Глобальное потепление и парниковый эффект - файл n1.doc

приобрести
Глобальное потепление и парниковый эффект
скачать (375 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc375kb.20.09.2012 10:15скачать

n1.doc

Глобальное потепление


Глоба́льное потепле́ние — процесс постепенного увеличения среднегодовой температуры атмосферы Земли и Мирового океана.

Научное мнение, выраженное Межгосударственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК) ООН, и непосредственно поддержанное национальными академиями наук стран «Большой восьмёрки», заключается в том, что средняя температура по Земле поднялась на 0,7 °C по сравнению со временем начала промышленной революции (со второй половины XVIII века), и что «бо́льшая доля потепления, наблюдавшегося в последние 50 лет, вызвана деятельностью человека», в первую очередь выбросом газов, вызывающих парниковый эффект, таких как углекислый газ (CO2) и метан (CH4).

Оценки, полученные по климатическим моделям, на которые ссылается МГЭИК, говорят, что в XXI веке средняя температура поверхности Земли может повыситься на величину от 1,1 до 6,4 °C. В отдельных регионах температура может немного понизиться. В Европе, если верить многим прогнозам, к 2010 году температура снизится на 1 градус из-за ослабления Гольфстрима, однако после 2010 года температура будет стремительно расти и в Европе, так как процесс похолодания в Европе будет перекрыт общим глобальным потеплением (к середине или концу столетия в Европе станет теплее примерно на 10°C). Как ожидается, потепление и подъём уровня Мирового океана будут продолжаться на протяжении тысячелетий, даже в случае стабилизации уровня парниковых газов в атмосфере. Этот эффект объясняется большой теплоёмкостью океанов.

Помимо повышения уровня Мирового океана повышение глобальной температуры также приведёт к изменениям в количестве и распределении атмосферных осадков. В результате могут участиться природные катаклизмы, такие как наводнения, засухи, ураганы и другие, понизится урожай сельскохозяйственных культур и исчезнут многие биологические виды. Потепление должно, по всей вероятности, увеличивать частоту и масштаб таких явлений.

Некоторые исследователи считают, что глобальное потепление — это миф, некоторые отрицают значительность роли человека в этом процессе (подробнее в разделе Критика теории глобального потепления).

Причины глобального потепления


Существует научный консенсус, что текущее глобальное потепление с высокой вероятностью объясняется деятельностью человека.Климатические системы изменяются как в результате естественных внутренних процессов, так и в ответ на внешние воздействия, как антропогенные, так и неантропогенные, при этом геологические и палеонтологические данные показывают наличие долговременных климатических циклов, которые в четвертичном периоде приняли форму периодических оледенений, причём настоящее время приходится на межледниковье. Причины таких изменений климата остаются неизвестными, однако среди основных внешних воздействий изменения орбиты Земли (циклы Миланковича), солнечной активности (в том числе и изменения солнечной постоянной), вулканические выбросы и парниковый эффект. По данным прямых климатических наблюдений (изменение температур в течение последних двухсот лет) средние температуры на Земле повысились, однако причины такого повышения остаются предметом дискуссий, но одной из наиболее широко обсуждаемых является антропогенный парниковый эффект.Нельзя сказать, что идёт спор между теми, кто «верит» и «не верит» в теорию парникового эффекта. Скорее, оспаривается итоговый эффект увеличения количества парниковых газов в атмосфере Земли, то есть не компенсируется ли потепление в силу парникового эффекта изменениями в распределении водяных паров, облаков, в биосфере или других климатических факторов. Однако наблюдаемое последние 50 лет повышение температуры Земли противоречит теориям о компенсирующей роли перечисленных выше обратных связей.

