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.

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.

Усугубившийся по ряду объективных причин парниковый эффект приобрел негативные последствия для экологии на планете. Узнайте подробнее о том, что такое парниковый эффект, каковы причины и пути решения возникших экологических проблем.

Парниковый эффект: причины и последствия

Первое упоминание о природе парникового эффекта появилось в 1827-м в статье ученого-физика Жана Батиста Жозефа Фурье. Его труды были основаны на опыте швейцарца Никола Теодора де Соссюра, который измерил температуру внутри сосуда с затемненным стеклом, когда его поставили под солнечный свет. Ученый выяснил, что температура внутри выше из-за того, что тепловая энергия не может пройти сквозь мутное стекло.

На примере этого опыта Фурье описал, что не вся солнечная энергия, достигающая поверхности Земли, отражается в космос. Парниковый газ удерживает в нижних слоях атмосферы часть тепловой энергии. Он состоит из:

• углекислоты;
• метана;
• озона;
• водяного пара.

Что такое парниковый эффект? Это увеличение температуры нижних атмосферных слоев из-за скопления тепловой энергии, которую удерживают парниковые газы. Атмосфера Земли (ее нижние слои) из-за газов получается достаточно плотной и не пропускает в космос тепловую энергию. В результате поверхность Земли нагревается.

По состоянию на 2005 год среднегодовая температура земной поверхности выросла на 0,74 градуса за последнее столетие. В ближайшие годы ожидается ее стремительное повышение по 0,2 градуса за каждое десятилетие. Это необратимый процесс глобального потепления. Если динамика сохранится, то через 300 лет произойдут непоправимые экологические изменения. Поэтому человечеству грозит вымирание.

Ученые называют такие причины возникновения глобального потепления, как:

• масштабная промышленная деятельность человека. Она ведет к увеличению выброса газов в атмосферу, что изменяет ее состав и приводит к росту запыленности;

• сжигание ископаемого топлива (нефти, угля, газа) на тепловых электростанциях, в двигателях автомобилей. В результате увеличиваются выбросы углекислоты. Кроме того, растет интенсивность энергопотребления - при увеличении населения земного шара на 2% в год потребность в энергии увеличивается на 5%;
• бурное развитие сельского хозяйства. Результат - увеличение выбросов метана в атмосферу (чрезмерная выработка удобрений из органики в результате гниения, выбросы из биогазовых станций, увеличение количества биологических отходов при содержании скота/птицы);
• увеличение количества свалок, из-за чего растут выбросы метана;
• вырубка лесов. Она приводит к замедлению поглощения углекислого газа из атмосферы.

Последствия глобального потепления чудовищны для человечества и жизни на планете в целом. Итак, парниковый эффект и его последствия вызывают цепную реакцию. Убедитесь в этом сами:

1. Самая большая проблема заключается в том, что из-за повышения температуры на поверхности Земли начинают таять полярные льды, из-за чего повышается уровень моря.

2. Это приведет к затоплению плодородных земель в долинах.

3. Затопление крупных городов (Санкт-Петербург, Нью-Йорк) и целых стран (Нидерланды) приведет к социальным проблемам, связанным с необходимостью переселения людей. В итоге возможны конфликты и массовые беспорядки.

4. Из-за прогревания атмосферы период таяния снегов сокращается: они тают быстрее, а сезонные дожди быстрее заканчиваются. В результате увеличивается количество засушливых дней. По подсчетам специалистов, при повышении среднегодовой температуры на один градус около 200 млн га лесных массивов превратятся в степи.

5. Из-за уменьшения количества зеленых насаждений снизится переработка углекислого газа в результате фотосинтеза. Парниковый эффект усилится, и глобальное потепление ускорится.

6. Из-за нагревания поверхности Земли увеличится испарение воды, что усилит парниковый эффект.

7. Из-за повышения температуры воды и воздуха возникнет угроза для жизни ряда живых существ.

