Пути снижения воздействия парникового эффекта на состояние климата Земли

Содержание 

Введение………………………………………………………………………….3

1. Механизм возникновения парникового эффекта…………………………..5
2. Сущность парникового эффекта…………………………………………..11
3. Последствия парникового эффекта………………………………………...16
4. Экологические прогнозы………………………………………………..….21
5. Пути снижения воздействия парникового эффекта на состояние климата Земли………………………………………………………………………….23

Заключение……………………………………………………………………...25

Список  литературы………………………………………………………….….26 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

Глобальные  экологические проблемы в настоящее время находятся в центре внимания как специалистов различного профиля, так и общественности. Отношение к ним неоднозначно - от страха перед приближающимся концом цивилизации до глубокого скепсиса в отношении существования многих из них.

Можно полагать, что все глобальные экологические  проблемы обусловлены хозяйственной  деятельностью человечества, масштабы которой, как уже отмечалось, становятся сопоставимыми с геологическим  и космическим воздействиями. К  возможным последствиям этого относят "парниковый эффект", влияние аэрозолей, "озоновую дыру",нарушение биохимического круговорота веществ и ряд других проблем. Для их разрешения на конференции ООН по проблемам окружающей среды была принята Декларация, содержащая основные принципы международного сотрудничества в данной области, и создана ЮНЕП. В 1982г. Генеральная Ассамблея ООН одобрила Всемирную хартию природы.

       Охрана  окружающей природной  среды и  рациональное использование естественных ресурсов - одна из актуальных глобальных проблем современности. Ее решение неразрывно связано с борьбой за мир на Земле, за предотвращение ядерной катастрофы, разоружение, мирное сосуществование и взаимовыгодное сотрудничество государств.

       Все мы в последние десятилетия наблюдаем  резкое повышение температуры, когда зимой в место отрицательных температур, мы месяцами наблюдаем оттепели до 5 – 8 градусов тепла, а в летние месяцы – засухи и суховеи, иссушающие почву земли и ведущие к ее эрозии. Почему это происходит?

       Ученые  утверждают, что причиной, прежде всего, является губительная деятельность человечества, приводящая к глобальному изменению климата Земли.

       Сжигание  топлива в электростанциях, резкое увеличение количества отходов от производственной деятельности человека, увеличение автомобильного транспорта и как следствие увеличение выбросов углекислого газа в атмосферу Земли при резком сокращении лесопарковой зоны,  привело к возникновению так называемого парникового эффекта Земли.

     В последнее время деятельность человека оказывает беспрецедентное по масштабам  и интенсивности воздействие на окружающую среду и глобальные системы жизнеобеспечения. Доказательство тому - одна из многих экологических проблем - глобальное потепление климата - парниковый эффект. Скоро атмосфера станет непроницаемой для тепла, и последствия могут быть очень глобальными - неизбежное повышение уровня мирового океана в результате таяния материковых и горных ледников, морских льдов, теплового расширения вод океана. Такое потепление климата вызовет серьёзные изменения экологических условий в тундре, в зонах «вечной мерзлоты»: увеличится сезонное протаивание грунтов, что создаст угрозу дорогам, строениям и коммуникациям, активизируется процесс заболачивания, ухудшится состояние лесных массивов на вечной мерзлоте. 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Механизм  возникновения парникового эффекта

Впервые всестороннее обсуждение возможности  парникового эффекта, связанных с ним изменений климата и экосистем произошло в рамках международной конференции ЮНЕП, ВМО и МСНС в Филлахе (Австрия) 5-15 октября 1985 г. Общая картина, изложенная на конференции и в последующих исследованиях проблемы парникового эффекта, сводится к следующему (Парниковый эффект..., 1989).

В настоящее  время в атмосфере наблюдается  рост содержания некоторых малых газов, таких как углекислый газ СO₂, закись азота N20, метан СН4, озон О₃, пары воды, хлорфторуглероды и другие галогенпроизводные углерода (фреоны). Эти так называемые парниковые газы, как и основные составляющие атмосферы (азот, кислород), пропускают к поверхности Земли видимую (световую) часть солнечного излучения оптического диапазона. Поглощаемая земной поверхностью солнечная энергия нагревает ее, что приводит к тепловому длинноволновому (инфракрасному) излучению в окружающее пространство. Однако это излучение в значительной степени задерживается компонентами атмосферы и прежде всего парниковыми газами; часть тепла вновь отражается на поверхность Земли. Задержание тепловой энергии у приповерхностного слоя приводит к повышению его температуры («парниковый эффект»).

