Парниковый эффект. Парниковый эффект это кратко и понятно


Парниковый эффект - это... Что такое Парниковый эффект?

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.

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

История исследований

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][2].

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, однако количественные данные по поглощению атмосферы в инфракрасном диапазоне долгое время являлись предметом дискуссий.

В 1896 году Сванте Аррениус, шведский физико-химик, для количественного определения поглощении атмосферой Земли теплового излучения проанализировал данные Сэмюэла Лэнгли о болометрической светимости Луны в инфракрасном диапазоне[3]. Аррениус сравнил данные, полученные Лэнгли при разных высотах Луны над горизонтом (т.е. при различных величинах пути излучения Луны через атмосферу), с расчетным спектром ее теплового излучения и рассчитал как коэффициенты поглощения инфракрасного излучения водяным паром и углекислым газом в атмосфере, так и изменения температуры Земли при вариациях концентрации углекислого газа. Аррениус также выдвинул гипотезу, что снижение концентрации в атмосфере углекислого газа может являться одной из причин возникновения ледниковых периодов[4].

Количественное определение парникового эффекта

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

,

где - солнечная постоянная, и - расстояние до Солнца.

В соответствии с законом Стефана — Больцмана равновесное тепловое излучение планеты с радиусом , т. е. площадью излучающей поверхности :

,

где - эффективная температура планеты.

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.

  1. ↑ Температуры даны в Кельвинах, — средняя максимальная температура в полдень на экваторе, — средняя минимальная температура.

Природа парникового эффекта

Парниковый эффект атмосфер обусловлен их различной прозрачностью в видимом и дальнем инфракрасном диапазонах. На диапазон длин волн 400—​1500 нм в видимом свете и ближнем инфракрасном диапазоне 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 при равном 300 K, 75 % теплового излучения приходится на диапазон 7,8—28 мкм, для Венеры при равном 700 K — 3,3—12 мкм.

Атмосфера, содержащая многоатомные газы (двухатомные газы диатермичны - прозрачны для теплового излучения), поглощающие в этой области спектра (т.н. парниковые газы — h3O, CO2, Ch5 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.

Влияние парникового эффекта на климат планет

Степень влияния парникового эффекта на приповерхностные температуры планет (при оптической толщине атмосферы < 1) зависит от оптической плотности парниковых газов и, соответственно, их парциального давления у поверхности планеты. Таким образом, парниковый эффект наиболее выражен у планет с плотной атмосферой, составляя у Венеры ~500 K.

Таблица 2[5] Планета Атм. давлениеу поверхности, атм. КонцентрацияCO2, % атм.
Венера ~ 93 ~ 96,5 ~ 89,8 504
Земля 1 0,038 0,038 39
Марс ~ 0,007 95,72 ~ 0,0067 8

Вместе с тем следует отметить, что величина парникового эффекта зависит от количества парниковых газов в атмосферах и, соответственно, зависит от химической эволюции и изменений состава планетарных атмосфер.

Парниковый эффект и климат Земли

Климатические индикаторы за последние 0,5 млн лет: изменение уровня океана (синий), концентрация 18O в морской воде, концентрация CO2 в антарктическом льду. Деление временной шкалы — 20 000 лет. Пики уровня моря, концентрации CO2 и минимумы 18O совпадают с межледниковыми температурными максимумами.

По степени влияния на климат парникового эффекта Земля занимает промежуточное положение между Венерой и Марсом: у Венеры повышение температуры приповерхностной атмосферы в ~13 раз выше, чем у Земли, в случае Марса в ~5 раз ниже, эти различия являются следствием различных плотностей и составов атмосфер этих планет.

При неизменности солнечной постоянной и, соответственно, потока солнечной радиации, среднегодовые приповерхностные температуры и климат, определяются тепловым балансом Земли. Для теплового баланса выполняются условия равенства величин поглощения коротковолновой радиации и излучения длинноволновой радиации в системе Земля-атмосфера. В свою очередь, доля поглощенной коротковолновой солнечной радиации определяется общим (поверхность и атмосфера) альбедо Земли, на величину потока длинноволновой радиации, уходящей в космос, существенное влияние оказывает парниковый эффект, в свою очередь, зависящий от состава и температуры земной атмосферы.