8. Из-за таяния ледников и роста уровня Мирового океана сдвинутся сезонные границы, участятся климатические аномалии (штормы, ураганы, цунами).

9. Рост температуры на поверхности Земли негативно скажется на здоровье людей, а кроме того, спровоцирует развитие эпидемиологических ситуаций, связанных с развитием опасных инфекционных заболеваний.

Парниковый эффект: пути решения проблемы

Глобальные проблемы экологии, связанные с парниковым эффектом, можно предотвратить. Для этого человечество должно согласованно устранить причины возникновения глобального потепления.

Что следует предпринять в первую очередь:

1. Уменьшить количество выбросов в атмосферу. Этого можно добиться, если повсеместно ввести в эксплуатацию более экологичное оборудование и механизмы, установить фильтры и катализаторы; внедрить «зеленые» технологии и процессы.
2. Снизить энергопотребление. Для этого потребуется перейти на выпуск менее энергоемкой продукции; увеличить КПД на электростанциях; задействовать программы термомодернизации жилья, внедрить технологии, повышающие энергоэффективность.
3. Изменить структуру источников энергии. Увеличить в общем объеме вырабатываемой энергии долю полученной из альтернативных источников (солнце, ветер, вода, температура грунта). Сократить использование ископаемых энергетических источников.
4. Развивать экологически чистые и низкоуглеродные технологии в сельском хозяйстве и промышленности.
5. Увеличить использование ресурсов вторичной переработки сырья.
6. Восстановить леса, эффективно бороться с лесными пожарами, увеличивать площади зеленых насаждений.

Пути решения проблем, возникших из-за парникового эффекта, известны каждому. Человечеству необходимо осознать, к чему приводят его непоследовательные действия, оценить масштаб надвигающейся катастрофы и принять участие в спасении планеты!

В последние десятилетие словосочетание «парниковый эффект» практически не сходит ни с экранов телевидения, ни со страниц газет. Учебные программы сразу по нескольким дисциплинам предусматривают его тщательное изучение, причем практически всегда указывается его негативное значение для климата нашей планеты. Однако это явление на самом деле намного более многогранно, чем это преподносится обывателю.

Без парникового эффекта жизнь на нашей планете была бы под вопросом

Можно начать с того, что парниковый эффект на нашей планете существовал на протяжении всей ее истории. Такое явление просто-напросто неизбежно для тех небесных тел, у которых, как и у Земли, присутствует устойчивая атмосфера. Без него, например, Мировой океан давно бы замерз, а высшие формы жизни вообще не появились бы. Ученые уже давно научно доказали, что если бы в нашей атмосфере отсутствовал углекислый газ, наличие которого является необходимой оставляющей процесса возникновения парникового эффекта, то температура на планете колебалась бы в пределах -20 0 С, так что речь о возникновении жизни вообще бы не шла.

Причины и сущность парникового эффекта

Отвечая на вопрос: "Что такое парниковый эффект?", в первую очередь следует отметить, что свое название данное физическое явление получило по аналогии с теми процессами, которые происходят в теплице у садоводов. Внутри нее, независимо от времени года, всегда на несколько градусов теплее, чем в окружающем пространстве. Все дело в том, что растения поглощают видимые солнечные лучи, которые абсолютно свободно проходят и через стекло, и через полиэтилен, и вообще практически через любое препятствие. После этого сами растения также начинают излучать энергию, однако уже в инфракрасном диапазоне, лучи которого уже не могут свободно преодолевать то же стекло, поэтому возникает парниковый эффект. Причины этого явления, таким образом, лежат именно в дисбалансе между спектром видимых солнечных лучей и теми излучениями, которые отдают во внешнюю среду растения и другие предметы.

Физическая основа парникового эффекта

Что касается нашей планеты в целом, то парниковый эффект здесь возникает из-за наличия устойчивой атмосферы. Чтобы поддерживать свой температурный баланс, Земля должна отдавать столько же энергии, сколько она получает от Солнца. Однако наличие в атмосфере углекислого газа и воды, которые поглощают инфракрасные лучи, выполняя, таким образом, роль стекла в теплице, вызывает образование так называемых парниковых газов, часть из которых возвращается обратно к Земле. Эти газы создают "эффект одеяла", повышая температуру у поверхности планеты.