Представленная  картина возникновения парникового эффекта опирается на квантовую теорию света. В соответствии с ней энергия Ԑ кванта выражается формулой

                                                    Ԑ = hν,                                               (1.2)

где Ԑ — постоянная Планка (6,62*10^-34 Дж*с); ν — частота, присущая кванту.

Поскольку частота видимой части солнечного излучения заметно выше, чем инфракрасной, то и энергия кванта в ней больше, чем кванта теплового излучения — примерно в 1000 раз. Поэтому значительно менее мощные кванты последнего задерживаются атмосферой сильнее, чем падающие на поверхность кванты света. Задержанию в существенной степени содействуют более крупные молекулы парниковых газов. Действительно, диаметр молекул основных газовых составляющих атмосферы (N₂, О₂) разными методиками расчета оценивается соответственно в 3,15-3,70*10^-8 и 2,94-3,56*10^-8 см, а для СО₂ и СH₄, например, он составляет 3,24-4,54*10^-8 и

3,24-4,30*10^-8 см (Кэй...).

В основе рассмотренного механизма возникновения  парникового эффекта лежит идея знаменитого шведского физико-химика С.Аррениуса о прогреве атмосферы за счет поглощения ею инфракрасного излучения (1896 г.) и представление о том, что передача тепла в тропосфере происходит за счет его радиации.

В настоящее  время, с учетом концентраций и продолжительности существования парниковых газов в атмосфере, их вклад в возможное потепление оценивается следующим образом, %: СО₂-55; СН₄-15; N20-6; ХФУ-24 (Изменения климата...). Поскольку основная доля парникового эффекта приходится на СО₂, то обычно анализ этой проблемы связывают с изменением его концентрации. Ее значения в различные периоды времени оцениваются следующим образом, млн^-1 : начало голоцена, или послеледниковое время 8 тыс. лет назад, — 500 (анализ пузырьков воздуха из ледниковых кернов); до-индустриальная эпоха (середина 19 в.) — 275; 1958 г. — 315, 1984 г. — 354 (Парниковый эффект...; Рябчиков).

В соответствии с различными сценариями удвоение содержания СO₂ в атмосфере в сравнении с доиндустриальным периодом может произойти в середине 21 в. или после 2100 г. Удвоение, как полагают, приведет к повышению температуры на 1,5-4,5 К. Что касается вклада других газов в парниковый эффект, то для следующих по значимости после диоксида углерода ХФУ он будет снижаться (производство ХФУ в ряде высокоразвитых стран запрещено и сокращается в связи с негативной ролью не только в создании парникового эффекта, но и в развитии «озоновой дыры»). Считают также, что отсутствие парниковых газов и особенно водяного пара в атмосфере снизило бы современную температуру у земной поверхности (+15,2°С) на 32-40°С и привело к существованию биоты на Земле в формах, весьма отличных от ныне существующих (Рябчиков; Шилов).

Для биосферы Земли развитие парникового эффекта  может иметь как положительные, так и отрицательные экологические последствия.

К положительным  следует отнести то, что при  глобальном потеплении увеличится испарение с поверхности Океана и возрастет влажность атмосферы. Это благоприятно скажется на снижении засушливости аридных областей. Повышение концентрации СО₂ в воздухе может интенсифицировать фотосинтез, а значит, способствовать росту продуктивности как естественных лесных формаций, так и культурных растений. Применительно к России урожай зерновых может подняться в среднем на 67%, кормовых трав — на 95% (Вронский, 1996).

При увеличении концентраций парниковых газов модели климата предсказывают больший  рост температуры в высоких широтах  и меньший — в низких. Анализ в некоторых работах приводит к выводу, что при потеплении на 1 К границы зернопроизводящих областей средних и высоких широт отодвинутся на несколько сотен километров к северу, а в холодных горных районах возможно перемещение продуктивных зон вверх более чем на 100 м (Парниковый эффект...).

К отрицательным  последствиям парникового эффекта относят прежде всего возможное поднятие уровня Мирового океана. К негативным последствиям для России, где до 50% территории занято вечной мерзлотой, причисляют также усиление сезонного протаивания грунтов. Это создаст угрозу дорогам, строениям и коммуникациям, активизирует процессы термокарста, заболачивания, ухудшит состояние лесных массивов на вечной мерзлоте и др.