Основными парниковыми газами, в порядке их оцениваемого воздействия на тепловой баланс Земли, являются водяной пар, углекислый газ, метан и озон[6]

Основные парниковые газы атмосферы Земли Газ  Формула  Вклад(%)
Водяной пар h3O 36 – 72 %  
Диоксид углерода CO2 9 – 26 %
Метан Ch5 4 – 9 %  
Озон O3 3 – 7 %  

Главный вклад в парниковый эффект земной атмосферы вносит водяной пар или влажность воздуха тропосферы, влияние других газов гораздо менее существенно по причине их малой концентрации.

Вместе с тем, концентрация водяного пара в тропосфере существенно зависит от приповерхностной температуры: увеличение суммарной концентрации «парниковых» газов в атмосфере должно привести к усилению влажности и парникового эффекта, который в свою очередь приведет к увеличению приповерхностной температуры.

При понижении приповерхностной температуры концентрация водяных паров падает, что ведет к уменьшению парникового эффекта, и, одновременно с этим при снижении температуры в приполярных районах формируется снежно-ледяной покров, ведущий к повышению альбедо и, совместно, с уменьшением парникового эффектом, вызывающим понижение средней приповерхностной температуры.

Таким образом, климат на Земле может переходить в стадии потепления и похолодания в зависимости от изменения альбедо системы Земля - атмосфера и парникового эффекта.

Климатические циклы коррелируют с концентрацией углекислого газа в атмосфере: в течение среднего и позднего плейстоцена, предшествующих современному времени, концентрация атмосферного углекислого газа снижалась во время длительных ледниковых периодов и резко повышалась во время кратких межледниковий

В течение последних десятилетий наблюдается рост концентрации углекислого газа в атмосфере, считается, что этот рост в значительной степени имеет антропогенный характер.

В конце восьмидесятых — начале девяностых годов XX века несколько лет подряд среднегодовая глобальная температура была выше обычной. Это вызвало опасения, 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 консенсус, что жизнедеятельность человека является основным фактором, который влияет на текущее повышение температуры на Земле[7][8].

См. также

Примечания

  1. ↑ Joseph Fourier. Mémoire sur les températures du globe terrestre et des espaces planétaires p.97-125 Mémoires de l’Académie royale des sciences de l’Institut de France, t. VII, p.570 à 604. Paris, Didot; 1827 // Gallica-Math: Œuvres complètes
  2. ↑ Тепло, выделяемое в результате человеческой активности Жозеф Фурье не рассматривал в качестве значимого фактора.
  3. ↑ Samuel P. Langley (and Frank W. Very). The Temperature of the Moon, Memoir of the National Academy of Sciences, vol. iv. 9th mem. 193pp (1890)
  4. ↑ «On the Influence of Carbonic Acid in the Air Upon the Temperature of the Ground», Philosophical Magazine and Journal Science, Series 5, Volume 41, pages 237-276  (англ.)
  5. ↑ Cравнительные значения для трех планет земной группы без учета давления водяного пара, температуры приведены в Кельвинах.
  6. ↑ : Kiehl, J. T.; Kevin E. Trenberth (1997-02). «Earth's Annual Global Mean Energy Budget». Bulletin of the American Meteorological Society 78 (2): 197-208. DOI:10.1175/1520-0477(1997)078<0197:EAGMEB>2.0.CO;2. ISSN 0003-0007. Проверено 2011-08-15.
  7. ↑ Joint science academies' statement: The science of climate change (ASP). Royal Society (17.05.2001). — «The work of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) represents the consensus of the international scientific community on climate change science» (недоступная ссылка — история) Проверено 1 апреля 2007.
  8. ↑ (18.10.2007) «Rising to the climate challenge». Nature 449 (7164): 755. DOI:10.1038/449755a. Проверено 2007-11-06.

Ссылки

Статьи

Международные соглашения

dic.academic.ru

Ответы@Mail.Ru: Что такое парниковый эффект?

