Автор парникового ефекту. Механізм і наслідки парникового ефекту

Сучасна цивілізація робить на природу сильний вплив. Як правило, негативне. Вирубка лісів, осушення боліт і постійний викид в атмосферне повітря величезної кількості шкідливих речовин - ось далеко не повний перелік «чеснот» людства. Багато хто вважає, що до цієї ж категорії належить і парниковий ефект. Чи так все насправді?

Історична довідка

До речі, а ким був автор парникового ефекту (тобто тим, хто відкрив дане явище)? Хто вперше описав зазначений процес і розповів про його вплив на навколишнє середовище? Подібна ідея з`явилася в далекому 1827. Автором наукової статті був Жозеф Фур`є. У своїй праці він описував механізми формування клімату на нашій планеті.

Незвичайність цієї роботи для того часу була в тому, що Фур`є розглядав температурно-кліматичні особливості різних поясів Землі. Ось ким був автор парникового ефекту, який вперше зміг дати пояснення досвіду Соссюра.

Експеримент Соссюра

Щоб переконатися у своїх висновках, вчений використовував досвід М. де Сосюра, в якому використовується посудина, покритий зсередини сажею, горловина якого закрита склом. Де Соссюр ставив експеримент, при проведенні якого постійно заміряв температуру всередині і зовні банки. Зрозуміло, вона невпинно підвищувалася саме у внутрішньому обсязі. Фур`є вперше зміг пояснити це явище спільною дією одразу двох факторів: блокуванням теплообміну і різною проникністю стінок посудини для світлових променів з різною довжиною хвилі.

Механізм його досить простий: при нагріванні температура поверхні збільшується, поглинається видиме світло, починає випромінюватися тепло. Оскільки матеріал прекрасно пропускає видиме світло, але практично не проводить тепло, останнє акумулюється у внутрішньому обсязі судини. Як бачите, механізм парникового ефекту легко може бути обгрунтований кожною людиною, яка вивчав стандартний курс фізики в школі. Явище досить просте, але скільки ж бід воно приносить нашій планеті!

Виникнення терміна

Варто знати, що Жозеф Фур`є - автор парникового ефекту в плані його первісного опису в літературі. Але хто придумав сам термін? На жаль, на це питання відповіді ми вже напевно не отримаємо. У пізній літературі феномен, який був відкритий Фур`є, отримав свою сучасну назву. Сьогодні кожен еколог знає термін «парниковий ефект».

Але головним відкриттям Фур`є стало обґрунтування фактичної ідентичності атмосфери Землі і звичайного скла. Простіше кажучи, атмосфера нашої планети відмінно проникна для видимого світлового випромінювання, але вона погано пропускає його в інфрачервоному діапазоні. Накопичивши тепло, Земля практично не віддає його. Ось ким був автор парникового ефекту. Але чому виникає даний ефект?

Так, ми описали примітивний механізм його появи, але сучасна наука змогла довести, що в звичайних умовах ІЧ-промені все ж цілком вільно можуть виходити за межі планетарної атмосфери. Як же так виходить, що природні механізми регулювання «опалювального сезону» дають збій?

Причини

В общем-то, ми досить детально описали їх ще на самому початку нашої статті. Виникненню цього явища сприяють такі чинники:

• Постійне і непомірне спалювання викопного палива.
• В атмосферу планети з кожним роком чинять усі великі обсяги промислових газів.
• Ліси постійно вирубуються, їх площі скорочуються через пожежі і деградації грунтового шару.
• Анаеробне бродіння, викид метану з дна океанів.

Слід знати, що основними «винуватцями», які і запускають механізм парникового ефекту, є п`ять наступних газів:

• Двовалентний оксид вуглецю, він же вуглекислий газ. Парниковий ефект на 50% забезпечується саме за його рахунок.
• Вуглецеві сполуки хлору і фтору (25%).
• Діоксид азоту (8%). Токсичний газ, типовий відхід погано оснащених хімічних і металургійних виробництв.
• Приземний озон (7%). Незважаючи на свою найважливішу роль в захисті Землі від надмірного ультрафіолетового випромінювання, може сприяти затриманню тепла на її поверхні.
• Приблизно 10% метану.

