Механізм парникового і його роль біосферних процесах

Основним джерелом життя та стилю всіх природних процесів Землі є промениста енергія Сонця. Енергія сонячної радіації всіх довжин хвиль, яка надходить на форумі нашу планету в одиницю часу на одиницю виміру площі, перпендикулярній сонячним променям, називається сонячної постійної і як 1,4 кДж/см2. Це лише однієї двухмиллиардная частка енергії, випромінюваної поверхнею Сонця. З загальної кількості сонячної енергії, котра надходить на Землю, атмосфера поглинає -20%. Приблизно 34% енергії, проникаючої вглиб атмосфери і яка доходить до Землі, відбивається хмарами атмосфери, аэрозолями, у ній які перебувають, і найбільш поверхнею Землі. Отже, до земної поверхні доходить -46% сонячної енергії і поглинається нею. Натомість поверхню суші та води випромінює длинноволновую інфрачервону (теплову) радіацію, яка частково іде у космос, а частково залишається у атмосфері, затримуючись які входять у її складу газами і нагріваючи приземные верстви повітря. Ця ізоляція Землі від космічного простору створила сприятливі умови у розвиток живих організмів.

Природа парникового ефекту атмосфер обумовлена їх різної прозорістю в видимому і далекому інфрачервоному діапазонах. На діапазон довжин хвиль 400— 1500 нм (видимий світ і ближній інфрачервоний діапазон) доводиться 75 % енергії сонячного випромінювання, більшість газів не поглинають у цьому діапазоні; рэлеевское розсіювання в гази та розсіювання на атмосферних аерозолях не перешкоджають проникненню випромінювання цих довжин хвиль до глибин атмосфер та досягнення поверхні планет. Сонячний світло поглинається поверхнею планети і її атмосферою (особливо випромінювання у ближчій СФ- і ИК-областях) і розігріває їх. Нагретая поверхню планети і атмосфера випромінюють у далекому інфрачервоному діапазоні: це у разі Землі () 75 % теплового випромінювання посідає діапазон 7,8—28 мкм, для Венери — 3,3—12 мкм.

Атмосфера, яка містить гази, які поглинають у цій галузі спектра (т. зв. парникові гази — H2O, CO2, CH4 тощо., істотно непрозора для такого випромінювання, спрямованого від її поверхні в космічний простір, тобто має у ИК-диапазоне велику оптичну товщину. Внаслідок такої непрозорості атмосфера стає хорошим теплоизолятором, що, своєю чергою, призводить до того, що переизлучение поглощённой сонячної енергії в космічний простір відбувається у верхніх холодних шарах атмосфери. Через війну ефективна температура Землі як випромінювача виявляється дешевше, ніж температура її поверхні.

Отже задерживаемое яке від земної поверхні теплове випромінювання (подібно плівці над парником), одержало образне назва парниковий ефект. Гази, затримуючі теплове випромінювання і що перешкоджають відтоку тепла в космічний простір, називають парниковими газами. Завдяки парниковому ефекту середньорічна температура у Землі за останнє тисячоліття становить приблизно 15 °С. Без парникового ефекту ця температура опустилася до -18°С і існування життя Землі став би неможливим. Основним парниковим газом атмосфери є водяну пару, затримуючий 60% теплового випромінювання Землі. Зміст водяної пари у атмосфері визначається планетарним круговоротом води та (при сильних широтних і висотних коливаннях) практично постійно. Приблизно 40% теплового випромінювання Землі затримується іншими парниковими газами, зокрема більш 20% -вуглекислим газом. Основні природні джерела СО2 у атмосфері - виверження вулканів та природні лісові пожежі. Якось на зорі геобиохимической еволюції Землі вуглекислий газ надходив у Світовий океан через підводні вулкани, насичував його й виділявся у повітря. До цього часу немає точних оцінок кількості СО2 у атмосфері на ранніх етапах його розвитку. За результатами аналізу базальтових порід підводних хребтів в Тихому і Атлантичному океанах американський геохімік Д.Марэ дійшов висновку, що відсотковий вміст СО2 у атмосфері у мільярд років її існування був у тисячу разів більше, ніж у час, - близько 39%. Тоді температура повітря на приземному прошарку досягала майже 100°С, а температура води у світовому океані наближалася до точки кипіння ("сверхпарниковый" ефект). З появою фотосинтезируюших організмів і хімічних процесів зв'язування вуглекислого газу став діяти потужний механізм вилучення СО2 з атмосфери і океану в осадові породи. Парниковий ефект став поступово зменшуватися, доки настало ту рівновагу в біосфері, що було на початок епохи індустріалізації і якого відповідає мінімальне зміст вуглекислого газу атмосфері - 0,03%. За відсутності антропогенних викидів вуглецевий цикл наземної і водної біоти, гідросфери, літосфери і атмосфери був у рівновазі. Вступ до атмосферу діоксиду вуглецю з допомогою вулканічної діяльності становить 175 млн тонн на рік. Осаждение як карбонатів пов'язує близько 100 млн т. Великий океанічний резерв вуглецю - він у 80 разів перевищує атмосферне. Втричі більше, ніж у атмосфері, вуглецю концентрується в біоті, причому зі збільшенням СО2 зростає продуктивність наземної рослинності.

Дата добавления: 2017-01-14