Rusije biti sasvim pogodna za normalnu poljoprivredu, klima će postati mnogo blaža. Naravno, većina obalnih područja (a imamo ih jako puno) jednostavno će biti poplavljena.

Treći scenarij pretpostavlja da kratak period porast temperature bit će zamijenjen globalnim zahlađenjem. Već smo govorili o usporavanju Golfske struje, o posljedicama. Zamislite da to toplo strujanje potpuno prestane... Naravno, stvari neće doći do događaja opisanih u filmu "Dan poslije sutra", ali će planet definitivno postati puno hladniji. Međutim, ne zadugo.

Neki matematičari drže se teorije (simulirane, naravno), prema kojoj će efekt staklenika na Zemlji dovesti do toga da za 20-30 godina klima u Europi neće postati toplija nego u našoj zemlji. Također sugeriraju da će se nakon toga nastaviti zagrijavanje, čiji je scenarij opisan u drugoj opciji.

Zaključak

Što god bilo, ali nema toliko dobrog u prognozama znanstvenika. Možemo se samo nadati da je naš planet složeniji i savršeniji mehanizam nego što zamišljamo. Možda se takve nesretne posljedice mogu izbjeći.

Efekt staklenika- sposobnost (plinova u atmosferi) da u većoj mjeri propuštaju sunčevo zračenje na površinu Zemlje u odnosu na toplinsko zračenje koje emitira Zemlja zagrijana Suncem. Zbog toga je temperatura Zemljine površine i površinskog sloja zraka viša nego što bi bila da nema efekta staklenika. Prosječna temperatura Zemljine površine je plus 15°C, a bez efekta staklenika bila bi minus 18°! Efekt staklenika jedan je od mehanizama održavanja života na Zemlji.

Ljudske aktivnosti u proteklih 200 godina, a posebno od 1950. godine, dovele su do stalnog porasta koncentracije stakleničkih plinova u atmosferi u današnje vrijeme. Neizbježna reakcija atmosfere koja slijedi je antropogeno povećanje prirodnog efekta staklenika. Ukupno antropogeno pojačanje efekta staklenika +2,45 watt/m2 (International Committee on Climate Change IPCC).

Učinak staklenika svakog od ovih plinova ovisi o tri glavna čimbenika:

a) očekivani učinak staklenika tijekom sljedećih desetljeća ili stoljeća (na primjer, 20, 100 ili 500 godina) uzrokovan jednim volumenom plina koji je već ispušten u atmosferu, u usporedbi s učinkom ugljičnog dioksida uzetog kao jedinica;

b) njegovo tipično trajanje u atmosferi, i

c) obujam emisije plina.

Kombinacija prva dva faktora naziva se “Relativni staklenički potencijal” i izražava se u jedinicama CO2 potencijala.

Staklenički plinovi:

Uloga vodena para, sadržan u atmosferi, u globalnom efektu staklenika je velik, ali ga je teško jednoznačno odrediti. Kako se klima zagrijava, količina vodene pare u atmosferi će se povećavati, čime se pojačava efekt staklenika.

D ugljikov monoksid, odnosno ugljikov dioksid (CO2) (64% u učinku staklenika), različito prema

u usporedbi s drugim stakleničkim plinovima, relativno nizak potencijal efekta staklenika, ali prilično dug životni vijek u atmosferi - 50-200 godina i relativno visoka koncentracija. Koncentracija ugljičnog dioksida u atmosferi između 1000 i 1800 iznosio je 270-290 dijelova na milijun po volumenu (ppmv), a do 1994. dosegnuo je 358 ppmv i nastavlja rasti. Može doseći 500 ppmv do kraja 21. stoljeća. Stabilizacija koncentracije može se postići znatnim smanjenjem emisija. Glavni izvor ugljičnog dioksida u atmosferi je izgaranje fosilnih goriva (ugljen, nafta, plin) za proizvodnju energije.

