Каков же механизм злополучного парникового эффекта? Его изучение восходит к работам французского математика и физика Ж. Фурье, который и открыл это явление в 1824 г. В 1860 г. английский физик Дж. Тиндалл выяснил, что СОг, подобно водяному пару, экранирует инфракрасное излучение Земли. Наконец, в конце XIX в. шведский химик С. Аррениус указал на возможность изменения климата в связи с увеличением количества тепла, поступающего в атмосферу, и накоплением в ней СОг в результате деятельности человека, а в 1922 г. английский геолог Р. Шерлок отметил, что эта деятельность уже существенно влияет на земной климат. Много позже появится термин «противоизлучение атмосферы», объединяющий работу всех газообразных веществ, обладающих парниковым эффектом. До промышленной революции количество поглощенной планетой солнечной энергии находилось в балансе с количеством энергии, излучаемой Землей в космос в виде инфракрасного излучения. Более того, измерения со спутников показывают, что температура верхнего слоя атмосферы приблизительно на 15,5°С холоднее, чем температура у поверхности Земли. Это свидетельствует о том, что какое-то количество излучаемого планетой тепла задерживается в атмосфере. Довольно легко рассчитать, сколько солнечной энергии или тепла поглощают различные парниковые газы и какую часть светового спектра они поглощают, а какую нет. Мы неплохо знаем химичес
Средняя температура по всей Земле в целом приблизительно равна 288°К, или +15°С, а ее эффективная температура, 255°К или -18°С, следовательно, парниковый эффект на Земле сейчас равен +33°С. Исходя из того, что «естественный» парниковый эффект Земли — это устоявшийся, сбалансированный процесс, вполне логично предположить, что увеличение концентраций парниковых газов в атмосфере должно привести к усилению парникового эффекта. Климат на Земле обусловливается постоянным потоком энергии, исходящим от Солнца. Около 30% ее сразу же рассеивается в пространстве, но большая часть из поглощаемых 70% проходит через атмосферу и обогревает земную поверхность. Повышение среднеглобальной температуры происходит во многом благодаря накоплению в атмосфере газов, удерживающих тепло, отраженное от поверхности Земли. Пропуская через себя солнечные лучи, парниковые газы тем не менее становятся преградой на пути инфракрасного (теплового) излучения Земли. Вопреки мнению, что парниковый эффект лишь незначительно «подправляет» температуру, которая в основном определяется интенсивностью солнечного излучения, падающего на ту или иную планету, оказалось, что он способен изменять температуру планеты на несколько сотен градусов. Например, среднепланетарная температура Венеры при параметрах атмосферы, аналогичных земным, должна была бы быть всего на 50°С выше, чем на Земле. Однако, как известно, среднепланетарная температура Венеры составляет почти 500°С. Таким образом, за счет сильного парникового эффекта, вследствие другого газового состава, температура поверхности Венеры увеличивается более, чем на 400°С. Повышение среднепланетарной температуры Земли даже на 50° С имело бы катастрофические последствия для человеческой цивилизации. Повышение среднепланетарной температуры на 150°С, по-видимому, сделало бы невозможным существование жизни на Земле (по меньшей мере в ее нынешней форме). Главными парниковыми газами являются водяной пар, углекислый газ, озон, метан, окислы азота и фреоны (хлорфторуглероды). Водяной пар (HjO) вносит самый крупный «вклад» в исходный парниковый эффект. Его присутствие в атмосфере непосредственно не связано с
кий состав атмосферы и поэтому можем объяснить эффект поглощения инфракрасного излучения парниковыми газами. Парниковым эффектом AT называется разность между средней температурой поверхности планеты Ts и ее радиационной (эффективной) температурой Те, под которой эта планета видна из космоса: (3.1) человеческой деятельностью, хотя даже при небольшом глобальном потеплении произойдет повышение концентрации водяных паров в атмосфере, что еще больше усилит парниковый эффект. Пары воды поглощают около 62% инфракрасного излучения, что способствует нагреву нижних слоев атмосферы. Но роль водяного пара в нагреве атмосферы этим не ограничивается. При его конденсации в мельчайшие капли, из которых образуются облака, выделяется огромное количество тепла (до 40% от общего его количества, поступающего на Землю), что также играет значительную роль в тепловом балансе атмосферы. За водяным паром по значимости следует углекислый газ (СОг), поглощающий в прозрачном воздухе 22% инфракрасного излучения Земли. Углекислый газ (СОг) на 60% (среди других газов) ответствен за наблюдаемое усиление парникового эффекта. Он поступает в атмосферу из различных источников, большая часть которых естественные. Количество СОг в последние тысячелетия оставалось приблизительно на одном уровне, поскольку существуют механизмы, которые выводят углекислый газ из атмосферы (упрощенная схема циркуляции СОг в атмосфере показана на рис. 3.11). За последние 200 лет его содержание, благодаря человеческой дея-
