Введение

Когда несколько десятилетий назад  ученые всерьез заговорили о проявление на нашей планете парникового  эффекта – их заявления были восприняты всерьез разве что узким кругом таких же ученых. События же последних  лет: неслыханная жара в Северной Америке и на Европейском континенте, вызвавшая резкое ухудшение здоровья даже у здоровых людей, многочисленные инфаркты и тепловые удары, выгорания посевов от засух и многочисленные наводнения, ураганы и штормы – не на словах, а на деле убедили нас в обратном. Эта печальная реальность – уже не прогнозы, а сводки новостей…

Средняя температура на нашей планете + 15 градусов, такой она поддерживается за счет парникового эффекта. Именно благодаря ему и создались условия для возникновения жизни на Земле (без этого явления температура была бы -15). Как известно, поглощение инфракрасных лучей в атмосфере происходит за счет углекислого газа, в результате чего – выделяется тепло и создается комфортная для животного и растительного мира среда обитания. А значит, чем больше углекислого газа – тем больше тепла. С каждым новым шагом техногенного развития цивилизации, человечество стремительно разрушает гармонию, созданную природой, используя для этого два надежных способа: увеличение мощности производства и массовое уничтожение лесов. По данным ООН, через тридцать лет это приведет к повышению общего температурного фона планеты – на 3 градуса. Казалось бы – немного. Казалось бы – нас это не еще не коснется… Еще – или уже? 30 лет – это всего лишь треть жизни человека… Пока еще – треть…

Стоит ли быть оптимистами, или мы здесь  больше похожи на страуса, прячущего голову в песок? Если существующая тенденция продлиться, то уже в 2050 году количество углекислого газа в атмосфере планеты увеличится в 2 раза. Для пиковых температур рост составит от 4,5 до 5,5 градуса. Это вызовет таяние ледников в горах, что, в свою очередь, повысит уровень мирового океана на полтора метра! Как следствие – увеличится подверженность прибрежных зон катастрофам и штормам, изменится циркуляцию осадков (по данным ученых, они могут сократиться до 40%!), что вызовет катастрофические потери урожайности и миграции населения вглубь материка… Все это уже не прогнозы, а реальность недалекого будущего. Полностью остановить процесс глобального потепления уже невозможно – уж слишком далеко зашло человечество! Сейчас даже те, кто не хотел об этом слышать, вынуждены идти на уступки своему родному дому – планете Земле. Правительства промышленных стран ежегодно пересматривают свои возможности и подписывают соглашения о сокращении выбросов в атмосферу. Хорошим примером служит Япония, которая в 2010 году реализовала правительственную программу для граждан по покупке экологически чистых электромобилей.

Однако  не все внушает радость. Факт для  размышления: в холодильниках и  кондиционерах, которые уже стоят  в наших домах, накоплено такое  количество хлорфторуглеродов, что даже если бы можно было вдруг полностью остановить все производство – то вредоносных выделений нам хватит еще на долгое время, и мы практически не почувствовали бы эффекта! 

История исследований

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 количество проходящих через стекло тепловых лучей достаточно для установления теплового равновесия.

Фурье постулировал, что оптические свойства атмосферы Земли аналогичны оптическим свойствам стекла, то есть её прозрачность в инфракрасном диапазоне ниже, чем  прозрачность в диапазоне оптическом, однако количественные данные по поглощению атмосферы в инфракрасном диапазоне долгое время являлись предметом дискуссий.

В 1896 году Сванте Аррениус, шведский физико-химик, для количественного определения поглощении атмосферой Земли теплового излучения проанализировал данные Сэмюэла Лэнгли о болометрической светимости Луны в инфракрасном диапазоне. Аррениус сравнил данные, полученные Лэнгли при разных высотах Луны над горизонтом (т.е. при различных величинах пути излучения Луны через атмосферу), с расчетным спектром ее теплового излучения и рассчитал как коэффициенты поглощения инфракрасного излучения водяным паром и углекислым газом в атмосфере, так и изменения температуры Земли при вариациях концентрации углекислого газа. Аррениус также выдвинул гипотезу, что снижение концентрации в атмосфере углекислого газа может являться одной из причин возникновения ледниковых периодов.

 

 

1. Сущность парникового  эффекта

Что, же происходит с климатом Земли?

Человеческая  деятельность может привести к нагреву  земного шара сверх

придельно допустимых возможностей.

Есть противоположенные  мнения, что климат Земли изменяется, наоборот, в

сторону похолодания. И, вообще, в последние годы метеорологи  разных стран

приходят к  выводу, что во всеобъемлющей системе  погоды на земном шаре что-то

растроилось. По их мнению, климат на земле начинает меняться не в лучшую

сторону. Некоторые  метеорологи считают, что приближается всеобщая стихийная

катастрофа, которую  будет трудно предотвратить. Чего опасаться  нам: засухи,

не- урожая, голода или, наоборот, расчитывать на постепенное улучшение погоды

и возвращение  к климатическим условиям первой половины 20-ого века,

считающимся наилучшими в мировой истории.