Izvori CO2

(1) Emisije u atmosferu uslijed izgaranja fosilnih goriva i proizvodnje cementa 5,5±0,5

(2) Ispuštanje zraka zbog preobrazbe krajolika u tropskim i ekvatorijalnim zonama, degradacija tla 1,6±1,0

Apsorpcija različitim rezervoarima

(3) Akumulacija u atmosferi 3,3±0,2

(4) Akumulacija Svjetskim oceanom 2,0±0,8

(5) Akumulacija u biomasi sjeverna hemisfera 0,5±0,5

(6) Rezidualni član bilance, objašnjeno unosom CO2 u kopnene ekosustave (gnojidba, itd.) = (1+2)-(3+4+5)=1,3±1,5

Povećanje koncentracije ugljičnog dioksida u atmosferi trebalo bi potaknuti proces fotosinteze. Riječ je o takozvanoj gnojidbi, zbog koje, prema nekim procjenama, proizvodi organska tvar može povećati za 20-40% pri dvostruko većoj koncentraciji ugljičnog dioksida.

Metan (CH4) - 19% njegove ukupne vrijednosti stakleničkih plinova (od 1995.). Metan se proizvodi u anaerobnim uvjetima kao što su razne vrste prirodnih močvara, sezonski slojevi i slojevi permafrosta, plantaže riže, odlagališta otpada, a također i kao rezultat aktivnosti preživača i termita. Procjene pokazuju da je oko 20% ukupnih emisija metana povezano s tehnologijama fosilnih goriva (izgaranje goriva, emisije iz rudnika ugljena, vađenje i distribucija prirodnog plina).

plin, rafiniranje nafte). Ukupno, antropogena aktivnost osigurava 60-80% ukupne emisije metana u atmosferu. Metan je nestabilan u atmosferi. Iz njega se uklanja zbog interakcije s hidroksilnim ionom (OH) u troposferi. Unatoč tom procesu, koncentracija metana u atmosferi približno se udvostručila u usporedbi s predindustrijskim vremenima i nastavlja rasti po stopi od oko 0,8% godišnje.

Povećanje temperature i povećanje vlage (odnosno trajanja teritorija u anaerobnim uvjetima) dodatno povećavaju emisiju metana. Ovaj lik-

pozitivan primjer Povratne informacije. Nasuprot tome, smanjenje razine podzemne vode zbog niske vlažnosti trebalo bi dovesti do smanjenja emisije metana (negativna povratna sprega).

trenutna uloga dušikov oksid (N2O) u ukupnom efektu staklenika je samo oko 6%. Koncentracija dušikovog oksida u atmosferi također raste. Pretpostavlja se da su njegovi antropogeni izvori otprilike upola manji od prirodnih. Izvori antropogenog dušikovog oksida su poljoprivreda (osobito tropski travnjaci), spaljivanje biomase i industrija koja sadrži dušik. Njegov relativni staklenički potencijal (290 puta

iznad potencijala ugljičnog dioksida) i tipični životni vijek u atmosferi (120 godina) značajni su, nadoknađujući njegovu nisku koncentraciju.

Klorofluorugljici (CFC)- To su tvari koje je sintetizirao čovjek, a sadrže klor, fluor i brom. Imaju vrlo jak relativni staklenički potencijal i značajan životni vijek u atmosferi. Njihova konačna uloga u efektu staklenika je 7%. Proizvodnja klorofluorougljika u svijetu trenutno je kontrolirana međunarodnim sporazumima o zaštiti ozonskog omotača, uključujući odredbe o postupnom smanjenju proizvodnje ovih tvari, njihovoj zamjeni onima koje manje oštećuju ozonski omotač, s kasnijim potpunim prestankom. Zbog toga se koncentracija CFC-a u atmosferi počela smanjivati.

Ozon (O3) je važan staklenički plin koji se nalazi iu stratosferi iu troposferi. Djeluje i na kratkovalno i na dugovalno zračenje, pa stoga konačni smjer i veličina njegovog doprinosa bilanci zračenja uvelike ovise o vertikalnoj raspodjeli ozona, posebice na razini tropopauze. Procjene pokazuju pozitivnu rezultantu od +0,4 vata/m2.

Uvod

1. Efekt staklenika: povijesna pozadina i uzroci

1.1. Povijesni podaci

1.2. Uzroci

2. Efekt staklenika: mehanizam nastanka, pojačanje

2.1. Mehanizam efekta staklenika i njegova uloga u biosferi

procesima

2.2. Sve veći učinak staklenika u industrijskom dobu

3. Posljedice pojačanog efekta staklenika

Zaključak

Popis korištene literature

Uvod

Glavni izvor energije koji podržava život na Zemlji je sunčevo zračenje - elektromagnetska radijacija Sunce prodire u zemljinu atmosferu. Solarna energija također podržava sve atmosferski procesi, koji određuju smjenu godišnjih doba: proljeće-ljeto-jesen-zima, kao i promjene vremenskih prilika.

Otprilike polovica sunčeve energije dolazi iz vidljivi dio spektra, koji percipiramo kao sunčeva svjetlost. Ovo zračenje dovoljno slobodno prolazi kroz zemljinu atmosferu i apsorbira ga površina kopna i oceana, zagrijavajući ih. Ali nakon svega, sunčevo zračenje dolazi na Zemlju svaki dan mnogo tisućljeća, zašto se u ovom slučaju Zemlja ne pregrije i ne pretvori u malo Sunce?

Činjenica je da i zemlja i vodena površina, kao i atmosfera, također emitiraju energiju, samo u nešto drugačijem obliku - kao nevidljivo infracrveno, odnosno toplinsko zračenje.

U prosjeku dovoljno Dugo vrijeme Onoliko energije odlazi u svemir u obliku infracrvenog zračenja koliko ulazi u obliku sunčeve svjetlosti. Tako je uspostavljena toplinska ravnoteža našeg planeta. Cijelo je pitanje na kojoj će se temperaturi ta ravnoteža uspostaviti. Da nema atmosfere, prosječna temperatura Zemlje bila bi -23 stupnja. Zaštitno djelovanje atmosfera, koja apsorbira dio infracrvenog zračenja zemljine površine, dovodi do činjenice da je u stvarnosti ta temperatura +15 stupnjeva. Porast temperature posljedica je efekta staklenika u atmosferi koji se pojačava povećanjem količine ugljičnog dioksida i vodene pare u atmosferi. Ovi plinovi najbolje apsorbiraju infracrveno zračenje.

Posljednjih desetljeća koncentracija ugljičnog dioksida u atmosferi sve više raste. Ovo je zbog; da se količine izgaranja fosilnih goriva i drva svake godine povećavaju. Kao rezultat toga, prosječna temperatura zraka u blizini Zemljine površine raste za oko 0,5 stupnjeva po stoljeću. Ako se sadašnji tempo izgaranja goriva, a time i porast koncentracije stakleničkih plinova nastavi iu budućnosti, tada se, prema nekim prognozama, u sljedećem stoljeću očekuje još veće zagrijavanje klime.

1. Efekt staklenika: povijesna pozadina i uzroci

1.1. Povijesni podaci

Ideju o mehanizmu efekta staklenika prvi je iznio 1827. godine Joseph Fourier u članku "Bilješka o temperaturama kugle zemaljske i drugih planeta", u kojem je razmatrao različite mehanizme za formiranje klime na Zemlji, dok smatrao je čimbenicima koji utječu na ukupnu toplinsku ravnotežu Zemlje (grijanje sunčevim zračenjem, hlađenje zračenjem, unutarnja toplina Zemlja), kao i čimbenici koji utječu na prijenos topline i temperature klimatskih zona (toplinska vodljivost, atmosferska i oceanska cirkulacija).

Razmatrajući utjecaj atmosfere na bilancu zračenja, Fourier je analizirao pokus M. de Saussurea s posudom pocrnjelom iznutra, prekrivenom staklom. De Saussure je mjerio temperaturnu razliku između unutarnje i vanjske strane takve posude izložene izravnoj sunčevoj svjetlosti. Fourier je povećanje temperature unutar takvog "mini-staklenika" u usporedbi s vanjskom temperaturom objasnio djelovanjem dva čimbenika: blokiranjem konvektivnog prijenosa topline (staklo sprječava odljev zagrijanog zraka iznutra i dotok hladnog zraka izvana) ) i različita prozirnost stakla u vidljivom i infracrvenom području.

Upravo je potonji čimbenik u kasnijoj literaturi dobio naziv efekt staklenika - upijajući vidljivu svjetlost, površina se zagrijava i emitira toplinske (infracrvene) zrake; Budući da je staklo prozirno za vidljivu svjetlost i gotovo neprozirno za toplinsko zračenje, akumulacija topline dovodi do takvog porasta temperature pri kojem je broj toplinskih zraka koji prolaze kroz staklo dovoljan za uspostavljanje toplinske ravnoteže.

Fourier je pretpostavio da su optička svojstva Zemljine atmosfere slična optičkim svojstvima stakla, odnosno da je njegova prozirnost u infracrvenom području manja od prozirnosti u optičkom području.

1.2. Uzroci

Suština efekta staklenika je sljedeća: Zemlja prima energiju od Sunca, uglavnom u vidljivom dijelu spektra, a sama emitira uglavnom infracrvene zrake u svemir.

Međutim, mnogi plinovi sadržani u njegovoj atmosferi - vodena para, CO2, metan, dušikov oksid, itd. - prozirni su za vidljive zrake, ali aktivno apsorbiraju infracrveno, zadržavajući tako dio topline u atmosferi.

Posljednjih je desetljeća sadržaj stakleničkih plinova u atmosferi dramatično porastao. Pojavile su se i nove, dotad nepostojeće tvari sa "stakleničkim" apsorpcijskim spektrom - prvenstveno fluorougljici.

Plinovi koji uzrokuju efekt staklenika nisu samo ugljikov dioksid (CO2). Oni također uključuju metan (CH4), dušikov oksid (N2O), hidrofluorougljike (HFC), perfluorougljike (PFC), sumporov heksafluorid (SF6). Međutim, izgaranje ugljikovodičnih goriva, popraćeno ispuštanjem CO2, smatra se glavnim uzrokom onečišćenja.

Razlog brzog rasta stakleničkih plinova je očigledan – čovječanstvo sada sagorijeva onoliko fosilnog goriva u jednom danu koliko je nastalo tisućama godina tijekom formiranja nalazišta nafte, ugljena i plina. Od tog "guranja" klimatski sustav je izašao iz "ravnoteže" i vidimo više sekundarne negativne pojave: posebno vrući dani, suše, poplave, nagle promjene vremena, a to je ono što uzrokuje najveće štete.

Istraživači predviđaju da će se, ako se ništa ne poduzme, globalna emisija CO2 učetverostručiti tijekom sljedećih 125 godina. Ali ne smijemo zaboraviti da značajan dio budućih izvora onečišćenja još nije izgrađen. Tijekom proteklih sto godina temperatura na sjevernoj hemisferi porasla je za 0,6 stupnjeva. Predviđeni porast temperature u sljedećem stoljeću bit će između 1,5 i 5,8 stupnjeva. Najvjerojatnija opcija je 2,5-3 stupnja.

Međutim, klimatske promjene nisu samo porast temperature. Promjene se odnose i na druge klimatske pojave. Ne samo intenzivna vrućina, već i jaki iznenadni mrazevi, poplave, blato, tornada, uragani objašnjavaju se učincima globalnog zatopljenja. Klimatski sustav je presložen da bi se očekivale ravnomjerne i jednake promjene na svim dijelovima planeta. A glavnu opasnost danas znanstvenici vide upravo u porastu odstupanja od prosječnih vrijednosti - značajnim i čestim kolebanjima temperature.

2. Efekt staklenika: mehanizam, pojačanje

2.1 Mehanizam efekta staklenika i njegova uloga u biosferskim procesima

Glavni izvor života i svih prirodnih procesa na Zemlji je energija zračenja Sunca. energija solarno zračenje svih valnih duljina koje dolaze do našeg planeta u jedinici vremena po jedinici površine okomito na sunčeve zrake naziva se solarna konstanta i iznosi 1,4 kJ/cm2. To je samo jedan dvomilijarditi dio energije koju emitira površina Sunca. Od ukupne količine sunčeve energije koja ulazi u Zemlju, atmosfera apsorbira -20%. Otprilike 34% energije koja prodire duboko u atmosferu i dolazi do površine Zemlje reflektira se od oblaka atmosfere, aerosola u njoj i same površine Zemlje. Dakle, -46% Sunčeve energije dospijeva do Zemljine površine i ona biva apsorbirana. Zauzvrat, površina kopna i vode emitira dugovalno infracrveno (toplinsko) zračenje, koje dijelom odlazi u svemir, a dijelom ostaje u atmosferi, zadržavajući se u svojim sastavnim plinovima i zagrijavajući površinske slojeve zraka. Ova izolacija Zemlje od svemira stvorila je povoljne uvjete za razvoj živih organizama.

Priroda efekta staklenika atmosfere posljedica je njihove različite prozirnosti u vidljivom i dalekom infracrvenom području. Raspon valnih duljina 400-​1500 nm (vidljiva svjetlost i bliska infracrvena) čini 75% energije solarno zračenje, većina plinova ne apsorbira u ovom području; Rayleighovo raspršenje u plinovima i raspršenje na atmosferskim aerosolima ne sprječavaju zračenje ovih valnih duljina da prodre u dubinu atmosfere i dođe do površine planeta. Sunčevu svjetlost apsorbira površina planeta i njegova atmosfera (osobito zračenje u bliskom UV i IR području) i zagrijava ih. Zagrijana površina planeta i atmosfera zrače u dalekom infracrvenom području: na primjer, u slučaju Zemlje (), 75% toplinskog zračenja pada u rasponu od 7,8-28 mikrona, za Veneru - 3,3-12 mikrona .

Atmosfera koja sadrži plinove koji apsorbiraju u ovom području spektra (tzv. staklenički plinovi - H2O, CO2, CH4 i dr.) u biti je neprozirna za takvo zračenje usmjereno s njezine površine u svemir, odnosno ima veliku optička debljina.Zbog ove neprozirnosti atmosfera postaje dobar toplinski izolator, što pak dovodi do činjenice da se ponovna emisija apsorbirane sunčeve energije u svemir događa u gornjim hladnim slojevima atmosfere. Kao rezultat toga, efektivna temperatura Zemlje kao radijatora ispada niža od temperature njezine površine.

Tako je odgođeno toplinsko zračenje koje dolazi sa zemljine površine (poput filma preko staklenika) dobilo figurativni naziv efekt staklenika. Plinovi koji zadržavaju toplinsko zračenje i sprječavaju odljev topline u svemir nazivaju se staklenički plinovi. Zbog efekta staklenika prosječna godišnja temperatura na Zemljinoj površini u posljednjem je tisućljeću oko 15°C. Bez efekta staklenika ova bi temperatura pala na -18°C i postojanje života na Zemlji postalo bi nemoguće. Glavni staklenički plin atmosfere je vodena para koja blokira 60% Zemljinog toplinskog zračenja. Sadržaj vodene pare u atmosferi određen je planetarnim ciklusom vode i (uz jaka geografska širina i visinska kolebanja) gotovo je konstantan. Otprilike 40% Zemljinog toplinskog zračenja zarobljeno je drugim stakleničkim plinovima, uključujući više od 20% ugljičnim dioksidom. Glavni prirodni izvori CO2 u atmosferi – vulkanske erupcije i prirodni šumski požari. U osvit geobiokemijske evolucije Zemlje, ugljični dioksid je kroz podvodne vulkane ušao u Svjetski ocean, zasitio ga i ispustio u atmosferu. Još uvijek nema točnih procjena količine CO2 u atmosferi u ranim fazama njezina razvoja. Na temelju rezultata analize bazaltnih stijena podvodnih grebena u Tihom i Atlantskom oceanu, američki geokemičar D. Marais zaključio je da je sadržaj CO2 u atmosferi u prvih milijardu godina njezina postojanja bio tisuću puta veći nego sada - oko 39%. Tada je temperatura zraka u površinskom sloju dosegla gotovo 100°C, a temperatura vode u oceanima približila se točki vrelišta (efekt "superstaklenika"). Pojavom fotosintetskih organizama i kemijskih procesa vezanja ugljičnog dioksida počeo je djelovati moćan mehanizam uklanjanja CO2 iz atmosfere i oceana u sedimentne stijene. Efekt staklenika počeo se postupno smanjivati ​​sve do postizanja ravnoteže u biosferi koja se dogodila prije početka ere industrijalizacije i koja odgovara minimalnom sadržaju ugljičnog dioksida u atmosferi - 0,03%. U nedostatku antropogenih emisija, ciklus ugljika kopnene i vodene biote, hidrosfere, litosfere i atmosfere bio je u ravnoteži. Ispuštanje ugljičnog dioksida u atmosferu zbog vulkanske aktivnosti procjenjuje se na 175 milijuna tona godišnje. Oborine u obliku karbonata vežu oko 100 milijuna tona.Oceanska rezerva ugljika je velika - 80 puta je veća od atmosferske. Ugljik je tri puta više nego u atmosferi koncentriran u bioti, a s povećanjem CO2 raste produktivnost kopnene vegetacije.

Philippe de Saussure jednom je napravio eksperiment: izložio je čašu pokrivenu poklopcem suncu, nakon čega je izmjerio temperaturu unutar čaše i izvana. Temperatura unutra i vani bila je drugačija - u zatvorenoj čaši bilo je malo toplije. Nešto kasnije, 1827. godine, fizičar Joseph Fourier iznio je hipotezu da staklo na prozorskoj dasci može poslužiti kao model našeg planeta - isto se događa ispod slojeva atmosfere.

I pokazalo se da je bio u pravu, sada je svaki školarac barem jednom čuo izraz "efekt staklenika", to se sada događa Zemlji, što se sada događa nama. Problem efekta staklenika jedan je od globalnih ekoloških problema koji može dovesti do katastrofalnih šteta za naš planet, njegovu floru i faunu. Zašto je efekt staklenika opasan? Koji su njegovi uzroci i posljedice? Postoje li načini da se riješi ovaj problem?

Definicija

Efekt staklenika - povećanje temperature površine zemlje i zraka, što povlači za sobom promjene klime. Kako se to događa?

Zamislite da smo u istoj čaši na prozorskoj dasci u laboratoriju Philippea de Saussurea. Vani je toplo vrijeme, sunčeve zrake koje padaju na staklo prodiru kroz staklo, zagrijavajući njegovo dno. On, pak, predaje apsorbiranu energiju u obliku infracrvenog zračenja zraku unutar stakla, zagrijavajući ga na taj način. Infracrveno zračenje ne može proći natrag kroz zidove, ostavljajući toplinu unutra. Temperatura unutar čaše raste i postaje nam vruće.

U slučaju razmjera planete Zemlje, sve djeluje malo kompliciranije, s obzirom da umjesto stakla imamo slojeve atmosfere i, zajedno s sunčeve zrake Efekt staklenika stvaraju mnogi drugi čimbenici.

Uzroci efekta staklenika

Ljudska aktivnost jedan je od glavnih čimbenika u nastanku efekta staklenika. Važno je napomenuti da je efekt staklenika postojao nekoliko stoljeća prije tehnički i industrijski napredak ali sam po sebi ne predstavlja prijetnju. Međutim, uz onečišćenje zraka iz tvornica, emisije štetne tvari, kao i izgaranjem ugljena, nafte i plina, situacija se pogoršala. Ugljični dioksid i drugi opasni spojevi koji nastaju pritom doprinose ne samo rastu onkoloških bolesti među stanovništvom, već i povećanju temperature zraka.

Automobili i kamioni također doprinose koktelu štetnih tvari emitiranih u zrak, čime se pojačava učinak staklenika.

prenaseljenostčini da stroj potrošnje i potražnje radi produktivnije: otvaraju se nove tvornice, farme za uzgoj stoke, proizvodi se više automobila, povećavajući pritisak na atmosferu stotinama puta. Sama nam priroda nudi jedno od rješenja - nepregledna šumska prostranstva koja mogu pročistiti zrak i smanjiti razinu ugljičnog dioksida u atmosferi. Međutim, osoba u velikom broju siječe šume.

U poljoprivrednoj industriji, u velikoj većini slučajeva, kemijska gnojiva, pridonoseći oslobađanju dušika - jednog od stakleničkih plinova. Postoji ekološki uzgoj, o čemu možete pročitati ovdje. Apsolutno je neškodljiv za Zemljinu atmosferu, jer koristi samo prirodna gnojiva, ali je, nažalost, postotak takvih farmi izuzetno mali da bi svojom djelatnošću „pokrili“ neekološka poljoprivredna gospodarstva.

Istovremeno, povećanju stakleničkih plinova pridonose i ogromna odlagališta otpada na kojima se smeće ponekad spontano zapali ili jako dugo truli, ispuštajući te iste stakleničke plinove.

Posljedice efekta staklenika

Neprirodan porast temperature povlači za sobom promjenu klime područja, a time i izumiranje mnogih predstavnika flore i faune koji nisu prilagođeni ovoj klimi. Jedan ekološki problem rađa drugu – iscrpljenost vrste.

Također, nalazeći se u uvjetima "parne sobe", ledenjaci su kolosalne "naslage" slatke vode! - polako ali sigurno se topi. Zbog toga će porasti razina Svjetskog oceana, što znači da će poplaviti obalna područja, a kopno će se smanjiti.

Neki ekolozi predviđaju da će se razina morskog oceana, naprotiv, smanjiti, i to za 200 godina. Počet će se polako sušiti pod utjecajem visoke temperature. Ne samo da će rasti temperatura zraka, već i vode, što znači da neće preživjeti mnogi organizmi čiji je životni sustav tako fino organiziran da su padovi temperature od 1-2 stupnja za njega pogubni. Na primjer, cijeli koraljni grebeni već odumiru, pretvarajući se u hrpe mrtvih naslaga.

Utjecaj na ljudsko zdravlje ne treba zanemariti. Povećanje temperature zraka pridonosi aktivnom širenju po život opasnih virusa kao što su ebola, bolest spavanja, ptičja gripa, žuta groznica, tuberkuloza itd. Povećat će se smrtnost od dehidracije i toplinskog udara.

Rješenja

Unatoč činjenici da je problem globalan, njegovo rješenje leži u nekoliko jednostavne akcije. Poteškoća je u tome da ih izvede što više ljudi.

6. Odgajati rodbinu, prijatelje i znance, odgajati kod djece potrebu čuvanja prirode. Uostalom, svaki se problem može riješiti zajedničkim djelovanjem.

Efekt staklenika, koji je pojačan iz niza objektivnih razloga, dobio je negativne posljedice na ekologiju na planetu. Saznajte više o tome što je efekt staklenika, koji su uzroci i načini rješavanja nastalih ekoloških problema.

Efekt staklenika: uzroci i posljedice

Prvi spomen prirode efekta staklenika pojavio se 1827. godine u članku fizičara Jean Baptiste Josepha Fouriera. Svoj rad temeljio je na iskustvu Švicarca Nicolasa Theodorea de Saussurea, koji je mjerio temperaturu unutar staklenke sa zatamnjenim staklom kada je bila izložena sunčevoj svjetlosti. Znanstvenik je otkrio da je unutrašnja temperatura viša zbog činjenice da toplinska energija ne može proći kroz mutno staklo.

Koristeći ovo iskustvo kao primjer, Fourier je opisao da se sva solarna energija koja dospije na Zemljinu površinu ne reflektira u svemir. Staklenički plin zadržava dio toplinske energije u nižim slojevima atmosfere. Sastoji se od:

• karbonska kiselina;
• metan;
• ozon;
• vodena para.

Što je efekt staklenika? To je povećanje temperature nižih slojeva atmosfere zbog akumulacije toplinske energije koju zadržavaju staklenički plinovi. Atmosfera Zemlje (njeni niži slojevi) zbog plinova ispada prilično gusta i ne prolazi u svemir Termalna energija. Zbog toga se Zemljina površina zagrijava.

Od 2005. godine prosječna godišnja temperatura Zemljine površine porasla je za 0,74 stupnja u proteklom stoljeću. U nadolazećim godinama očekuje se da će brzo rasti za 0,2 stupnja po desetljeću. Ovo je nepovratan proces globalnog zatopljenja. Ako se dinamika nastavi, onda će za 300 godina doći do nepopravljivih ekoloških promjena. Stoga čovječanstvu prijeti izumiranje.

Znanstvenici uzroke globalnog zagrijavanja nazivaju:

• velike industrijske ljudske aktivnosti. Dovodi do povećanja emisije plinova u atmosferu, što mijenja njezin sastav i dovodi do povećanja sadržaja prašine;

• izgaranje fosilnih goriva (nafta, ugljen, plin) u termoelektranama, u motorima automobila. Kao rezultat toga, povećava se emisija ugljičnog dioksida. Uz to, raste i intenzitet potrošnje energije – s povećanjem svjetskog stanovništva za 2% godišnje, potreba za energijom raste za 5%;
• nagli razvoj poljoprivrede. Posljedica je povećanje emisije metana u atmosferu (prekomjerna proizvodnja organskih gnojiva kao posljedica truljenja, emisije iz bioplinskih postrojenja, povećanje količine biološkog otpada od držanja stoke/peradi);
• povećanje broja odlagališta, zbog čega raste emisija metana;
• krčenje šuma. Usporava upijanje ugljičnog dioksida iz atmosfere.

Posljedice globalnog zatopljenja su monstruozne za čovječanstvo i život na planeti u cjelini. Dakle, efekt staklenika i njegove posljedice izazivaju lančanu reakciju. Pogledajte sami:

1. Najveći problem je što se, zbog porasta temperatura, površina Zemlje počinje topiti polarni ledšto uzrokuje podizanje razine mora.

2. To će dovesti do plavljenja plodnih zemljišta u dolinama.

3. Poplave velikih gradova (St. Petersburg, New York) i cijelih zemalja (Nizozemska) dovest će do društvenih problema povezanih s potrebom preseljenja ljudi. Zbog toga su mogući sukobi i nemiri.

4. Zbog zagrijavanja atmosfere smanjuje se razdoblje otapanja snijega: oni se brže tope, a sezonske kiše brže prestaju. Zbog toga se povećava broj sušnih dana. Prema procjenama stručnjaka, povećanjem prosječne godišnje temperature za jedan stupanj oko 200 milijuna hektara šuma pretvorit će se u stepe.

5. Zbog smanjenja broja zelenih površina smanjit će se prerada ugljičnog dioksida kao rezultat fotosinteze. Efekt staklenika će se pojačati, a globalno zatopljenje ubrzati.

6. Zbog zagrijavanja Zemljine površine pojačat će se isparavanje vode, što će povećati efekt staklenika.

7. Zbog porasta temperature vode i zraka doći će do opasnosti po život brojnih živih bića.

8. Zbog otapanja ledenjaka i porasta razine Svjetskog oceana pomicat će se sezonske granice, a klimatske anomalije (oluje, uragani, tsunamiji) bit će sve češće.

9. Povećanje temperature na površini Zemlje negativno će utjecati na zdravlje ljudi, a osim toga, potaknut će razvoj epidemioloških situacija povezanih s razvojem opasnih zaraznih bolesti.

Efekt staklenika: načini rješavanja problema

Globalni ekološki problemi povezani s efektom staklenika mogu se spriječiti. Da bi to postiglo, čovječanstvo mora koordinirano eliminirati uzroke globalnog zatopljenja.

Što prvo treba učiniti:

1. Smanjite količinu emisija u atmosferu. To se može postići ako se posvuda stavi u rad ekološki prihvatljivija oprema i mehanizmi, ugrade filtri i katalizatori; uvesti „zelene“ tehnologije i procese.
2. Smanjite potrošnju energije. Da bi se to postiglo, bit će potrebno prijeći na proizvodnju energetski manje intenzivnih proizvoda; povećati učinkovitost elektrana; uključiti programe termomodernizacije stanovanja, uvesti tehnologije povećanja energetske učinkovitosti.
3. Promijeniti strukturu izvora energije. Povećanje ukupne količine proizvedene energije udio dobiven od alternativni izvori(sunce, vjetar, voda, temperatura tla). Smanjite korištenje fosilnih izvora energije.
4. Razvijati ekološki prihvatljive tehnologije s niskim udjelom ugljika poljoprivreda i industrije.
5. Povećajte korištenje recikliranih sirovina.
6. Obnavljanje šuma, učinkovito rješavanje šumski požari povećati površinu zelenih površina.

Načini rješavanja problema koji su nastali zbog efekta staklenika svima su poznati. Čovječanstvo mora shvatiti do čega vode njegove nedosljedne akcije, procijeniti razmjere nadolazeće katastrofe i sudjelovati u spašavanju planeta!