Парниковый эффект - увеличение среднегодовой температуры воздуха за счет изменения оптических свойств атмосферы. По закону сохранения энергии в отсутствие атмосферы тепловой поток от Земли должен был бы совпадать с потоком солнечной энергии, поглощенной поверхностью Земли. Расчеты показывают, что при этом температура поверхности Земли составляла бы 5°С. Тот факт, что реальная температура земной поверхности на 10°С выше, связан с наличием атмосферы, играющей роль фильтра с односторонним пропусканием, за счет чего создается так на-зываемый «парниковый» (оранжерейный, тепличный) эффект. Углекислый газ является одним из главных виновников «парникового эффекта» , потому что другие известные «парниковые газы» (а их около соро-ка) определяют лишь примерно половину глобального потепления. Подобно тому, как в парнике стеклянная крыша и стены пропускают солнечную ра-диацию, но не дают уходить теплу, так и углекислый газ вместе с другими «парниковыми газами» практически прозрачны для солнечных лучей, но за-держивают длинноволновое тепловое излучение Земли, не дают ему уходить в космос. При этом часть его уходит в космическое пространство, а часть возвращается обратно на поверхность Земли и оттуда вновь поступает в ат-мосферу. В результате температура приземного слоя воздуха повышается. <img src="//otvet.imgsmail.ru/download/8a07a24238dc96ab8b207957395db4dc_i-115.jpg" >

Парнико&#769;вый эффе&#769;кт — повышение температуры нижних слоёв атмосферы планеты по сравнению с эффективной температурой, то есть температурой теплового излучения планеты, наблюдаемого из космоса.

Увеличение количества углекислого газа в воздухе

В атмосфере Земли есть газы, называемые парниковыми. Самый известный - обычный углекислый газ, который всегда содержится в атмосфере. Углекислый газ обладает способностью пропускать сквозь себя солнечную радиацию и в то же время удерживать тепловую энергию от нагретой солнечными лучами земной поверхности. Именно так "работают" теплицы или парники: стекло или полиэтиллен, которые используются для изготовления стен парника, пропускают через себя солнечный свет, но задерживают тепло. Так вот, углекислый газ всегда содержится в атмосфере, но беда в том, что в последние десятилетия его содержание резко возросло. Причина - деятельность человека, а в частности, выбросы промышленных предприятий и автотранспорта. И в результате повышения содержания СО2 происходит увеличение количества тепловой энергии Земли, которая задерживается в нижних слоях атмосферы. Уже сейчас климатологи отмечают повышение средней температуры воздуха на всей планете. И хотя она для людей практически незаметна (ну подумаешь, на 1-2 градуса выше!) , для климата Земли это очень много. Результат - это прежде всего, более интенсивное таяние ледников, а как следствие, повышение уровня Мирового океана, а значит реальная угроза затопления многих прибрежных территорий. Надеюсь, понятно объяснила?

Парнико&#769;вый эффе&#769;кт — повышение температуры нижних слоёв атмосферы планеты по сравнению с эффективной температурой, то есть температурой теплового излучения планеты, наблюдаемого из космоса. Не люблю таких кратких ответов, тем более - просто определений. Усиление парникового эффекта, т. е. потепление климата в результате повышения содержания в атмосфере парниковых газов – диоксида углерода, метана, оксидов азота, озона, фреонов, а также некоторых других газов и паров воды. Вклад в парниковый эффект диоксида углерода составляет 66%, метана – 18, фреонов - 8, оксида азота - 3, остальных газов - 5%. В настоящее время содержание диоксида углерода в атмосфере составляет 336 частей на 1 миллион, ежегодное увеличение его содержания оценивается в 1-2 части на 1 миллион. При повышении концентрации диоксида углерода до 400-500 частей произойдет потепление поверхности всей планеты в среднем на 1-1,5°С, а при концентрации 600-700 частей - на 4-5 °С. Потепление климата вызовет катастрофические изменения в биосфере: участятся засухи, начнется таяние ледников Арктики, Гренландии и в горных массивах (вклад Антарктиды предполагается незначительным, так как при потеплении там будет выпадать больше осадков и ускорится нарастание толщи льда) . Поднимется уровень мирового океана. К 2030 году ожидается повышение уровня океана на 20 см, а к 2100-на 60 см. В результате могут быть затоплены равнинные приморские страны (в том числе, такие густонаселенные, как Бангладеш) . В северных территориях с многолетней мерзлотой возможно вытаивание ледяных толщ и образование на месте лесов озер. В РБ сегодня наблюдается тенденция потепления климата и учащения засух, особенно в Зауралье. Мировое сообщество предпринимает меры для предотвращения парникового эффекта как за счет уменьшения выброса в атмосферу диоксида углерода, так и путем прекращения рубки лесов и увеличения их площади за счет искусственных посадок. Леса, как и Мировой океан, поглощают избыток диоксида углерода в атмосферы. Однако пока повышение его концентрации в атмосфере продолжается.