Большинство ученых сходятся во мнении, что атмосфера тем не менее скорее не

охлаждается, а  нагревается.    Причиной тому – грандиозные изменения,

произведенные человеком. Сейчас, как утверждают метеорологи, человеческая

деятельность  становится все более важным фактором, влияющим на климатический

баланс Земли. Причиной тому могут служить разные факторы, однако, многие

ученые связывают  это с парниковым эффектом.

ПАРНИКОВЫЙ ЭФФЕКТ.

Многолетние наблюдения показывают, что в результате хозяйственной

деятельности  изменяется газовый состав и запыленность нижних слоев атмосферы.

С распаханных  земель во время пыльных бурь поднимаются  в воздух миллионы тонн

частиц почвы. При разработке полезных ископаемых, при производстве цемента,

при внесении удобрений  и трении автомобильных шин о  дорогу, при сжигании

топлива и выбросе отходов промышленных производств в атмосферу попадает

большое количество взвешенных частиц разнообразных газов. Определения состава

воздуха показывают, что сейчас в атмосфере Земли  углекислого газа стало на

25% больше, чем  200 лет назад. Это , безусловно, результат хозяйственной

деятельности  человека, а также вырубки лесов, зеленые листья которых

поглощают углекислый газ.

С повышением концентрации углекислого газа в воздухе связан парниковый

эффект, который  проявляется в нагреве внутренних слоев атмосферы Земли. Это

происходит потому, что атмосфера пропускает основную часть излучения Солнца.

Часть лучей  поглощается и нагревает земную поверхность, а от нее нагревается

атмосфера. Другая часть лучей отражается от поверхности  Планеты и это

излучение поглощается  молекулами углекислого газа, что  способствует повышению

средней температуры  Планеты.

Действие парникового  эффекта анaлогично действию стекла в оранжерее или

парнике ( от этого возникло название " парниковый эффект").

ПАРНИКОВЫЕ ГАЗЫ.

Рассмотрим, что  происходит с телами в стеклянной оранжерее. Излучение высокой

энергии проникает  в оранжерею через стекло. Оно  поглощается телами внутри

оранжереи. Затем  они сами испускают излучение  более низкой энергии,

поглощаемое стеклом. Стекло посылает часть этой энергии обратно, снабжая

объекты внутри дополнительным теплом. Точно таким  же образом земная

поверхность получает дополнительное тепло по мере того, как "парниковые" газы

поглощают, а  затем выделяют излучение более  низкой энергии.

Газы, вызывающие своей повышенной концентрацией  парниковый эффект, называют

парниковыми газами. В основном это углекислый газ  и водяной пар, но

существуют и  другие газы, поглощающие энергию, исходящую  от Земли. Например,

хлорфтор содержащие углеводородные газы, например, фреоны или хладоны.

Концентрация  этих газов в атмосфере также  увеличивается.

ПРИРОДНЫЙ ГАЗ.

Природный газ, используемый в энергетике, относится  к невозобновляемым

энергетическим  ресурсам, в то же время это наиболее экологически чистый вид

традиционного энергетического топлива. Природный  газ на 98% состоит из

метана,

остальные 2% приходятся на этан, пропан, бутан и некоторые  другие вещества.

При сжигании газа единственным действительно опасным  загрязнителем атмосферы

является смесь  оксидов азота.

На тепловых электростанциях и в отопительных котельных, использующих,

природный газ, выбросов углекислого газа, способствующего  парниковому

эффекту, вдвое  меньше, чем на угольных энергетических установках,

вырабатывающих тоже количество энергии.

Применение сжиженного и сжатого природного газа на автомобильном  транспорте

дает возможность  значительно снизить загрязнение  среды обитания и улучшить

качество воздуха  в городах, то есть "затормозить" парниковый эффект. По

сравнению с  нефтью, природный газ не дает такого загрязнения среды в процессе

добычи и транспортировки  к месту потребления.

Запасы природного газа в мире достигают 70 триллионов кубических метров. При

сохранении нынешних объемов добычи их хватит более, чем на 100 лет. Газовые

месторождения встречаются как отдельно, так  и в соединении с нефтью, водой, а

также в твердом  состоянии (так называемые газогидратные  скопления).

Большинство месторождений  природного газа располагаются в труднодоступных и

экологически  ранимых районах Заполярной тундры.

Хотя природный  газ и не вызывает парниковый эффект, его можно отнести к

"парниковым" газам, так как при его использовании  выделяется углекислый газ,

способствующий парниковому эффекту.

УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ.

Углекислый газ - диоксид углерода, постоянно образуется в природе при

окислении органических веществ: гниении растительных и животных остатков,

дыхании, сжигании топлива. Парниковый эффект происходит из-за нарушения

человеком круговорота  углекислого газа в природе. Промышленность сжигает

огромное количество топлива- нефти, угля, газа. Все эти вещества состоят в