В свете  предполагаемых отрицательных последствий  влияния парниковых газов на состояние биосферы и условия жизни людей, по линии ряда международных организаций (ЮНЕСКО, ФАО, ЮНЕП ) уже действует межправительственный комитет по предотвращению глобального потепления климата. Он проводит оценку ущерба от затопления прибрежных территорий, ухудшения качества водных ресурсов, ведет поиск экологически чистых альтернативных источников энергии. В соответствии с решением конференции в Киото, к 2008-2012 гг. объемы выбросов углекислого газа в промышленно развитых странах должны быть снижены до 95% от уровня 1990 г.

Кроме того, предложен ряд эффективных технологий связывания и утилизации СО₂, выделяющегося при сжигании топлива. Они, в частности, предусматривают захоронение диоксида углерода в море: закачку компримированного до жидкого состояния СО₂ в глубинные скальные породы морского дна (А wаtегу...), в океанскую толщу на глубину (Ргос. 27^th …; Fгоbоsе), переработку в твердую блочную кислоту с затоплением ее на большую глубину с последующим газированием морской воды (Fгоbоsе), подачу компримированного до ~50 атм и охлажденного до примерно 40°С СО₂ на морское дно на глубину около 3200 м, где находится наиболее плотная вода с постоянной температурой 4°С и достигается давление порядка 370 атм. В последнем случае СО₂ сжижается и, имея большую, чем вода, плотность, остается на дне, где постепенно взаимодействует с морскими породами и карбонизирует их, переходя в твердое состояние.

Известны  предложения по использованию СО₂ для синтеза Сахаров, метанола, диметилов или пироуглерода, предназначенного для долгосрочного хранения в земле (Розовский; Стейнбек).

Однако  ряд специалистов аргументированно полагает, что роль диоксида углерода и других газов в возникновении парникового эффекта, как и наличие самого эффекта, сильно преувеличены. Уже на конференции в Филлахе отмечалось, что повышение глобальной температуры на 0,3-0,4 К в течение последних 100 лет, строго говоря, нельзя объяснить только увеличением концентрации парниковых газов и что приведенные показатели роста температуры и уровня океана - это не прогноз, а лишь возможные сценарии. Указывалось также, что сценарии потепления не моделируют всех процессов чрезвычайно сложной геосферы в целом, не учитывают взаимосвязи подсистем атмосфера-суша-океан-биосфера (биота и человек), выбросы загрязняющих веществ. Совокупность данных подсистем практически не поддается моделированию и прогнозу, поскольку требует учета порядка 10⁹⁰ связей, число которых ни с чем не сравнимо в человеческой практике.

Основные  факторы, учет которых не оставляет  места явлению парникового эффекта, в последнее время достаточно последовательно изложил, в частности, проф. О.Г.Сорохтин (Глобальные...).

Он и  его сторонники подчеркивают, что, в  отличие от основополагающей идеи С.Аррениуса о нагревании атмосферы за счет поглощения ею инфракрасного излучения, в плотных тропосферах (с давлением, большим 0,2 атм) доминирует конвективный вынос тепла, применительно к Земле — вплоть до высоты 10-12 км. В этом случае поглощение инфракрасного излучения поверхности Земли не играет существенной роли в распределении температуры по высоте тропосферы.

Отмечается, что при реально существующем парниковом эффекте любое повышение  приземной температуры усиливало  бы испарение влаги и увеличивало  облачность Земли, а это, в свою очередь, повысило бы альбедо (отражательную способность) атмосферы. В результате уменьшилось бы поступление тепла на Землю и средняя температура ее поверхности вновь бы снизилась до прежнего уровня. Более того, как показали расчеты метеорологов Гамбургского университета и Института физики плазмы им. М.Планка в Мюнхене, эффект альбедо может привести к похолоданию (Рябчиков). По расчетам О.Г.Сорохтина, замена азотно-кислородной атмосферы Земли на угле-кислотную с давлением 1 атм понизит среднюю приземную температуру на ~5 К.

Указывается также, что прогнозируемое конференцией в Филлахе повышение содержания СО₂ в атмосфере с 354 до 500 млн^-1 невозможно: если даже сжечь все леса на Земле, то концентрация диоксида углерода возрастет не более чем на 25 млн^-1 , что приведет к ее значениям в конце ледникового периода (Рябчиков).