Парниковый эффект на Венере

Из вышесказанного можно сделать вывод, что парниковый эффект характерен не только для Земли, но и для всех планет и других небесных тел, обладающих устойчивой атмосферой. И действительно, проведенные учеными исследования показали, что, например, у поверхности Венеры данное явление имеет гораздо более выраженный характер, что связано, в первую очередь, с тем, что ее воздушная оболочка практически на сто процентов состоит из углекислого газа.

Проблема парникового эффекта особенно актуальна в нашем веке, когда мы уничтожаем леса, чтобы построить еще один промышленный завод, а многие из нас не представляют жизни без машины. Мы, как страусы, прячем голову в песок, не замечая вреда от нашей деятельности. Тем временем парниковый эффект усиливается и приводит к глобальным катастрофам.

Явление парникового эффекта существовало с момента появления атмосферы, хотя и не было столь заметным. Тем не менее изучение его началось задолго до активного использования автомобилей и .

Краткое определение

Парниковый эффект – повышение температуры нижних слоев атмосферы планеты вследствие накопления парниковых газов. Механизм его таков: солнечные лучи проникают в атмосферу, нагревают поверхность планеты.

Тепловое излучение, которое исходит от поверхности, должно вернуться в космос, но нижний слой атмосферы слишком плотный для их проникновения. Причина этому – парниковые газы. Тепловые лучи задерживаются в атмосфере, повышают ее температуру.

История исследований парникового эффекта

Впервые о явлении заговорили в 1827 году. Тогда появилась статья Жана Батиста Жозефа Фурье «Записка о температурах земного шара и других планет», где он подробно изложил свои представления о механизме парникового эффекта и причины его появления на Земле. В своих исследованиях Фурье опирался не только на собственные эксперименты, но и на суждения М. Де Соссюра. Последний проводил опыты с зачерненным изнутри стеклянным сосудом, закрытым и поставленным под солнечный свет. Температура внутри сосуда была гораздо выше, чем снаружи. Это объясняется таким фактором: тепловое излучение не может пройти сквозь затемненное стекло, а значит, остается внутри емкости. При этом солнечный свет смело проникает через стенки, так как снаружи сосуд остается прозрачным.

Несколько формул

Суммарная энергия солнечного излучения, поглощаемого в единицу времени планетой радиусом R и сферическим альбедо A, равна:

E = πR2 { E_0 over R2} (1 – A) ,

где E_0 – солнечная постоянная, и r – расстояние до Солнца.

В соответствии с законом Стефана–Больцмана равновесное тепловое излучение L планеты с радиусом R, то есть площадью излучающей поверхности 4πR2:

L=4πR2 σТЕ^4 ,

где ТЕ – эффективная температура планеты.

Причины возникновения

Природа явления объясняется различной прозрачностью атмосферы для излучения из космоса и от поверхности планеты. Для солнечных лучей атмосфера планеты прозрачна, как стекло, и поэтому они легко проходят сквозь нее. А для теплового излучения нижние слои атмосферы «непробиваемы», слишком плотные для прохождения. Потому-то часть теплового излучения остается в атмосфере, постепенно опускаясь к самым нижним ее слоям. При этом количество парниковых газов, уплотняющих атмосферу, растет.

Еще в школе нас учили, что основная причина парникового эффекта – деятельность человека. Эволюция привела нас к промышленности, мы сжигаем тонны угля, нефти и газа, получаем топливо, Следствие этого – выделение парниковых газов и веществ в атмосферу. Среди них – водяной пар, метан, углекислый газ, оксид азота. Почему они так названы, понятно. Поверхность планеты нагревается солнечными лучами, но обязательно «отдает» часть тепла обратно. Тепловое излучение, которое исходит от поверхности Земли, называется инфракрасным.