Введение

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.

Накопление углекислого газа в атмосфере - одна из основных причин парникового эффекта. Углекислый газ действует в атмосфере, как стекло в оранжерее: он пропускает солнечную радиацию и не пропускает обратно в космос инфракрасное (тепловое) излучение Земли. Содержание парниковых газов - СО2, метана и др. - неуклонно увеличивается. Двуокись углерода в атмосфере действует как мощный поглотитель земного излучения, которое в противном случае рассеивалось бы в космическом пространстве. Поглощая и вновь отдавая эту энергию излучения, двуокись углерода делает атмосферу теплее, чем она была бы в противном случае.

Фотосинтез способствует уменьшению двуокиси углерода. Растения усваивают из воздуха СО2 и строят из нее свою биомассу. Вся растительность суши усваивает из атмосферы около 20-30 млрд. т. углерода в форме его двуокиси. Один квадратный метр тропического леса извлекает из воздуха 1-2 кг углерода. Около 40 млрд. т. углерода усваивают в год микроскопические водоросли, плавающие в океане.

Однако растительность Земли не способна справиться с всё увеличивающимся загрязнением атмосферы, что приводит к изменению климата. По сравнению с доиндустриальной эпохой содержание двуокиси углерода в атмосфере увеличилось на 28%. Если не принять меры, чтобы сократить выбросы, то к середине ХХI века средняя глобальная температура приземной атмосферы повысится на 1,5 - 4,5 0С.

Это приведет к перераспределению осадков, увеличению числа засух, изменится режим речного стока. Растает верхний слой вечной мерзлоты, которая занимает в России около 10 млн. км2.уровень Мирового океана может подняться к 2030 году на 20 см., что приведет к затоплению прибрежных территорий.

Причины возникновения парникового эффекта

Еще в 1827 году французский физик Жозеф Фурье предположил, что атмосфера земли выполняет функцию своего рода стекла в теплице: воздух пропускает солнечное тепло, не давая ему при этом испариться обратно в космос. И он был прав. Этот эффект достигается благодаря некоторым атмосферным газам второстепенного значения, каковыми являются, например, водяные испарения и углекислый газ. Они пропускают видимый и «ближний» инфракрасный свет, излучаемый солнцем, но поглощают «далекое» инфракрасное излучение, имеющее более низкую частоту и образующееся при нагревании земной поверхности солнечными лучами. Если бы этого не происходило, Земля была бы примерно на 30 градусов холоднее, чем сейчас, и жизнь бы на ней практически замерла.

Исходя из того, что «естественный» парниковый эффект - это устоявшийся, сбалансированный процесс, вполне логично предположить, что увеличение концентрации «парниковых» газов в атмосфере должно привести к усилению парникового эффекта, который в свою очередь приведет к глобальному потеплению климата. Количество СО2 (углекислоты) 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 хлорсодержащих веществ. Несмотря на то, что они производятся в меньших объемах, некоторые из этих газов куда более опасны с точки зрения глобального потепления, чем углекислый газ.

Сегодня уже мало кто из ученых, занимающихся этой проблемой, оспаривает тот факт, что деятельность человека приводит к повышению концентрации парниковых газов в атмосфере. По мнению Межправительственной комиссии по изменению климата, «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. Дело в том, что 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 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. Однако среди них нет согласия в том, что именно вызвало это явление. Трудно с уверенностью сказать, происходит глобальное потепление или нет, так как наблюдаемый рост температуры все еще находится в пределах естественных температурных колебаний.

Неопределенность в вопросе глобального потепления порождает скепсис по поводу грозящей опасности. Проблема заключается в том, что когда гипотеза об антропогенных факторах глобального потепления подтвердится, уже поздно будет что-либо предпринимать.

Парниковый эффект – это задержка атмосферой Земли теплового излучения планеты. Парниковый эффект наблюдал любой из нас: в теплицах или парниках температура всегда выше, чем снаружи. То же самое наблюдается и в масштабах Земного шара: солнечная энергия, проходя через атмосферу нагревает поверхность Земли, но излучаемая Землей тепловая энергии не может улетучиться обратно в космос, так как атмосфера Земли задерживает ее, действуя наподобие полиэтилена в парнике: она пропускает короткие световые волны от Солнца к Земле и задерживает длинные тепловые (или инфракрасные) волны, излучаемые поверхностью Земли. Возникает эффект парника. Парниковый эффект возникает из-за наличия в атмосфере Земли газов, которые обладают способностью задерживать длинные волны. Они получили название «парниковых» или «тепличных» газов.