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

Парниковый эффект - увеличение среднегодовой температуры воздуха за счет изменения оптических свойств атмосферы. По закону сохранения энергии в отсутствие атмосферы тепловой поток от Земли должен был бы совпадать с потоком солнечной энергии, поглощенной поверхностью Земли. Расчеты показывают, что при этом температура поверхности Земли составляла бы 5°С. Тот факт, что реальная температура земной поверхности на 10°С выше, связан с наличием атмосферы, играющей роль фильтра с односторонним пропусканием, за счет чего создается так на-зываемый «парниковый» (оранжерейный, тепличный) эффект. Углекислый газ является одним из главных виновников «парникового эффекта» , потому что другие известные «парниковые газы» (а их около соро-ка) определяют лишь примерно половину глобального потепления. Подобно тому, как в парнике стеклянная крыша и стены пропускают солнечную ра-диацию, но не дают уходить теплу, так и углекислый газ вместе с другими «парниковыми газами» практически прозрачны для солнечных лучей, но за-держивают длинноволновое тепловое излучение Земли, не дают ему уходить в космос. При этом часть его уходит в космическое пространство, а часть возвращается обратно на поверхность Земли и оттуда вновь поступает в ат-мосферу. В результате температура приземного слоя воздуха повышается.

Парниковый эффект - это парниковый эфект.

touch.otvet.mail.ru

Парниковый эффект - это... Что такое Парниковый эффект?

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.

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

История исследований

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][2].

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, однако количественные данные по поглощению атмосферы в инфракрасном диапазоне долгое время являлись предметом дискуссий.

В 1896 году Сванте Аррениус, шведский физико-химик, для количественного определения поглощении атмосферой Земли теплового излучения проанализировал данные Сэмюэла Лэнгли о болометрической светимости Луны в инфракрасном диапазоне[3]. Аррениус сравнил данные, полученные Лэнгли при разных высотах Луны над горизонтом (т.е. при различных величинах пути излучения Луны через атмосферу), с расчетным спектром ее теплового излучения и рассчитал как коэффициенты поглощения инфракрасного излучения водяным паром и углекислым газом в атмосфере, так и изменения температуры Земли при вариациях концентрации углекислого газа. Аррениус также выдвинул гипотезу, что снижение концентрации в атмосфере углекислого газа может являться одной из причин возникновения ледниковых периодов[4].

Количественное определение парникового эффекта

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

,

где - солнечная постоянная, и - расстояние до Солнца.

В соответствии с законом Стефана — Больцмана равновесное тепловое излучение планеты с радиусом , т. е. площадью излучающей поверхности :

,

где - эффективная температура планеты.

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.

  1. ↑ Температуры даны в Кельвинах, — средняя максимальная температура в полдень на экваторе, — средняя минимальная температура.

Природа парникового эффекта

Парниковый эффект атмосфер обусловлен их различной прозрачностью в видимом и дальнем инфракрасном диапазонах. На диапазон длин волн 400—​1500 нм в видимом свете и ближнем инфракрасном диапазоне 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 при равном 300 K, 75 % теплового излучения приходится на диапазон 7,8—28 мкм, для Венеры при равном 700 K — 3,3—12 мкм.

Атмосфера, содержащая многоатомные газы (двухатомные газы диатермичны - прозрачны для теплового излучения), поглощающие в этой области спектра (т.н. парниковые газы — h3O, CO2, Ch5 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.

Влияние парникового эффекта на климат планет

Степень влияния парникового эффекта на приповерхностные температуры планет (при оптической толщине атмосферы < 1) зависит от оптической плотности парниковых газов и, соответственно, их парциального давления у поверхности планеты. Таким образом, парниковый эффект наиболее выражен у планет с плотной атмосферой, составляя у Венеры ~500 K.

Таблица 2[5] Планета Атм. давлениеу поверхности, атм. КонцентрацияCO2, % атм.
Венера ~ 93 ~ 96,5 ~ 89,8 504
Земля 1 0,038 0,038 39
Марс ~ 0,007 95,72 ~ 0,0067 8

Вместе с тем следует отметить, что величина парникового эффекта зависит от количества парниковых газов в атмосферах и, соответственно, зависит от химической эволюции и изменений состава планетарных атмосфер.