* Потоки углерода и его резервуары выражены в миллиардах метрических тонн углерода тельности, в атмосфере увеличилось почти на 30%. Несмотря на то, что половина выбросов двуокиси углерода, обусловленных техногенезом поглощается океанами и земной растительностью, уровень его концентрации в атмосфере продолжает подниматься более, чем на 10% каждые 20 лет. Большой вклад в развитие парникового эффекта вносят хлорфторугле-роды (фреоны, или хладоны). Он составляет около 24% парникового эффекта. Молекулы хлорфторуглеродов стабильны в нижних слоях атмосферы, но они постепенно поднимаются в стратосферу, где медленно разрушаются под действием ультрафиолетового излучения. Угарный газ (СО) обычно не относят к парниковым газам, поскольку сам по себе он не вызывает экранирования тепла. Но необходимо учитывать, что СО легко реагирует с другими компонентами, например с гидро-ксильными радикалами (ОН), уменьшая их концентрацию в атмосфере. Гид-роксил, как весьма способное к химическим реакциям вещество, является главнейшим барьером на пути продвижения в тропосферу таких парниковых газов, как озон, метан, угарный газ и окись азота. Кроме того, угарный газ вносит больший вклад в увеличение концентрации метана в атмосфере, чем все источники его непосредственного выброса. Это особенно настораживает, учитывая, что выбросы СО продолжают нарастать. Средняя концентрация СО в атмосфере увеличивается на 0,8-1,4% в год, в зависимости от методики оценки, а оценки с достоверным интервалом 90% дают значения в пределах 0,5-2,0% в год. Таким образом, потенциал глобального потепления (ПГП) 1 г СО даже выше, чем ПГП 1 г COi- Это связано с тем, что СО влияет на физические характеристики атмосферы тремя путями. Во-первых, он уменьшает концентрацию гидроксила. Во-вторых увеличивает остаточное количество метана в атмосфере на 20% — это метановый аспект. В-третьих, каждый грамм СО так или иначе переходит в Сф. Это аспект двуокиси углерода. Комбинация трех аспектов ведет к тому, что ПГП угарного газа в 2,2 раза выше, чем для двуокиси углерода. Эти факты свидетельствуют о том, что развитие мер по контролю выбросов СО имеет большее значение для сдерживания процесса глобального потепления, чем снижение выбросов двуокиси углерода. Общий вклад угарного газа в парниковый эффект оценивается в 20-40%. На долю метана (СН^ приходится 15-20% имеющегося усиления парникового эффекта. Теплозадерживающая способность метана в 20-30 раз выше, чем у углекислого газа, а его концентрация в атмосфере ежегодно увеличивается на 1 %. По способности вызывать глобальное потепление метан за 20 лет в 63 раза превосходит двуокись углерода. Одна молекула метана в атмосфере приводит к задержке количества тепла в 20-30 раз большего, чем молекула СОг- Появление же молекулы ХФУ приводит к задержке количества тепла в 20 000 раз большего, чем при выделении молекулы СОг-Основным источником дополнительных количеств метана являются сельское хозяйство (главным образом заливные рисовые поля) и возрастающие стада крупного рогатого скота. Свой «вклад» вносят болота и газовые выбросы со свалок мусора, а также утечки при добыче угля и природного газа. На долю закиси азота (NO2) и озона (Од) приходятся оставшиеся 20% усиления парникового эффекта. Концентрация окислов азота выросла на 15 %, в основном за счет более интенсивного ведения сельского хозяйства. Фотохимический смог и озон, образующийся при реакциях между окислами азота и углеводородами, — результат воздействия солнечного света на смесь газов в атмосфере. Тропосферный озон— типичный парниковый газ. Он обеспечивает почти 8%-ный вклад в процесс глобального потепления. Но время жизни озона намного короче, чем остальных парниковых газов (часы, максимум дни по сравнению с десятилетиями и даже веками для некоторых парниковых газов), и снижение его концентрации даст только краткосрочный эффект в преодолении последствий глобального потепления в ближайшее время. Средневзвешенная оценка роли основных парниковых газов (без паров воды), базирующаяся на их концентрациях в атмосфере в середине 80-х гг. XX в. и на их относительном теплозадерживающем потенциале, дает следующую картину: углекислый газ — 50%, хлорфторуглероды — 20, метан — 16, тропосферный озон — 8, окись азота — 6%. Основную роль в парниковом эффекте играет водяной пар атмосферы — 62%, на втором месте находится углекислый газ — 22%. На остальные парниковые газы приходится лишь 16% от общей величины противоизлучения атмосферы. Сравнив данные об увеличении концентрации этих газов в атмосфере с данными о количестве их выбросов, связанных с человеческой деятельностью, мы получим, что около 44% СОг, 17% СЩ и 100% ХФУ идет на увеличение концентрации. Количество каждого из этих газов, накапливающихся в атмосфере, может измеряться относительной эффективностью при поглощении инфракрасного излучения, а для удобства оно выражается в виде эквивалента теплового эффекта СОг- Это позволяет произвести непосредственное сравнение различных парниковых газов с долей углекислого газа в увеличении теплового потенциала планеты. В частности, в 1987 г. в результате деятельности человека в атмосферу выделилось примерно 8,5 млрд т углерода в виде углекислого газа, 255 млн т СН4 и 771 500 т ХФУ. При этом в атмосфере появились следующие дополнительные количества этих газов: 3,7 млрд т углерода в виде СОг, 43 млн т СЩ и 771,500 т ХФУ. Если соотнести эти цифры с тепловой эффективностью этих газов и перевести их в обычные единицы, можно прийти к выводу,
что благодаря деятельности человека в атмосфере появилось дополнительное количество газов, эквивалентное 5,9 млрдт углерода. Из них 63% составляет углекислый газ, 14 — метан, и 24% — ХФУ.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Влияние парниковых газов на климат» з дисципліни «Основи природокористування: екологічні, економічні та правові аспекти»