Парниковые газы присутствовали в атмосфере в небольших количествах (около 0,1%) с момента ее образования. Этого количества было достаточно, чтобы поддерживать за счет парникового эффекта тепловой баланс Земли на уровне, пригодном для жизни. Это так называемый естественный парниковый эффект, не будь его средняя температура поверхности Земли была бы на 30°С меньше, т.е. не +15° С, как сейчас, а -18° С.

Естественный парниковый эффект ничем не грозит ни Земле, ни человечеству, поскольку общее количество парниковых газов поддерживалось на одном уровне за счет круговорота природы, более того, ему мы обязаны жизнью.

Но увеличение в атмосфере концентрации парниковых газов приводит к усилению парникового эффекта и нарушению теплового баланса Земли. Именно это и произошло в последние два столетия развития цивилизации. Угольные электростанции, автомобильные выхлопы, заводские трубы и другие созданные человечеством источники загрязнения выбрасывают в атмосферу около 22 миллиардов тонн парниковых газов в год.

Какие газы называют «парниковыми»?

К наиболее известным и распространенным парниковым газам относятся водяной пар (Н 2 О), углекислый газ (CO 2), метан (СН 4) и веселящий газ или закись азота (N 2 O). Это парниковые газы прямого действия. Большая часть их образуется образуются в процессе сжигания органического топлива.

Кроме того, есть еще две группы парниковых газов прямого действия, это галоуглероды и гексафторид серы (SF6). Их выбросы в атмосферу связанны с современными технологиями и промышленными процессами (электроника и холодильное оборудование). Их количество в атмосфере совсем ничтожно, но они их влияние на парниковый эффект (т.н. потенциал глобального потепления/ПГП), в десятки тысяч раз сильнее, чем CO 2 .

Водяной пар - основной парниковый газ, ответственный более, чем за 60% естественного парникового эффекта. Антропогенное увеличение его концентрации в атмосфере пока не отмечалось. Однако увеличение температуры Земли, вызванное другими факторами, усиливает испарение воды океана, что, может привести к росту концентрации водяного пара в атмосфере и – к усилению парникового эффекта. С другой стороны, облака в атмосфере отражают прямой солнечный свет, что уменьшает поступление энергии на Землю и, соответственно, снижает парниковый эффект.

Углекислый газ – наиболее известный из парниковых газов. Естественными источниками СО 2 являются вулканические выбросы, жизнедеятельность организмов. Антропогенными источниками являются сжигание органического топлива(включая лесные пожары), а также целый ряд промышленных процессов (например, производство цемента, стекла). Углекислый газ, по мнению большинства исследователей, несет основную ответственность за глобальное потепление, вызванное «парниковым эффектом». Концентрация CO 2 за два века индустриализации выросла более, чем на 30% и коррелируется с изменением среднемировой температуры.

Метан - второй по значимости парниковый газ. Выделяется из-за утечки на разработке месторождений каменного угляиприродного газа, из трубопроводов, при горениибиомассы, на свалках (как составная часть биогаза), а также в сельском хозяйстве (скотоводство,рисоводство) и т.п. Животноводство, применение удобрений, сжигание угля и другие источники дают около 250 миллионов тонн метана в год. Количество метана в атмосфере невелико, но его парниковый эффект или потенциал глобального потепления (ПГП) в 21 раз сильнее, чем у СO 2 .

Закись азота –третий по значимости парниковый газ: его воздействие в 310 раз сильнее, чем у СO 2, но содержится в атмосфере он в очень небольших количествах. В атмосферу попадает в результате жизнедеятельности растений и животных, а также при производстве и применении минеральных удобрений, работе предприятий химической промышленности.

Галоуглероды (гидрофторуглероды и перфторуглероды) - газы, созданные для замены озоноразрушающих веществ. Используются в основном в холодильном оборудовании. Имеют исключительно высокие коэффициенты влияния на парниковый эффект: в 140-11700 раз выше, чем у СО 2 .Их эмиссии (выделение в окружающую среду) невелики, но быстро возрастают.