Выбросы парниковых газов


Парниковый эффект был обнаружен Жозефом Фурье в 1824 году и впервые был количественно исследован Сванте Аррениусом в 1896. Это процесс, при котором поглощение и испускание инфракрасного излучения атмосферными газами вызывает нагрев атмосферы и поверхности планеты.На Земле основными парниковыми газами являются: водяной пар (ответственен за примерно 36-70 % парникового эффекта, без учёта облаков), углекислый газ (CO2) (9-26 %), метан (CH4) (4-9 %) и озон (3-7 %). Атмосферные концентрации CO2 и CH4 увеличились на 31 % и 149 % соответственно по сравнению с началом промышленной революции в середине XVIII века. Такие уровни концентрации достигнуты впервые за последние 650 тысяч лет — период, в отношении которого достоверные данные были получены из образцов полярного льда.Угольные электростанции, автомобильные выхлопы, заводские трубы и другие созданные человечеством источники загрязнения вместе выбрасывают в атмосферу около 22 миллиардов тонн углекислого газа и других парниковых газов в год. Животноводство, применение удобрений, сжигание угля и другие источники дают около 250 миллионов тонн метана в год. Около половины всех парниковых газов, выброшенных человечеством, осталось в атмосфере. Около трёх четвертей всех антропогенных выбросов парниковых газов за последние 20 лет вызваны использованием нефти, природного газа и угля. Бо́льшая часть остального вызвана изменениями ландшафта, в первую очередь вырубкой лесов. В пользу данной теории свидетельствуют и те факты, что наблюдаемое потепление более значимо: 1.зимой, чем летом; 2. ночью, чем днём; 3. в высоких широтах, чем в средних и низких. А также является фактом то, что быстрое нагревание слоёв тропосферы происходит на фоне не очень быстрого охлаждения слоёв стратосферы.

Другие теории

Изменение солнечной активности

Были предложены разнообразные гипотезы, объясняющие изменения температуры Земли соответствующими изменениями солнечной активности.В третьем отчёте МГЭИК утверждается, что солнечная и вулканическая активность может объяснить половину температурных изменений до 1950 года, но их общий эффект после этого был примерно равен нулю. В частности, влияние парникового эффекта с 1750 года, по оценке МГЭИК, в 8 раз выше влияния изменения солнечной активности. Более поздние работы уточняли оценки влияния солнечной активности на потепление после 1950. Тем не менее, выводы остались примерно теми же: «Лучшие оценки вклада солнечной активности в потепление лежат в пределах от 16 % до 36 % вклада парникового эффекта» («Недооценивают ли модели вклад солнечной активности в последние изменения климата», Питер А. Скотт и др., «Journal of Climate», 15 декабря 2003).Однако, существует ряд работ, предполагающих существование механизмов, усиливающих эффект солнечной активности, которые не учитываются в современных моделях, или что важность солнечной активности в сравнении с другими факторами недооценивается. Такие утверждения оспариваются, но являются активным направлением исследований. Выводы, которые будут получены в результате этой дискуссии, могут сыграть ключевую роль в вопросе о том, в какой степени человечество ответственно за изменение климата, и в какой — естественные факторы.

Другие теории


Существует множество других гипотез, в том числе:

Важно отметить, что климат на Земле меняется периодически в зависимости от повторяющихся процессов, происходящих в системе Земля — Солнце — окружающий космос. По современной классификации условно выделяют четыре группы циклов. Сверхдлинные по 150?300 миллионов лет связаны с самыми значительными изменениями экологической обстановки на Земле. Их связывают с ритмами тектоники и вулканизма. Длинные циклы, так же связанные с ритмами вулканической деятельности, тянутся десятки миллионов лет. Короткие — сотни и тысячи лет — обусловлены изменениями параметров земной орбиты. Последняя категория условно называется ультракороткие. Они связаны с ритмами Солнца. Среди них есть цикл 2400 лет, 200, 90, 11 лет. Не исключено, что именно данные ритмы являются определяющими в наблюдаемом потеплении на планете. Человек пока что не в состоянии как-то модифицировать и влиять на эти процессы.

В настоящее время ни одна из этих альтернативных теорий не имеет заметного числа сторонников среди учёных-климатологов.

Почему глобальное потепление иногда приводит к похолоданию


Глобальное потепление вовсе не означает потепление везде и в любое время. Такое потепление происходит только если усреднить температуру по всем географическим локациям и всем сезонам. Так, например, в какой-либо местности может увеличиться средняя температура лета и уменьшиться средняя температура зимы, то есть климат станет более континентальным.

Согласно одной из гипотез, глобальное потепление приведёт к остановке или серьёзному ослаблению Гольфстрима. Это вызовет существенное падение средней температуры в Европе (при этом температура в других регионах повысится, но не обязательно во всех), так как Гольфстрим прогревает континент за счёт переноса тёплой воды из тропиков.