Парниковый эффект и климат Земли

Климатические индикаторы за последние 0,5 млн лет: изменение уровня океана (синий), концентрация 18O в морской воде, концентрация CO2 в антарктическом льду. Деление временной шкалы — 20 000 лет. Пики уровня моря, концентрации CO2 и минимумы 18O совпадают с межледниковыми температурными максимумами.

По степени влияния на климат парникового эффекта Земля занимает промежуточное положение между Венерой и Марсом: у Венеры повышение температуры приповерхностной атмосферы в ~13 раз выше, чем у Земли, в случае Марса в ~5 раз ниже, эти различия являются следствием различных плотностей и составов атмосфер этих планет.

При неизменности солнечной постоянной и, соответственно, потока солнечной радиации, среднегодовые приповерхностные температуры и климат, определяются тепловым балансом Земли. Для теплового баланса выполняются условия равенства величин поглощения коротковолновой радиации и излучения длинноволновой радиации в системе Земля-атмосфера. В свою очередь, доля поглощенной коротковолновой солнечной радиации определяется общим (поверхность и атмосфера) альбедо Земли, на величину потока длинноволновой радиации, уходящей в космос, существенное влияние оказывает парниковый эффект, в свою очередь, зависящий от состава и температуры земной атмосферы.

Основными парниковыми газами, в порядке их оцениваемого воздействия на тепловой баланс Земли, являются водяной пар, углекислый газ, метан и озон[6]

Основные парниковые газы атмосферы Земли Газ  Формула  Вклад(%)
Водяной пар h3O 36 – 72 %  
Диоксид углерода CO2 9 – 26 %
Метан Ch5 4 – 9 %  
Озон O3 3 – 7 %  

Главный вклад в парниковый эффект земной атмосферы вносит водяной пар или влажность воздуха тропосферы, влияние других газов гораздо менее существенно по причине их малой концентрации.

Вместе с тем, концентрация водяного пара в тропосфере существенно зависит от приповерхностной температуры: увеличение суммарной концентрации «парниковых» газов в атмосфере должно привести к усилению влажности и парникового эффекта, который в свою очередь приведет к увеличению приповерхностной температуры.

При понижении приповерхностной температуры концентрация водяных паров падает, что ведет к уменьшению парникового эффекта, и, одновременно с этим при снижении температуры в приполярных районах формируется снежно-ледяной покров, ведущий к повышению альбедо и, совместно, с уменьшением парникового эффектом, вызывающим понижение средней приповерхностной температуры.

Таким образом, климат на Земле может переходить в стадии потепления и похолодания в зависимости от изменения альбедо системы Земля - атмосфера и парникового эффекта.

Климатические циклы коррелируют с концентрацией углекислого газа в атмосфере: в течение среднего и позднего плейстоцена, предшествующих современному времени, концентрация атмосферного углекислого газа снижалась во время длительных ледниковых периодов и резко повышалась во время кратких межледниковий

В течение последних десятилетий наблюдается рост концентрации углекислого газа в атмосфере, считается, что этот рост в значительной степени имеет антропогенный характер.

В конце восьмидесятых — начале девяностых годов XX века несколько лет подряд среднегодовая глобальная температура была выше обычной. Это вызвало опасения, 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 консенсус, что жизнедеятельность человека является основным фактором, который влияет на текущее повышение температуры на Земле[7][8].

См. также

Примечания

  1. ↑ Joseph Fourier. Mémoire sur les températures du globe terrestre et des espaces planétaires p.97-125 Mémoires de l’Académie royale des sciences de l’Institut de France, t. VII, p.570 à 604. Paris, Didot; 1827 // Gallica-Math: Œuvres complètes
  2. ↑ Тепло, выделяемое в результате человеческой активности Жозеф Фурье не рассматривал в качестве значимого фактора.
  3. ↑ Samuel P. Langley (and Frank W. Very). The Temperature of the Moon, Memoir of the National Academy of Sciences, vol. iv. 9th mem. 193pp (1890)
  4. ↑ «On the Influence of Carbonic Acid in the Air Upon the Temperature of the Ground», Philosophical Magazine and Journal Science, Series 5, Volume 41, pages 237-276  (англ.)
  5. ↑ Cравнительные значения для трех планет земной группы без учета давления водяного пара, температуры приведены в Кельвинах.
  6. ↑ : Kiehl, J. T.; Kevin E. Trenberth (1997-02). «Earth's Annual Global Mean Energy Budget». Bulletin of the American Meteorological Society 78 (2): 197-208. DOI:10.1175/1520-0477(1997)078<0197:EAGMEB>2.0.CO;2. ISSN 0003-0007. Проверено 2011-08-15.
  7. ↑ Joint science academies' statement: The science of climate change (ASP). Royal Society (17.05.2001). — «The work of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) represents the consensus of the international scientific community on climate change science» (недоступная ссылка — история) Проверено 1 апреля 2007.
  8. ↑ (18.10.2007) «Rising to the climate challenge». Nature 449 (7164): 755. DOI:10.1038/449755a. Проверено 2007-11-06.

Ссылки

Статьи

Международные соглашения

dik.academic.ru

Что такое парниковый эффект.

Что такое «парниковый эффект»?

Парник позволяет солнечному свету проходить сквозь прозрачные стены и крышу. Энергия солнца греет растения и все то, что находится в парнике. Они, в свою очередь, нагревают воздух. Этот же процесс происходит снаружи: теплый воздух поднимается, на его место поступает холодный. В закрытом пространстве парника теплый воздух никуда не исчезает. Так нагревается сам парник.

Похожий эффект происходит в атмосфере Земли. Солнечные лучи проходят сквозь прозрачный воздух, нагревая сушу и воду.  Нижний слой атмосферы получает тепло от контакта с теплой землей и водой. Сам по себе воздух солнцем не нагревается.

Часть тепла, отдаваемая Землей, попадает снова в космос. Если бы на этом весь процесс заканчивался, то средняя температура на Земле не превышала бы -18°C, а это на 33° ниже, чем сейчас. Минус восемнадцать — это намного холоднее, чем было во время ледниковых периодов.

Почему мы до сих пор не замерзли? Потому что существуют так называемые парниковые газы диоксид углерода, метан, пары воды и др. – они согревают нас и нашу планету. Вот как это работает.

 

 

 

 

Молекулы парниковых газов поглощают часть тепла. Затем они возвращают тепло в атмосферу, нагревая ее больше, чем она должна была быть.

Парниковый эффект сам по себе проблемы не представляет. Как мы уже знаем, он является важной составляющей жизни на Земле. Но после 1800 года произошло существенное увеличение уровня СО2. В течение сотен тысяч лет уровень СО2 в атмосфере и средняя мировая температура были тесно связаны. Обратите внимание на правую часть графика. Уровень СО2 в атмосфере увеличивается. Это значение росло постепенно со временокончания последнего ледникового периода (12 000 лет назад) до 280 промилле в 1880 г. Данные на конец исторического периода соответствуют полученным из керна антарктического льда. Фактически, с помощью исследования ледового керна мы получаем данные за еще более давний период, чем указано на графике. За последние 600 000 лет концентрация СО2 никогда не была выше 300 промилле… до сих пор. В 2004 г. она составила 379 промилле.

    Зеленая линия показывает уровень СО2  Красно-пурпурная — температуру.

Что вызвало резкое увеличение? Причина – вследствие промышленной революции увеличились объемы сжигания органического топлива: угля, нефти и газа.

Будущее климата Земли тяжело прогнозировать: оно очень сложно. Взаимосвязь уровня СО2 в атмосфере и температурой известна. Поэтому есть опасения, что мы с вами попадаем в теплую эру.

Да, раньше уже были отклонения в мировой температуре. Сначала может показаться, что мы находимся лишь в теплой фазе циклического периода. Но есть одна важная особенность: концентрация СО2 в атмосфере сейчас значительно выше, чем в другие теплые периоды в прошлом. Мы знаем, что эффект увеличения концентрации СО2 в атмосфере ощущается через определенное время. Это означает, что глобальное потепление будет продолжаться, даже без увеличения уровня СО2. В этот раз будет все по-другому.