Гексафторид серы – его поступление в атмосферу связано с электроникой и производством изоляционных материалов. Пока оно невелико, но объем постоянно возрастает. Потенциал глобального потепления равен 23900 ед.

Парниковый эффект – это повышение температуры поверхности земли по причине нагрева нижних слоев атмосферы скоплением парниковых газов. В результате температура воздуха больше, чем должна быть, а это приводит к таким необратимым последствиям, как климатические изменения и глобальное потепление . Несколько веков назад этаэкологическая проблема существовала, но не была такой явной. С развитием технологий с каждым годом увеличивается количество источников, которые обеспечивают парниковый эффект в атмосфере.

Причины парникового эффекта

использование горючих полезных ископаемых в промышленности – угля, нефти, природного газа, при сжигании которых в атмосферу выделяется огромное количество углекислого газа и других вредных соединений;

транспорт – легковые и грузовые автомобили выделяют выхлопные газы, которые также загрязняют воздух и усиливают парниковый эффект;

вырубка лесов, которые поглощают углекислый газ и выделяют кислород, а с уничтожением каждого дерева на планете увеличивается количество СО2 в воздухе;

лесные пожары – еще один источник уничтожения растений на планете;

увеличение населения влияет на возрастание спроса продуктов питания, одежды, жилища, и чтобы это обеспечить, растет промышленное производство, которое все интенсивнее загрязняет воздух парниковыми газами;

агрохимия и удобрения содержат различное количество соединений, в результате испарения которых выделяется азот – один из парниковых газов;

разложение и горение мусора на полигонах способствуют увеличению парниковых газов.

Влияние парникового эффекта на климат

Рассматривая результаты парникового эффекта, можно определить, что основной из них – это климатические изменения. Поскольку ежегодно возрастает температура воздуха, воды морей и океанов интенсивнее испаряются. Некоторые ученые прогнозируют, что через 200 лет станет заметным такое явление, как «высыхание» океанов, а именно значительное понижение уровня воды. Это одна сторона проблемы. Другая же заключается в том, что повышение температуры приводит к таянию ледников, что способствует повышению уровня вод Мирового океана, и приводит к затоплению берегов континентов и островов. Увеличение количества потопов и затопления прибережных районов свидетельствует о том, что уровень океанических вод с каждым годом увеличивается.

Повышение температуры воздуха приводит к тому, что территории, которые мало увлажняются атмосферными осадками, становятся засушливыми и непригодными для жизни. Здесь гибнут урожаи, что приводит к продовольственному кризису населения данной местности. Также животным не находится пропитания, поскольку из-за недостатка воды вымирают растения.

В первую очередь нужно прекратить вырубку лесов, сажать новые деревья и кустарники, поскольку они поглощают углекислый газ и вырабатывают кислород. Используя электромобили, сократится количество выхлопных газов. Кроме того, можно с машин пересаживаться на велосипеды, что удобней, дешевле и безопасней для экологии. Также ведутся разработки альтернативного топлива, которое, к сожалению, медленными темпами внедряется в нашу повседневную жизнь.

19. Озоновый слой: значение, состав, возможные причины его разрушения, принимаемые меры защиты.

Озоновый слой Земли – это область атмосферы Земли, в которой образуется озон – газ, защищающий нашу планету от губительного воздействия ультрафиолетового излучения.

Разрушение и истощение озонового слоя Земли.

Озоновый слой, несмотря на огромное значение для всего живого, является очень хрупкой преградой на пути ультрафиолетовых лучей. Его целостность зависит от ряда условий, но природа все-таки пришла к равновесию в этом вопросе, и многие миллионы лет озоновый слой Земли благополучно справлялся с возложенной на него миссией. Процессы образования и разрушения озонового слоя были строго сбалансированы, пока на планете не появился человек и в своем развитии не достиг нынешнего технического уровня.

В 70-х гг. двадцатого столетия было доказано, что многие вещества, активно используемые человеком в хозяйственной деятельности, могут существенно снизить уровень озона в атмосфере Земли .

К веществам, разрушающим озоновый слой Земли, относятся фторхлоруглероды - фреоны (газы, используемые в аэрозолях и холодильниках, состоящие из атомов хлора, фтора и углерода), продукты сгорания при полетах высотной авиации и запусках ракет, т.е. вещества, молекулы которых содержат хлор или бром.

Эти вещества, выпущенные в атмосферу у поверхности Земли, за 10-20 лет достигают верхней границы озонового слоя . Там под воздействием ультрафиолетового излучения они распадаются, образуя хлор и бром, которые, в свою очередь, взаимодействуя со стратосферным озоном, существенно уменьшают его количество.

Причины разрушения и истощения озонового слоя Земли.

Рассмотрим еще раз более подробно причины разрушения озонового слоя Земли. При этом естественный распад молекул озона мы рассматирвать не будем.Сосредоточимся на хозяйственной деятельности человека.

Говоря о парниковом эффекте, сразу представляется большая теплица, ласковые лучики солнца, проникающие сквозь стекло, ярко-зеленые грядки и достаточно высокая температура внутри, когда на улице еще правит зима

Говоря о парниковом эффекте, сразу представляется большая теплица, ласковые лучики солнца, проникающие сквозь стекло, ярко-зеленые грядки и достаточно высокая температура внутри, когда на улице еще правит зима. Да, это действительно так, наиболее наглядно этот процесс можно сравнить с тем, что происходит в парнике. Только в роли стекла представлены парниковые газы, которых много в атмосфере, они пропускают и удерживают тепло в нижних воздушных слоях, обеспечивая рост растений и жизнь людей. Сегодня, все чаще, парниковый эффект называют экологическим термином, ставшим катастрофой. Таким образом, природа взывает о помощи, а если ничего не предпринимать, у человечества останется всего 300 лет до неизбежного конца света. Важно понимать, что парниковый эффект на Земле был всегда, без него невозможно нормальное существование живых организмов и растений, да и комфортным климатом мы обязаны именно ему. Проблема в том, что пагубная деятельность человека приняла такие масштабы, которые уже не могут проходить без следа, затрагивая глобальные, необратимые изменения в экологии. А чтобы выжить, населению нашей Планеты нужна такая же глобальная солидарность в решении этого серьезного вопроса.

Сущность парникового эффекта, его причины и последствия

Жизнедеятельность человечества, сжигание миллионов тонн топлива, усиленное потребление энергии, увеличение автопарка, значительный рост количества отходов, объемов производств и так далее, ведет к усилению концентрации парниковых газов в земной атмосфере. Статистика показывает, что за последние двести лет в воздухе углекислого газа стало на 25% больше, за всю геологическую историю такого еще не было. Таким образом, над Землей образуется своеобразный газовый колпак, который задерживает обратное тепловое излучение, возвращая его обратно и приводя к климатическому дисбалансу. С ростом средней температуры у поверхности Земли, возрастает и количество осадков. Вспомните, что на стекле в оранжерее или парнике всегда выступает конденсат, в естественной природе это происходит аналогично. Точно вычислить все губительные последствия этого невозможно, но ясно одно, человек затеял опасную игру с природой, нужно срочно одуматься, чтобы предотвратить экологическую катастрофу.

К причинам, вызывающим обострение парникового эффекта в атмосфере, относят:
- хозяйственную деятельность, которая меняет газовый состав и вызывает запыленность нижних воздушных слоев Земли;
- сжигание углеродосодержащих видов топлива, уголь, нефть и газ;
- выхлопные газы автомобильных двигателей;
- функционирование теплоэлектростанций;
- сельское хозяйство, связанное с излишним гниением и переизбытком удобрений, значительным приростом поголовья скота;
- добычу природных ископаемых;
- выброс отходов быта и промышленных производств;
- вырубку лесов.

Удивительно, но факт, что воздух уже перестал быть возобновляемым природным ресурсом, каковым оставался до начала интенсивной человеческой деятельности.

Последствия парникового эффекта

Самым опасным последствием парникового эффекта считается глобальное потепление, которое ведет к нарушению теплового баланса на Планете в целом. Уже сегодня каждый из нас ощутил среднее увеличение температуры на себе, феноменальная жара в летние месяцы и внезапные оттепели в середине зимы, это пугающий феномен, как следствие глобального загрязнения атмосферы. А засухи, кислотные дожди, суховеи, смерчи, ураганы и другие стихийные катаклизмы, в наши дни стали страшной нормой жизни. Данные ученых свидетельствуют о далеко не утешающих прогнозах, каждый год температура возрастает почти на один градус, а то и больше. В связи с этим усиливаются тропические ливни, растут границы засушливых территорий и пустынь, начинается бурное таяние ледников, исчезают площади вечной мерзлоты и значительно сокращаются территории тайги. А это значит, что резко снизятся урожаи, обжитые площади затопятся водой, многие животные не смогут приспособиться к быстро меняющимся условиям, поднимется уровень Мирового океана и изменится общий водно-солевой баланс. Страшно, но нынешнее поколение может оказаться свидетелями самого быстрого потепления на Планете Земля. Но, как показывает мировая практика, для некоторых уголков глобальное потепление несет и положительный эффект, давая возможность развиваться сельскому хозяйству и скотоводству, эта ничтожная польза теряется на фоне массового отрицательного воздействия. Вокруг парникового эффекта бушуют дебаты, проводятся исследования и испытания, люди ищут пути снижения его губительного влияния.

Современные способы решения проблемы

Выход из сложившейся ситуации один: изыскать новый вид топлива, либо в корне поменять технологию использования существующих разновидностей топливных ресурсов. Уголь и нефть при сгорании выделяют на 60% больше диоксида углерода, активного парникового газа, чем любое другое топливо для производства единицы энергии.

Что нужно сделать, чтобы убежать от угрозы парникового эффекта:
- сократить потребление ископаемого топлива, особенно угля, нефти и природного газа;
- использовать специальные фильтры и катализаторы для удаления диоксида углерода из всех выбросов в атмосферу;
- повысить энергетический КПД теплоэлектростанций за счет использования скрытых экологичных резервов;
- увеличить использование альтернативных источников энергии, ветра, солнца и так далее;
- прекратить вырубку зеленых насаждений и наладить целенаправленное озеленение;
- остановить всеобщее загрязнение Планеты.

Сейчас идет активное обсуждение таких мер снижения антропогенного воздействия, как регулярное удаление углекислого газа из атмосферы, путем использования высокотехнологичных устройств, сжижать и нагнетать его в воды Мирового океана, тем самым приблизиться к естественной циркуляции. Пути решения проблемы есть, главное, взяться за это всем вместе, населению, правительству и подрастающему поколению, и провести огромную, но такую полезную, работу по очищению матушки-Земли. Пора прекратить потребительское отношение и начать вкладывать силы и время в свое будущее, светлую жизнь следующих поколений, пришло время отдавать природе то, что мы у нее регулярно забираем. Нет, сомнения, что гениальное и предприимчивое человечество справится и с этой, очень сложной и ответственной, задачей.

Механизм парникового эффекта можно описать следующим образом: поверхность Земли, нагреваясь из-за поступающего от Солнца излучения, сама становится источником длинноволнового инфракрасного (теплового) излучения. Часть этого излучения уходит в космос, а часть - отражается некоторыми газами атмосферы и нагревает приземные воздушные слои. Это явление, подобное удержанию тепла под прозрачной пленкой теплиц, получило название парниковый эффект.

Основным источником жизни и всех природных процессов на Земле является лучистая энергия Солнца. Энергия солнечной радиации всех длин волн, поступающая на нашу планету в единицу времени на единицу площади, перпендикулярной солнечным лучам, называется солнечной постоянной и составляет 1,4 кДж/см 2 . Это лишь одна двухмиллиардная доля энергии, излучаемой поверхностью Солнца. Из общего количества солнечной энергии, поступающей на Землю, атмосфера поглощает - 20%. Примерно 34% энергии, проникающей в глубь атмосферы и доходящей до поверхности Земли, отражается облаками атмосферы, аэрозолями, в ней находящимися, и самой поверхностью Земли. Таким образом, до земной поверхности доходит - 46% солнечной энергии и поглощается ею. В свою очередь поверхность суши и воды излучает длинноволновую инфракрасную (тепловую) радиацию, которая частично уходит в космос, а частично остается в атмосфере, задерживаясь входящими в ее состав газами и нагревая приземные слои воздуха. Эта изоляция Земли от космического пространства создала благоприятные условия для развития живых организмов.

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 газы - H 2 O, CO 2 , CH 4 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.

Таким образом, задерживаемое идущее от земной поверхности тепловое излучение (подобно пленке над парником), получило образное название парниковый эффект. Газы, задерживающие тепловое излучение и препятствующие оттоку тепла в космическое пространство, называют парниковыми газами.