Согласно гипотезе климатологов М.Юинга и У.Донна, в криоэре существует колебательный процесс, в котором оледенение (ледниковый период) порождается потеплением климата, а дегляциация (выход из ледникового периода)- похолоданием. Это связанно с тем, что в Кайнозое, являющемся криоэрой, при оттаивании ледяных полярных шапок увеличивается количество осадков в высоких широтах, что зимой приводит к локальному повышению альбедо. В дальнейшем происходит снижение температуры глубинных районов континентов северного полушария с последующим образованием ледников. При замерзании ледяных полярных шапок ледники в глубинных районах континентов северного полушария, не получая достаточно подпитки в виде осадков, начинают оттаивать.

Реконструкция последствий


Большое значение в реконструкции возможных последствий современных колебаний климата имеет восстановление природных условий предшествующего межледниковья — Микулинского, — имевшего место после окончания Рисского (Днепровского) оледенения. В максимально теплые эпохи Микулинского межледниковья температура была на несколько градусов выше современной (установлено по данным изотопных анализов остатков микроорганизмов и газовых включений в покровных ледниках Антарктиды и Гренландии), границы природных зон были смещены к северу на несколько сотен километров по сравнению с современными. При реконструкции более тёплых периодов современного межледниковья — так называемого Климатического оптимума голоцена, имевшего место от 6 до 5 тыс. лет назад, установлено следующее. Среднегодовая температура была на 2—3 градуса выше современной, уровень Мирового океана был на 5 метров выше современного, и границы природных зон также были расположены севернее современных (их общий план географического распространения примерно совпадал с Микулинским межледниковьем). Из имеющихся данных по палеогеографии логично предположить, что при дальнейшем росте температур географическая оболочка будет трансформироваться аналогичным образом. Это противоречит гипотезам о похолодании севера Европы и Северной Америки и смещении природных зон в этих регионах на юг от их современного положения.

Взаимное влияние изменения климата и экосистем пока плохо изучено. Остаётся неясным, усиливаются или ослабляются эффекты глобального потепления в результате действия природных механизмов. Например, увеличение концентрации углерода приводит к интенсификации фотосинтеза растений, что препятствует росту концентрации. С другой стороны, рост площади засушливых районов снижает переработку углекислого газа.

Прогноз


В докладе рабочей группы межправительственной комиссии по изменению климата (Шанхай, 2001 год) приведено семь моделей изменения климата в XXI веке. Основные выводы, сделанные в докладе, — продолжение глобального потепления, сопровождающегося

К наиболее вероятным изменениям погодных факторов относятся

Как следствие перечисленных изменений можно ожидать усиление ветров и увеличение интенсивности тропических циклонов (общая тенденция к усилению которых отмечена ещё в XX веке), увеличение частоты сильных осадков, заметное расширение районов засух.

Межправительственная комиссия выделила ряд районов, наиболее уязвимых к ожидаемому изменению климата. Это район Сахары, Арктика, мега-дельты Азии, небольшие острова.

К негативным изменениям в Европе относятся увеличение температур и усиление засух на юге (в результате — уменьшение водных ресурсов и уменьшение выработки гидроэлектроэнергии, уменьшение продукции сельского хозяйства, ухудшение условий туризма), сокращение снежного покрова и отступание горных ледников, увеличение риска сильных паводков и катастрофических наводнений на реках; усиление летних осадков в Центральной и Восточной Европе, увеличение частоты лесных пожаров, пожаров на торфяниках, сокращение продуктивности лесов; возрастание неустойчивости грунтов в Северной Европе. В Арктике — катастрофическое уменьшение площади покровного оледенения, сокращение площади морских льдов, усиление эрозии берегов.

Некоторые исследователи (например, П. Шварц и Д. Рэнделл) предлагают пессимистический прогноз, согласно которому уже в первой четверти XXI века возможен резкий скачок климата в непредвиденную сторону, причём следствием может явиться наступление нового ледникового периода продолжительностью в сотни лет.

Предотвращение и адаптация


Широкий консенсус среди учёных-климатологов относительно продолжения роста глобальных температур привёл к тому, что ряд государств, корпораций и отдельный людей пытаются предотвратить глобальное потепление или же приспособиться к нему. Многие экологические организации ратуют за принятие мер против изменения климата, в основном потребителями, но также на муниципальном, региональном и правительственном уровнях. Некоторые также выступают за ограничение мирового производства ископаемых видов топлива, ссылаясь на прямую связь между сжиганием топлива и выбросами CO2.