Атмосфера Земли

Атмосфера Земли состоит в основном из азота (78%) и кислорода (21%). Из оставшихся веществ большую часть (1%) составляет аргон. Эти газы прозрачны для солнечного света, проходящего через них и нагревающего поверхность Земли. Теплая земля и океаны в свою очередь нагревают нижнюю часть атмосферы. Часть этого тепла снова попадает в космос. Если бы на этом все заканчивалось, то средняя температура на Земле не превышала бы -18°C вместо нынешних 15°C. Причина дополнительного тепла в том, что в атмосфере присутствуют газы, поглощающие энергию до выхода ее в космос и медленно возвращающие эту энергию обратно в атмосферу. Именно эти газы образуют «парниковый эффект», их так и называют – парниковые газы.

Так как 99,9% атмосферы состоит из азота, кислорода и аргона, для других газов остается очень мало места. Но даже небольшой объем парниковых газов оказывает существенное влияние на климат.

Есть два фактора, определяющих влияние, оказываемое конкретным парниковым газом. Первый – фактор глобального потепления (ФГП): способность поглощать и отдавать тепло. ФГП для диоксида углерода принят за 1. Значения для других газов показывают их интенсивность в сравнении с СО2.

Второй фактор – количество газа в атмосфере. В этой таблице показаны оба фактора для некоторых парниковых газов. Хотя СО2 по сравнению с другими газами является более слабым, его количество в атмосфере – наибольшее, поэтому оказываемое им влияние значительно.

  Фактор глобального потепления Концентрация (частей на млрд.)
Диоксид углерода – CO2 1 379,000
Метан – Ch5 21 1,760
Оксид азота – N2O 310 320
Хлорофторуглероды — ХФК от 5 000 до 14 000 менее 1
    * частей на млрд.

Диоксид углерода

Когда мы дышим, то поглощаем кислород из воздуха, и выделяем СО2. Эта часть дыхательного процесса позволяет растениям и животным получать энергию. СО2 выделяется во время лесных пожаров и при вулканической активности. Люди вносят свой вклад в этот процесс, сжигая дерево, уголь и топливо.

Метан

Метан образуется естественным путем при помощи так называемых метан-продуцирующих бактерий, питающихся веществами животного и растительного происхождения при отсутствии кислорода. Такие бактерии живут в стоячей воде, в болотах, именно они - причина образования метановых пузырьков – «болотного газа». Метан-продуцирующие бактерии живут в пищеварительной системе животных, они помогают переваривать траву и другие органические вещества, превращая их в питательные. Много метана образуют термиты. Каждый термит выделяет ежедневно половину микрограмма газа, но в мире их настолько много, что в целом получается 20 миллионов тонн ежегодно.

Некоторые виды сельскохозяйственной деятельности также выделяют метан. Рис обычно выращивают на затопленной почве. Стоячая вода, аналогично болоту, способствует деятельности метан-продуцирующих бактерий.

Домашний скот производит больше метана, чем дикие животные. Коровы ежедневно выделяют 50 литров этого газа, весь крупный рогатый скот и овцы – около 100 миллионов тонн в год.

Оксид азота

N2O — газ, выделяемый нитратом аммония, широко используемым удобрением, повышающим урожайность всходов.

Хлорфторкарбонаты

Химические ХФК – производные хлора, фтора, азота и углерода. Естественным путем не образуются. Впервые эти соединения были синтезированы в 1892 г., но применения им в то время не нашли. Позже они оказались хорошей основой для аэрозолей и хладагентом в холодильниках. Возникла проблема. Попадая в атмосферу, ХФК переходят в стратосферу, разрушая присутствующие там молекулы озона. Озон – вид кислорода, в этом веществе три атома кислорода образуют одну молекулу О3. Обычно кислород образует молекулы О2.

Озоновый слой уменьшает проникновение ультрафиолетовых лучей. Это излучение опасно для человека, является причиной катаракты и рака кожи, влияет на рост и воспроизводство других организмов. Из-за такой международной угрозы использование ХФК в 1987 г. было запрещено. Хотя ХФК крайне опасные парниковые газы, существуют они в атмосфере в очень небольших количествах. Сейчас, когда они запрещены, их содержание в будущем уменьшится.

 

Источник   http://www.planetseed.com/ru/science  

www.kosmm.ru


Цельнозерновые злаковые
Жиры
Овощи
Фрукты
Напитки
Физическая активность