Влияние парникового эффекта на климат Земли

Содержание.

1. Введение.
2. Природа парникового эффекта.
3. Исторические ведения о парниковом эффекте.
4. Количественное определение парникового эффекта.
5. Влияние парникового эффекта на климат Земли. Угроза потепления.
6. Меры предупреждения парникового эффекта. Киотский протокол.
7. Заключение.
8. Список литературы.

Введение. 

Человечество  является частью биосферы, продуктом  её эволюции. Однако взаимоотношения человека и природы никогда не были безоблачными. С момента изготовления первого примитивного орудия человек уже не довольствуется предметами, созданными природой, а начинает изготавливать, вводить в свой обиход предметы, вещества и т.д., которые находятся за пределами естественного биологического круговорота.

Наиболее  разрушительно из воздействий человека на сообщества – выделение загрязнителей  различного происхождения и химического  состава. Вследствие деятельности человека, в атмосферу поступают углекислый газ, угарный газ, диоксид серы, метан, оксиды азота.  Эти газы изменения в составе атмосферы, в том числе и необратимые. Одним из таких изменений является парниковый эффект, вызванный выбросами метана и углекислого газа.

Проблема  парникового эффекта возникла ещё  в двадцатом веке, когда ученые обнаружили потепление климата на нашей планете. Вот тогда и возник вопрос о природе, причинах, влиянии парникового эффекта и мерах его предупреждения. Этот вопрос является актуальным, так как парниковый эффект оказывает отрицательное влияние на различные отрасли экономики (сельское хозяйство, строительство, энергетика, транспорт и т.д.). Поэтому исследование и изучение данной проблемы студентами специальности Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов является необходимым.

Цель данной исследовательской работы состоит в то, чтобы, исследуя различные литературные источники, выяснить природу парникового эффекта, его влияние на климат Земли и меры борьбы с данным явлением.

Объектом исследования являются различные литературные источники, в которых, так или иначе, освещается данная проблема.

Предмет исследования -  парниковый эффект, его природа и влияние на климат планеты.

Для проведения исследовательской работы был выбран метод анализа материалов по данной проблеме, изложенных в литературных источниках. 

Природа парникового эффекта. 

Парниковый  эффект – это повышение температуры нижних слоёв атмосферы планеты по сравнению с эффективной температурой, то есть температурой теплового излучения планеты, наблюдаемого из космоса.

Чем же обусловлено данное повышение температуры? Это объясняется накоплением  в атмосфере Земли таких газов  как метан и углекислый газ. Данные газы пропускают солнечный свет, но частично задерживают тепловое излучение, испускаемое поверхностью Земли. За последние сто лет концентрация углекислого газа выросла на 25 %, а метана – на 100%. Это сопровождалось глобальным повышением температуры. Так, за 80-е гг. средняя температура  воздуха в северном полушарии  повысилась по сравнению с концом XIX столетия на 0,5-0,6^оС [6].

Парниковый  эффект атмосфер обусловлен различной  прозрачностью газов в видимом  и дальнем инфракрасном диапазонах. На диапазон длин волн 400-1500 нм (видимый свет и ближний инфракрасный диапазон) приходится 75 % энергии солнечного излучения, большинство газов не поглощают в этом диапазоне. Рэлеевское  рассеяние в газах и рассеяние на атмосферных аэрозолях не препятствуют проникновению излучения этих длин волн в глубины атмосфер и достижению поверхности планет. Солнечный свет поглощается поверхностью планеты и её атмосферой (особенно излучение ближней УФ- и ИК-областях) и разогревает их. Нагретая поверхность планеты и атмосфера излучают в дальнем инфракрасном диапазоне: так, в случае Земли (T_s=300 К) 75% теплового излучения приходится на диапазон 7,8-28 мкм, для Венеры (T_s=700К) – 3,3-12 мкм [2] [4].

Атмосфера, содержащая газы, поглощающие в этой области спектра ()парниковые газы - H₂O, CO₂, CH₄ и пр.), существенно непрозрачна для такого излучения, направленного от её поверхности в космическое пространство, то есть имеет в ИК- диапазоне большую оптическую толщину.  Вследствие такой непрозрачности атмосфера становится хорошим теплоизолятором, что, в свою очередь, приводит к тому, что переизлучение поглощённой солнечной энергии в космическое пространство происходит в верхних холодных слоях атмосферы, в результате эффективная температура Земли как излучателя оказывается более низкой, чем температура её поверхности. 
 