На сегодняшний день основным мировым соглашением о противодействии глобальному потеплению является Киотский протокол (согласован в 1997, вступил в силу в 2005), дополнение к Рамочной конвенции ООН об изменении климата. Протокол включает более 160 стран мира и покрывает около 55 % общемировых выбросов парниковых газов. Первый этап осуществления протокола закончится в конце 2012 года, международные переговоры о новом соглашении начались в 2007 году на острове Бали (Индонезия) и его окончательное принятие ожидается на конференции ООН в Копенгагене в декабре 2009.

В 1980 году более 100 миллионов тонн CO2 было выброшено в атмосферу в восточной части Северной Америки, Европе, западной части СССР и крупных городах Японии. Выбросы CO2 развитых стран в 1985 году составили 74 % от общего объёма, а доля развивающихся стран составила 24 %. Ученые предполагают, что к 2025-му году доля развивающихся стран в производстве углекислого газа возрастет до 44 %.[16] В последние годы Россия и страны бывшего СССР значительно сократили выбросы в атмосферу CO2 и других тепличных газов. Это прежде всего связано с переменами, происходящими в этих странах, и падением уровня производства. Тем не менее, ученые ожидают, что в начале двадцать первого века Россия достигнет прежних объёмов выброса в атмосферу тепличных газов.

В декабре 1997 года на встрече в Киото (Япония), посвященной глобальному изменению климата, делегатами из более чем ста шестидесяти стран была принята конвенция, обязывающая развитые страны сократить выбросы CO2. Киотский протокол обязывает тридцать восемь индустриально развитых стран сократить к 20082012 годам выбросы CO2 на 5 % от уровня 1990 года:

Протокол предусматривает систему квот на выбросы тепличных газов. Суть его заключается в том, что каждая из стран (пока это относится только к тридцати восьми странам, которые взяли на себя обязательства сократить выбросы), получает разрешение на выброс определенного количества тепличных газов. При этом предполагается, что какие-то страны или компании превысят квоту выбросов. В таких случаях эти страны или компании смогут купить право на дополнительные выбросы у тех стран или компаний, выбросы которых меньше выделенной квоты. Таким образом предполагается, что главная цель — сокращение выбросов тепличных газов в следующие 15 лет на 5 % — будет выполнена.

Существует конфликт и на межгосударственном уровне. Такие развивающиеся страны, как Индия и Китай, вносящие значительный вклад в загрязнение атмосферы тепличными газами, присутствовали на встрече в Киото, но не подписали соглашение. Развивающиеся страны вообще с настороженностью воспринимают экологические инициативы индустриальных государств. Аргументы просты:

Критика теории глобального потепления


Известный британский учёный-натуралист и телеведущий Дэвид Беллами полагает, что самой главной экологической проблемой планеты является уменьшение площади тропических лесов в Южной Америке. По его убеждению, опасность глобального потепления сильно преувеличена, — в то время, как исчезновение лесов, в которых живут две трети всех видов животных и растений планеты, действительно является реальной и серьёзной угрозой для человечества.

Основатель телеканала о погоде Weather Channel, журналист Джон Колман считает «так называемое глобальное потепление величайшим жульничеством в истории». По его словам, «некоторые подлые и трусливые ученые ради защиты окружающей среды и разных политических целей нагло манипулируют долгосрочными наблюдениями за погодой, чтобы создать у людей иллюзию глобального потепления. Никакого стремительного изменения климата не будет. Воздействие человечества на климат Земли ничтожно. Наша планета не находится в опасности. Через одно-два десятилетия несостоятельность теории глобального потепления будет очевидна для всех.»

Датский эколог и экономист Бьорн Ломборг считает, что глобальное потепление имеет не столь угрожающий характер, как это рисуют некоторые специалисты и вторящие им журналисты. «Тема потепления перегрета», — говорит он. Детально взгляды Ломборга изложены в книге «Охладите! Глобальное потепление. Скептическое руководство».

Ряд критиков указывает на то, что в прошлом (например, в эоцене) температура была значительно выше сегодняшней, и жизнь при этом процветала.

Цифры и факты


Карта изменения толщины горных ледников с 1970 года. Утоньшение в оранжевых и красных цветах, утолщение — в синих.
Одним из наиболее наглядных процессов, связанных с глобальным потеплением, является таяние ледников.

Отмечено ускорение процесса деградации вечной мерзлоты.

Потепление климата стало катастрофой для коралловых рифов планеты.

Парниковый эффект


Парнико́вый эффе́кт — повышение температуры нижних слоёв атмосферы планеты по сравнению с эффективной температурой, то есть температурой теплового излучения планеты, наблюдаемого из космоса.

