Борьба с парниковым эффектом

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

Воронежский Государственный  Университет

Факультет географии, геоэкологии  и туризма

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

По природопользованию

на тему «Борьба с парниковым эффектом»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

План:

1. Введение
2. Механизм образования парникового эффекта.
3. Усиление парникового эффекта в индустриальную эпоху
4. Последствия усиления парникового эффекта
5. Способы борьбы с парниковым эффектом

5.1. Международные соглашения по проблемам глобального изменения климата

5.2.  Киотский протокол

6. Заключение
7. Список литературы
8. Приложение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Три глобальные экологические проблемы последней  четверти XX века – перфорация озонового слоя Земли, кислотные осадки и усиление парникового эффекта, представляют реальную угрозу нормальному функционированию биосферы Земли.

На сегодняшний  день главной экологической проблемой  является проблема антропогенного изменения  климата планеты, и в первую очередь  – усиление парникового эффекта.

В последние годы парниковому эффекту уделяется  самое пристальное внимание. О  нем пишут в прессе и говорят  по телевидению, иногда добавляя слова  «глобальное потепление», но большинство  людей до сих пор не знают, о  чем идет речь. Без этого эффекта  наша планета была бы совсем другой. Возможно, кое-где в защищенных местах и жили бы примитивные организмы, но людей точно бы не было. Теперь же сами люди превращают этот полезный эффект в потенциальную опасность  для всей цивилизации.

Человечеству  необходимо задуматься над этой проблемой, иначе у наших потомков не будет  будущего. Сокращение выбросов парниковых газов в земную атмосферу идет слишком медленно. Если тенденция  не изменится, средняя температура  воздуха будет продолжать повышаться, что чревато катастрофическими  последствиями. До сих пор результаты международных конференций и  конвенций по проблемам изменения  климата оптимизма не внушают.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Механизм образования парникового эффекта.

Образное название «парниковый  эффект» получило природное явление, суть которого заключается в том, что атмосфера задерживает идущее от земной поверхности тепловое излучение. Чтобы понять природу парникового эффекта, нужны некоторые исходные сведения об атмосфере Земли и ее взаимодействии с излучением (как испускаемым Солнцем, так и самой земной поверхностью). Атмосфера – это воздушная среда переменной (уменьшающейся с высотой) плотности, состоящая из смеси газов и водяного пара (строго говоря, тоже газа, но малолетучего – легко конденсирующегося). В этой среде взвешены аэрозоли – дисперсные системы из разных по величине и происхождению твердых или жидких частиц. Именно аэрозоли в атмосфере придают небу голубой цвет днем – за счет рассеяния света на частицах с размерами, близкими к длине волны синей составляющей спектра.

В нижних слоях атмосферы  преобладают азот (78%) и кислород (21%). На остальные составляющие приходится всего 1%. Но именно этот единственный процент  и определяет оптические свойства атмосферы, так как азот и кислород почти  не взаимодействуют с излучением.

Эффект «парника» известен всем, имевшим дело с этим незамысловатым огородным сооружением. В атмосфере  он выглядит так (Прил. 1). Часть излучения Солнца, не отразившаяся от облаков, проходит через атмосферу, исполняющую роль стекла или пленки, и нагревает земную поверхность. Нагретая поверхность, конечно, остывает, испуская тепловое излучение, но это уже другое излучение – инфракрасное. Средняя длина волны такого излучения значительно больше, чем в приходящем от Солнца, и потому почти прозрачная для видимого света атмосфера пропускает его значительно хуже.

Энергия солнечной радиации всех длин волн, поступающая на нашу планету в единицу времени  на единицу площади, нормальной к  солнечным лучам, — солнечная постоянная — равна 1,4 кДж/см². Хотя она относительно невелика (равна одной двухмиллиардной доле всей излучаемой Солнцем энергии), именно эта энергия определяет ход всех биосферных процессов на Земле.

Из общего количества достигающей  Земли энергии солнечной радиации атмосфера поглощает 20%, а 34% ее отражают облака атмосферы, находящиеся в ней аэрозоли, сама поверхность Земли и уходит в космос. Оставшаяся часть энергии солнечной радиации (46%) доходит до земной поверхности и поглощается ею. В свою очередь, поверхность суши и воды излучает длинноволновую инфракрасную (тепловую) радиацию, которая частично уходит в космос, а частично остается в атмосфере, задерживаясь входящими в ее состав газами и нагревая приземные слои воздуха.

Газы, задерживающие тепловое излучение и препятствующие оттоку тепла в космическое пространство, называются парниковыми газами. К парниковым газам относят метан СН₄, (также компонент углеродного цикла), озон О₃, фреоны (углеводороды, содержащие бром, фтор или хлор) и некоторые другие соединения. Но их вклад в парниковый эффект гораздо меньше. Парниковые газы иногда называют следовыми, поскольку обычно в воздухе их очень мало. Они как приправа к блюду: в небольшом количестве улучшают вкус, а в избытке непоправимо портят.

Благодаря парниковому эффекту  среднегодовая температура у  поверхности Земли в последнее тысячелетие составляет примерно 15°С, без него она опустилась бы до -18°С, и существование жизни на Земле стало бы невозможным.

Основной парниковый газ - водяной пар, задерживающий до 60% теплового излучения Земли. Содержание водяного пара в атмосфере определяется планетарным круговоротом воды и (при сильных широтных и высотных колебаниях) практически постоянно. Роль водяного пара в парниковом эффекте ещё не вполне изучена.

Но известно, что роль водяного пара в нагреве атмосферы  не ограничивается поглощением излучения. При его конденсации в мельчайшие капли, из которых образуются облака, выделяется огромное количество тепла (до 40% от общего его количества, поступающего на Землю), что играет значительную роль в тепловом балансе атмосферы.

За водяным паром в  списке парниковых газов следует  углекислый газ (СО₂), поглощающий в прозрачном воздухе 22% инфракрасного излучения Земли. Собственно участие СО₂, в глобальном круговороте (цикле) углерода, лежащего в основе всего живого, и вовлекает биосферу в тепловой баланс. Именно о вкладе СО₂, в этот баланс (точнее, о возможном изменении концентрации СО₂, в атмосфере под влиянием деятельности человека и о последствиях этого изменения для теплового баланса Земли) и спорят уже много лет ученые.

Основные природные источники  углекислого газа в атмосфере  — извержения вулканов и естественные лесные пожары. На заре геобиохимической эволюции Земли углекислый газ поступал в Мировой океан через подводные вулканы, насыщал его и выделялся в атмосферу.

До сих пор нет точных оценок содержания углекислого газа в атмосфере на ранних этапах ее развития. По результатам анализа  базальтовых пород подводных  хребтов в Тихом и Атлантическом  океанах американский геохимик Д. Марэ сделал вывод, что содержание углекислого газа в атмосфере в первый миллиард лет ее существования было в 1000 раз больше, чем в настоящее время, — около 39%. Тогда температура воздуха в приземном слое достигала почти 100°С, а температура воды в Мировом океане приближалась к точке кипения (сверхпарниковый эффект).

Содержание СО₂, в атмосфере определяет в основном океан. По данным академика РАН М.Е. Виноградова, 98% СО₂, на планете сосредоточено в океане, который служит главным источником (на экваторе) и резервуаром-поглотителем атмосферного СО₂. В 1960 – 1980-х годах СО₂, в атмосфере стало больше на 10% (рост примерно 0,5% в год), что и вынудило искать связь между концентрацией СО₂, и наблюдаемым потеплением. Какое из этих двух явлений – причина, а какое – следствие, ученым пока до конца не ясно. В последние годы содержание СО₂, в атмосфере растет значительно медленнее (в 1980-1993 гг. в среднем 0,15% в год) и не исключено, что эти изменения вызваны вариациями его выделения из океана.

С появлением фотосинтезирующих организмов, химических процессов связывания углекислого газа стал действовать мощный механизм изъятия его из атмосферы и океана в осадочные породы, в связи с чем парниковый эффект стал постепенно уменьшаться, пока не установилось равновесие в биосфере, которое продолжалось до начала эпохи индустриализации и которому соответствует минимальное содержание углекислого газа в атмосфере - 0,03%.

Таким образом, в отсутствие антропогенных выбросов углеродный цикл наземной и водной биоты, гидросферы, литосферы и атмосферы находился  в равновесии. Поступление углекислого  газа в атмосферу за счет вулканической  деятельности оценивается в 175 млн. тонн в год. Осаждение в виде карбонатов связывает около 100 млн. тонн. Велик  океанический резерв углерода - он в 80 раз превышает атмосферный. В  биоте углерода концентрируется  втрое больше, чем в атмосфере, причем с увеличением содержания углекислого газа возрастает продуктивность наземной растительности.

С наступлением индустриальной эпохи началось поступление в  атмосферу техногенного диоксида углерода за счет сжигания ископаемых видов топлива:

- сжигание угля С + 0₂ = С0₂;

- сжигание газа С₃Н₈ + 50₂ = ЗС0₂ + 4Н₂0;

- сжигание мазута С₂₅Н₅₂ + 380₂ = 25С0₂ + 26Н₂0.