Исторические  ведения  о парниковом эффекте.

Идея  о механизме парникового эффекта  была впервые изложена в 1827 году Жозефом Фурье в статье «Записка о температурах земного шара и других планет» », в которой он рассматривал различные механизмы формирования климата Земли, при этом он рассматривал как факторы, влияющие на общий тепловой баланс Земли нагрев солнечным излучением, охлаждение за счёт лучеиспускания, внутреннее тепло Земли), так и факторы, влияющие на теплоперенос и температуры климатических поясов (теплопроводность, атмосферная и океаническая циркуляция).

При рассмотрении влияния атмосферы на радиационный баланс Фурье проанализировал опыт М. де Соссюра с зачернённым изнутри  сосудом, накрытым стеклом. Де Соссюр измерял  разность температур внутри и снаружи  такого сосуда, выставленного на прямой солнечный свет. Фурье объяснил повышение  температуры внутри такого «мини-парника» по сравнению с внешней температурой действием двух факторов: блокированием  конвективного теплопереноса (стекло предотвращает отток нагретого  воздуха изнутри и приток прохладного  снаружи) и различной прозрачностью  стекла в видимом и инфракрасном диапазоне.

Именно  последний фактор и получил в  позднейшей литературе название парникового  эффекта — поглощая видимый свет, поверхность нагревается и испускает  тепловые (инфракрасные) лучи; поскольку  стекло прозрачно для видимого света  и почти непрозрачно для теплового  излучения, то накопление тепла ведёт  к такому росту температуры, при  котором количесвто проходящих через стекло тепловых лучей достаточно для установления теплового равновесия.  Фурье постулировал, что оптические свойства атмосферы Земли аналогичны оптическим свойствам стекла, о есть прозрачность в инфракрасном диапазоне ниже, чем непрозрачность в диапазоне оптическом[2] [3]..

Учёные  ведут исследования о том, каков  был состав атмосферы раньше и  насколько сильно человек влияет на этот состав. Специалист в области физики атмосферы доктор Джозеф Диллоу  произвёл математическую оценку того, какое количество водяного пара могло стабильно находиться над атмосферой, и показал, что это количество эквивалентно почти 12 метровому слою жидкой воды и вызывало дополнительное давление около p=1,18 атмосферы. При попадании в этот пароводяной купол астероида, вызвавшего катастрофу и конденсацию, он выпал в виде мощного дождя. Теория существования в прошлом пароводяного купола над атмосферой Земли имеет массу подтверждений . И сейчас практически общепризнано, что состав атмосферы периодически изменялся. Так 120, 90 и 55 миллионов лет назад содержание метана в земной атмосфере резко увеличилось. Под воздействием свободного кислорода, метан превращается в углекислый газ, который, как известно, весьма способствует парниковому эффекту. Имеются сведения о нахождении останков крокодилов в слоях 90-миллионолетней давности вблизи Ньюфаундленда, в Северной Канаде. В результате  выброса метана 55 млн. лет назад среднегодовая температура на Земле за несколько тысяч лет поднялась на пять-шесть градусов, что способствовало расцвету млекопитающих.

Пароводяная оболочка должна была обеспечивать парниковый эффект, отражая обратно на Землю отражённые Землёй тепловые инфракрасные лучи. И это согласуется с фактами. В результате парникового эффекта в Арктике и Антарктике должен был быть тёплый климат, что подтвердилось следующими находками:

• в тундре Аляске останков львов и верблюдов - теплолюбивых животных , 
• динозавров - теплолюбивых рептилий,
• а также повсеместными залежами каменного угля в Антарктиде  и на острове Шпигберген.

В таком  тёплом климате была обильная растительность: гигантские папортники и пр. Залежи каменного угля на острове Шпицберген,  нефти и угля на крайнем севере России также свидетельствуют об обилии растительности в Арктике в прошлом. 

В Антарктиде были найдены большие окаменевшие  листья тропических растений всего  в 250 милях от Южного полюса. Поскольку современные процессы не способны сформировать ни обильную растительность, ни залежи нефти и угля в Арктике и Антарктиде, то главный принцип современной геологии - униформизм (что якобы все геологическое прошлое Земли вызвано современными процессами) - является в корне ошибочным. Геологическое прошлое Земли описывается катастрофой, которой сегодня нет. Раньше было вовсе не так, как сейчас. Раньше был тропический климат чуть ли не по всей Земле, вызванный парниковым эффектом вследствие пароводяного купола над атмосферой Земли. 

Оценено, что разница в температуре  воздуха между полюсом и экватором  в каменноугольном "периоде" была всего 24^oC, в то время как сегодня она 48^oC. Поскольку геологические страты образовались практически в одно время, то "периоды" правильнее называть слоями - так как все они образовались в один геологический период. И каменноугольный слой представляет собой пиролизованные окаменевшие погребенные деревья, которые росли до катастрофы. По всей видимости, катастрофа и осаждение купола произошли вместе и были вызваны падением астероида. Итак, деревья каменноугольного слоя росли в эпоху купола. Значит, пониженная разница в температуре ~24^oC между полюсом и экватором была именно в эпоху купола и была вызвана именно парниковым эффектом, который, как видим, согласуется с фактами.

Оценим  экранирующую способность 12-метрового  слоя воды купола. Космические лучи поглощаются в воде на 10% в слое 100 грамм/см² , т.е. в 1-метровом слое. Значит, 12-метровый слой жидкой воды (купол) поглощал бы значительную часть фона от космических лучей. А поскольку радиоактивность является причиной старения , то до разрушения купола продолжительность жизни живых организмов должна была быть значительно больше современной.

И этому  есть косвенное подтверждение. Динозавры - рептилии, а, как известно, рептилии, в отличие от млекопитающих, растут на протяжении всей жизни. Поэтому, скорее всего, динозавры вырастали до гигантских размеров за более долгую жизнь. Таким  образом, гигантские размеры динозавров также объясняется теорией пароводяной  оболочки. Если бы современные рептилии - игуаны, вараны, крокодилы и т.п. - жили бы в 10 раз дольше, то они вырастали  бы до размеров в 10 крупнее, то их вполне бы отнесли к динозаврам. Поэтому  большие размеры окаменелых рептилий также свидетельствуют о более долгой жизни в прошлом, когда были купол и сильное магнитное поле , которое тоже экранировало заряженные частицы, из которых состоят космические лучи, которые ведут к старению.

Теория  купола и наличия парникового эффекта в прошлом легко решает проблему вымирания мамонтов. На севере Сибири находят очень много свежезамороженных мамонтов, которые сегодня там не живут. Проблема мамонтов заключается в том, что сейчас на севере Сибири нет того огромного количества пищи, которое необходимо для жизни мамонта - мамонту нужно пищи больше, чем слону. И на севере Сибири такой сильный мороз, что ни мамонты, ни слоны жить там не могут. Обычно температура на севере Сибири зимой –40^oC, а иногда опускается до –60^oC и ниже. При очень коротком лете и малой солнечной радиации там не может вырасти практически ничего пригодного в пищу мамонтам - там мох, лишайник и карликовые растения. К тому же мамонтов находят иногда во рту с цветами, которые сейчас там просто не растут. Итак, поскольку сейчас там не живут мамонты, и для них нет пищи, то раньше там был тёплый климат с обилием пищи для мамонтов.

Теория  пароводяного купола может объяснить  исчезновение динозавров и мамонтов, а для униформистской геохронологии (т.е. без катастроф) это необъяснимо. При падении астероида на Землю, который расколол бывший единый континент, водяной пар над атмосферой Земли конденсировался и выпал в виде мощного ливневого дождя, выпало 12 метров осадков. Этот ливень тоже внёс частичный вклад в те грязевые потоки, которые смывали животных и образовали стратиграфические наслоения. С разрушением купола исчез и парниковый эффект на Земле. Поэтому тогда и началось похолодание, именно с тех пор Арктика и Антарктика покрылись снегами и льдами. Поэтому с северо-сибирскими мамонтами случилось вот что: в эпоху купола в Арктике был тёплый климат, поэтому там была обильная растительность, которой питались мамонты, и затем на них обрушились мощный ливень и арктический холод. В результате этого мамонты были быстро погребены и стали "свежезамороженными", и там образовалась вечная мерзлота. [7].