Количественное определение парникового эффекта


Количественно величина парникового эффекта определяется как разница между средней приповерхностной температурой атмосферы планеты и её эффективной температурой . Парниковый эффект существенен для планет с плотными атмосферами, содержащими газы, поглощающие излучение в инфракрасной области спектра, и пропорционален плотности атмосферы. Следствием парникового эффекта является также сглаживание температурных контрастов как между полярными и экваториальными зонами планеты, так и между дневными и ночными температурами (см. таблицу 1, температуры даны в Кельвинах, - средняя максимальная температура (полдень на экваторе), - средняя минимальная температура).

Таблица 1

Планета

Атм. давление у поверхности, атм.
















?T

Венера

90

231

735

504

-

-

-

Земля

1

249

288

39

313

200

113

Луна

0







0

393

113

280

Марс

0,006

210

218

8

300

147

153

Природа парникового эффекта


Рис. 1. Прозрачность атмосферы Земли в видимом и инфракрасном диапазонах (поглощение и рассеивание):
1. Интенсивность солнечной радиации (слева) и инфракрасного излучения поверхности Земли (справа) — даны спектральные интенсивности без учёта и с учётом поглощения
2. Суммарное поглощение и рассеивание в атмосфере в зависимости от длины волны
3. Спектры поглощения различных парниковых газов и рэлеевское рассеяние.

Парниковый эффект атмосфер обусловлен их различной прозрачностью 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 в ближней УФ- и ИК-областях) и разогревает их. Нагретая поверхность планеты и атмосфера излучают в дальнем инфракрасном диапазоне: так, в случае Земли () 75 % теплового излучения приходится на диапазон 7,8—28 мкм, для Венеры () — 3,3—12 мкм.

Атмосфера, содержащая газы, поглощающие в этой области спектра (т. н. парниковые газыH2O, CO2, CH4 и пр. — см. Рис. 1), 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 сведения


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)[1].

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.

Влияние парникового эффекта на климат Земли


Исходя из того, что «естественный» парниковый эффект — это устоявшийся, сбалансированный процесс, увеличение концентрации «парниковых» газов в атмосфере должно привести к усилению парникового эффекта, который в свою очередь приведет к глобальному потеплению климата. Количество CO2 в атмосфере неуклонно растет вот уже более века из-за того, что в качестве источника энергии стали широко применяться различные виды ископаемого топлива (уголь и нефть). Кроме того, как результат человеческой деятельности в атмосферу попадают и другие парниковые газы, например, метан, закись азота и целый ряд хлоросодержащих веществ. Несмотря на то, что они производятся в меньших объёмах, некоторые из этих газов куда более опасны с точки зрения глобального потепления, чем углекислый газ.

Деятельность человека приводит к повышению концентрации парниковых газов в атмосфере. Увеличение концентрации парниковых газов приведет к разогреву нижних слоев атмосферы и поверхности земли. Любое изменение в способности Земли отражать и поглощать тепло, в том числе вызванное увеличением содержания в атмосфере тепличных газов и аэрозолей, приведет к изменению температуры атмосферы и мировых океанов и нарушит устойчивые типы циркуляции и погоды.

Тем не менее, ведутся ожесточенные споры вокруг того, какое конкретно количество этих газов вызовет потепление климата и в какой степени, а также как скоро это произойдет. Даже когда изменение климата действительно происходит, в этом трудно быть стопроцентно уверенным. Мировые средние температуры могут сильно колебаться в пределах нескольких лет и десятилетий — причем по естественным причинам. Проблема в том, что считать средней температурой, и на основании каких критериев судить, действительно ли она изменилась в ту или другую сторону.

В конце восьмидесятых — начале девяностых годов XX века несколько лет подряд среднегодовая глобальная температура была выше обычной. Это вызвало опасения в том, что вызванное человеческой деятельностью глобальное потепление уже началось. Среди ученых существует консенсус, что за последние сто лет среднегодовая глобальная температура поднялась на 0,3 — 0,6 градусов Цельсия. Существует научный конценсус, что жизнедеятельность человека является основным фактором который влияет на текущее повышение температуры на земле[2][3].

Возможно, однако, что существующий скепсис в вопросе глобального потепления порожден корпорациями, которым не выгодно сокращать или адаптировать свое производство. Многие компании содержали "своих" ученых, которые должны были опровергать влияние человека на климат.

Глобальное потепление
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации