Парниковый эффект

С конца XIX века по настоящее время наблюдается тенденция повышения средней глобальной температуры атмосферы. За последние 100 лет она повысилась ≈ 0,6° С. Ведущим фактором глобального потепления считают парниковый эффект.

Лучистая энергия, идущая от Солнца и достигающая Земли, состоит на 48–50 % из видимого света, на 45 % из инфракрасного излучения, на 1–7% из ультрафиолета. Проходя через атмосферу, излучение экспоненциально ослабляется атмосферными газами и пылью. Степень ослабления зависит от длины волны света: УФ-излучение с длиной волны < 0,3 мкм не проходит через озоновый слой, видимый свет равномерно ослабляется, ИК-излучение поглощается в атмосфере не одинаково. “Чистая” атмосфера прозрачна для ИК-излучения, а поглощает его атмосфера, содержащая парниковые газы. Видимый свет достигает поверхности Земли и нагревает её. Энергия, поглощённая Землёй, отдаётся обратно в атмосферу в виде ИК-излучения, часть которого поглощается CO₂ и улавливается атмосферой, часть отражается или переизлучается обратно к Земле. Создаются условия для сохранения тепла в атмосфере. Таким образом, атмосфера пропуская излучение Солнца к Земле, задерживает обратное тепловое (инфракрасное) излучение земной поверхности из-за наличия в атмосфере парниковых газов. Парниковые газы как бы выполняют функцию стеклянного покрытия в обычных садовых парниках. Вклад в прирост парникового эффекта вносят на 49 % диоксид углерода CO₂; 18 % метан CH₄; 14 % фреоны; 6 % – оксид азота N₂O; 13 % – остальные парниковые газы.

По прогнозам Международной конференции ЮНЕП к 2100 г. должно произойти повышение температуры на 1,5–5,8° С. Для приполярных широт повышение температуры может составить 10° С.

Разогрев атмосферы может привести к серьезным экологическим последствиям.

1. Таяние полярных льдов приведёт к повышению уровня Мирового океана к 2050 г. на 100 см, к 2100 г. на 156–345 см и затоплению территорий, где проживает подавляющее большинство населения и сосредоточен основной промышленный потенциал. Будет затоплены такие города, как Лондон, Нью-Йорк, Санкт-Петербург, Амстердам, Токио и др. [16]

2. Из-за изменения перепада температур между зонами полюсов и экватора Земли нарушится естественная циркуляция атмосферы. Ухудшится перенос тепла и влаги, т. е. произойдёт глобальное изменение климата, перераспределение осадков на планете. Ливни затопят тропики, засушливые зоны сдвинутся на север, площадь пустынь увеличится. Серьёзные изменения климата произойдут в Скандинавии, Сибири и на севере Канады.

3. Повышение температуры будет неравномерным: у полюсов больше, чем на экваторе. Повышение температуры в зоне вечной мерзлоты приведёт к изменению несущих свойств грунтов, что поставит под угрозу различные сооружения и коммуникации.

В основном за парниковый эффект отвечает CO₂. Казалось бы, при очень высокой замкнутости биосферного круговорота углерода и огромной буферной ёмкости биосферы и океана по связыванию атмосферного избытка CO₂ это увеличение CO₂ не должно приводить к нарушению равновесия. Но в действительности буферные системы биосферы и океана не справляются с регулированием равновесия потоков CO₂.

Возникает порочный круг самоусиления парникового эффекта (рис.10).

+

+ +

Рис. 10. Схема, поясняющая нарушение биотической регуляции круговорота углерода и самоускорение парникового эффекта [2]

Повышение температуры способствует выделению CO₂ из воды, почвенной влаги, тающих льдов, поскольку растворимость CO₂ в воде заметно снижается с повышением температуры. Кислотные осадки вытесняют CO₂ из карбонатов почвы, вод и грунтов.

В Москве в июне 2004 г. состоялась «Всемирная конференция по климату». На конференции приводились самые противоречивые данные, характеризующие CO₂ как первопричину глобального потепления. Было высказано много аргументов, позволяющих связать повышение температуры с увеличением CO₂, но были и те, которые не укладываются в эту схему. Можно привести некоторые примеры нестыковки.

1. На антарктической станции «Восток» была пробурена скважина глубиной примерно 4 км. Послойно провели анализ льда и на основании полученных данных построили графики изменения температуры Земли и содержания CO₂. За последние 11000 лет потепление и похолодание происходило в среднем каждое тысячелетие. В 4 случаях потеплению предшествовало увеличение CO₂. В остальных случаях было с точностью до наоборот. В начале было потепление, потом увеличение CO₂. Дело в том, что основное хранилище CO₂ – Мировой океан. Повышение его температуры привело к повышению CO₂.

2. 440 млн лет назад содержание CO₂ в атмосфере было в 16 раз больше, чем сейчас, но температура и растительность на экваторе были те же, что сегодня. И при этом шло оледенение полюсов.

Учёные Института промышленной экологии УрО РАН предложили свою версию объяснения несостыковок, считая что парниковые газы: водяной пар, CO₂, N₂O могут взаимодействовать между собой. Поэтому для корректной оценки и прогнозирования величины парникового эффекта это взаимодействие надо учитывать.

Загадка углекислого газа остаётся самой интригующей. Несмотря на рост его выбросов, температура окружающей среды меняется медленнее, чем предсказывали прогнозы. Вероятно, что в атмосфере действует какой-то механизм, конкурирующий с парниковым эффектом и замедляющий рост температуры.

Когда говорят о способности парниковых газов поглощать отражённое излучение, то предполагают, что молекулы газа находятся в свободном состоянии. Атмосферный водяной пар кластеризуется, и количество центров, поглощающих отражённое солнечное излучение, снижается. Водяной пар может соединяться с CO₂ и N₂O: CO₂(H₂O)_n и N₂O(H₂O)_n. С увеличением концентрации парниковых газов увеличивается вероятность абсорбции их кластерами воды. Поэтому повышение CO₂ в атмосфере до определённой концентрации ведёт к антипарниковому эффекту, то есть не к нагреванию, а к охлаждению. С достижением равновесной концентрации CO₂ ситуация меняется и увеличение концентрации молекул CO₂ приводит к парниковому эффекту. В пользу этой гипотезы было приведено очень много доказательств.

Климато-экологическая система чрезвычайно сложна, плохо поддается прогнозированию, поскольку необходимо учитывать огромное число факторов, вносящих вклад в формирование климата на Земле. Многие связи в этой системе уже выявлены, но имеется множество других, обратных связей, остающихся ещё неизученными, поэтому неопределённости в понимании изменения климата в настоящее время ещё остаются.

Дата добавления: 2014-01-04