Техногенные выбросы диоксида углерода в атмосферу значительно  возросли во второй половине XX в. Основной причиной этого стала колоссальная зависимость мировой экономики от ископаемых видов топлива. Индустриализация, урбанизация и стремительные темпы роста населения планеты обусловили увеличение мирового спроса на электроэнергию, удовлетворяющегося главным образом за счет сжигания горючих ископаемых.

В настоящее время ископаемые виды топлива составляют примерно 90% от всех первичных энергоресурсов и обеспечивают 75% мирового производства электрической энергии. По оценкам экспертов ООН, с начала XX в. увеличение выбросов диоксида углерода составляло от 0,5 до 5% в год. В результате за последние сто лет в атмосферу поступило 400 млрд. тонн углекислого газа только за счет сжигания топлива. Уничтожение для этих же целей огромных лесных массивов, а также лесные и степные пожары, вызванные человеком, дополнительно увеличивают содержание углекислого газа в атмосфере - как непосредственно, так и за счет уменьшения его поглощения в процессе фотосинтеза вследствие уничтожения растительности. Согласно расчетам специалистов, сейчас атмосфера содержит на 25% больше углекислого газа, чем его было накоплено за последние 16О тыс. лет. По мнению некоторых ученых, произошло нарушение биосферного углеродного круговорота: поступление углекислого газа в атмосферу стало превышать его потребление живыми организмами.

В настоящее время в  мире в результате сжигания топлива  на тепловых электростанциях, других промышленных предприятиях и в автомобильных  двигателях в атмосферу ежегодно выбрасывается более 5 млрд. тонн диоксида углерода. Еще 1-2 млрд. тонн его поступает  в атмосферу за счет сжигания лесов, главным образом тропических. Леса исчезают с поверхности планеты с катастрофической скоростью, за два последних века их площадь сократилась вдвое. Влажные тропические леса начали интенсивно сгорать с середины XX в. (в среднем эти леса исчезают со скоростью 1 га в минуту или 5 тыс. км²  в год).

За счет сжигания топлива 25% техногенных выбросов диоксида углерода в атмосферу дают США и страны Евросоюза, 11% — Китай, 9% - Россия.

К другим парниковым газам, появление которых в атмосфере в значительном количестве обусловлено хозяйственной деятельностью человека, относятся:

метан СН₄, поступающий с рисовых полей (около 110 млн тонн в год), в результате утечек природного газа при его добыче и попутного газа при нефтедобыче, на угольных шахтах (до 50 млн тонн в год), а также жизнедеятельности растущего поголовья домашнего скота; доля его влияния на усиление парникового эффекта составляет 15%;

фторхлоруглероды (утечка хладагентов из холодильных установок и кондиционеров, пропеллентов из аэрозольных упаковок, использование пенных компонентов в строительной индустрии и в средствах пожаротушения и т. д.), доля их влияния - 12-24%;

оксиды азота  NО₂ (сжигание топлива в реактивных самолетных и ракетных двигателях, биомассы, применение азотных удобрений в сельском хозяйстве), доля их влияния - 5-6%;

озон О₃ (как вторичный загрязнитель, появление которого связано со значительным ростом мирового автопарка), доля его влияния — до 8%.

В последние годы отмечается постепенное возрастание содержания этих парниковых газов в атмосфере: метана - на 1%, оксидов азота - на 0,3% в год. Так же один из факторов, усугубляющих парниковый эффект, - разрушение озонового экрана Земли. Причина этого – накопление в атмосфере реагирующих с озоном хлорфторуглеродов. Несколько десятилетий их использовали как пропелленты в аэрозольных баллончиках, хладагенты и вспениватели в производстве пенопластов. Монреальский протокол 1987 г. постановил задачу постепенного прекращения производства и использования хлорфторуглеродов.

 

 

 

 

3. Усиление парникового эффекта в индустриальную эпоху

Усиление парникового  эффекта в индустриальную эпоху  связано в первую очередь с  возрастанием содержания в атмосфере  техногенного диоксида углерода за счет сжигания ископаемых видов органического  топлива предприятиями энергетики, металлургическими заводами, автомобильными двигателями: С+О=СО₂, С₃H₈+50₂=ЗСО₂+4Н₂О, С25Н52 + 38О₂ = 25СО₂+26Н₂0, 2С8Н18+25О₂ = 16СО₂ + 18Н₂О.