Звідки ці гази потрапляють в атмосферу? Яке їхня дія?

- Вуглекислий газ. Саме він у великих обсягах потрапляє в атмосферу, коли людина спалює викопне паливо. Приблизно третина від його надлишкового (вище природного) рівня обумовлена тим, що людина інтенсивно знищує ліси. Ту ж функцію виконує і постійно прискорюється процес опустелювання родючих земель.

Все це означає зменшення кількості рослинності, здатної ефективно поглинати вуглекислий газ, який у багатьох відношеннях стимулює парниковий ефект. Причини і наслідки цього явища взаємопов`язані: з кожним роком обсяг викидається в атмосферу двовалентного оксиду вуглецю виростає приблизно на 0,5%, що стимулює як подальше накопичення надлишкового тепла, так і процеси деградації рослинного покриву на поверхні планети.

- Хлорфторвуглеці. Як ми вже говорили, дані з`єднання на 25% забезпечують парниковий ефект. Причини і наслідки цього явища вивчені вже достатньо давно. В атмосфері вони з`являються через промислового виробництва, особливо застарілого. Небезпечні та токсичні холодоагенти містять ці речовини у величезній кількості, а заходи щодо запобігання їх витоків явно не дають очікуваного результату. Наслідки їх появи ще страшніше:

• По-перше, вони дуже отруйні для людини і тварин, та й для флори сусідство з сполуками фтору і хлору не дуже корисно.
• По-друге, дані речовини можуть значно прискорювати розвиток парникового ефекту.
• По-третє, вони руйнують озоновий шар, який захищає нашу планету від агресивного ультрафіолетового випромінювання.

- Метан. Один з найбільш важливих газів, підвищений вміст якого в атмосфері увазі термін «парниковий ефект». Потрібно знати, що всього за сто останніх років його обсяг в атмосфері планети збільшився в два рази. В принципі, основна його маса надходить з цілком природних джерел:

• Рисові поля в Азії.
• Тваринницькі комплекси.
• Системи очищення побутових стоків великих поселень.
• При гнитті і розкладанні органіки в глибині боліт, на звалищах.

Є відомості про те, що викиди чималих кількостей метану відбуваються з глибин Світового океану. Можливо, цей феномен пояснюється життєдіяльністю великих колоній бактерій, для яких метан є основним побічним продуктом метаболізму.

Потрібно особливо підкреслити «внесок» у розвиток парникового ефекту з боку нафтовидобувних підприємств: чимала кількість цього газу викидається в атмосферу в якості побічного продукту. Крім того, постійно розширюється плівка нафтопродуктів на поверхні Світового океану також сприяє прискореному розкладанню органіки, що супроводжується викидами метану.

- Оксид азоту. У великих обсягах утворюється в процесі багатьох хімічних виробництв. Він небезпечний не тільки самим активною участю в парниковому механізмі. Справа в тому, що при з`єднанні з атмосферною водою ця речовина утворює справжнісіньку азотну кислоту, нехай навіть і в слабкої концентрації. Саме звідси беруть початок всі кислотні дощі, які вкрай негативно позначаються на здоров`ї людей.

Теоретичні сценарії глобальних кліматичних пертурбацій

Так які глобальні наслідки парникового ефекту? Складно сказати про це напевно, так як вчені поки що далекі від однозначного висновку. В даний час існує відразу кілька сценаріїв. Для розробки комп`ютерних моделей враховується безліч різних чинників, які можуть прискорювати або уповільнювати розвиток парникового ефекту. Давайте розглянемо каталізатори цього процесу:

• Виділення описаних вище газів внаслідок техногенної діяльності людини.
• Викид СО₂ через термічного розкладання природних гідрокарбонатів. Цікаво знати, що в корі нашої планети міститься вуглекислого газу в 50000 разів більше, ніж в повітряному просторі. Звичайно ж, мова йде про хімічно зв`язаному оксиді вуглецю.
• Так як основні наслідки парникового ефекту - підвищення температури води і повітря на поверхні планети, посилюється випаровування вологи з поверхні морів і океанів. Як наслідок, ще більше погіршується проникність атмосфери для інфрачервоного випромінювання.
• В океанах міститься близько 140 трильйонів тонн вуглекислого газу, який при підвищенні температури води також починає інтенсивно виділятися в атмосферу, сприяючи більш динамічному розвитку парникового процесу.
• Падіння відбиває здатності планети, що призводить до прискореного накопичення тепла її атмосферою. Цьому сприяє танення льодовиків і опустелювання земель.

Які фактори сповільнюють розвиток парникового ефекту?

Передбачається, що основне тепла течія - Гольфстрім - постійно сповільнюється. У перспективі це викличе значне зниження температури, що сповільнить ефект накопичення парникових газів. Крім цього на кожен градус загального потепління приблизно на 0,5% збільшується площа хмарності над всією територією планети, що сприяє значному зменшенню кількості тепла, яке Земля отримує з космосу.

Зверніть увагу: суть парникового ефекту полягає в підвищенні загальної температури земної поверхні. Звичайно ж, нічого хорошого в цьому немає, але саме перераховані вище фактори нерідко сприяють і пом`якшення наслідків цього явища. В принципі, саме тому багато вчених і вважають, що сама тематика глобального потепління відноситься до категорії цілком природних явищ, які за всю історію Землі відбувалися регулярно.

Чим вище випаровуваність, тим більше стає щорічна кількість опадів. Це викликає як відновлення боліт, так і прискорене зростання флори, яка відповідає за утилізацію надлишків вуглекислого газу в атмосфері планети. Передбачається також, що увеличившееся кількість опадів в перспективі сприятиме значному розширенню площі мілководних тропічних морів.

Корали, які в них мешкають, є найважливішими утилізаторами вуглекислого газу. Будучи хімічно зв`язаний, він йде на будівництво їхніх скелета. Нарешті, якщо людство хоч трохи скоротить темпи вирубки лісів, то їх площа досить швидко відновиться, так як все той же вуглекислий газ є прекрасним стимулятором для поширення рослин. Так які можливі наслідки парникового ефекту?

Основні сценарії майбутнього нашої планети

У першому випадку вчені припускають, що глобальне потепління буде відбуватися досить повільно. І у такої точки зору є чимало прихильників. Вони вважають, що Світовий океан, який є гігантським акумулятором енергії, довгий час буде здатний поглинати надлишки тепла. Можливо, пройде не одне тисячоліття, перш ніж клімат на планеті дійсно зміниться докорінно.

Друга група вчених, навпаки, виступає за порівняно швидкий варіант катастрофічних змін. Ця проблема парникового ефекту в даний час вельми популярна, її обговорюють чи не на кожному науковому з`їзді. На жаль, доказів у зазначеній теорії вистачає. Вважається, що за останні сто років концентрація вуглекислого газу зросла мінімум на 20-24%, а кількість метану в атмосфері так і зовсім збільшилася на 100%. У самому песимістичному варіанті вважається, що температура планети до кінця нинішнього століття цілком може вирости на рекордні 6,4 ° С.

Таким чином, в цьому випадку парниковий ефект в атмосфері Землі доставить попросту смертельні неприємності всім жителям прибережних територій.

Різке збільшення рівня Світового океану

Справа в тому, що подібні температурні аномалії чреваті вкрай різким і практично непрогнозованим підйомом рівня Світового океану. Так, з 1995 по 2005 рр. цей показник склав 4 см, хоча вчені навперебій заявляли, що не варто чекати підйому вище пари сантиметрів. Якщо все продовжиться в тому ж темпі, то до кінця 21 століття рівень Світового океану стане мінімум на 88-100 см більше сучасної норми. Тим часом, близько 100 мільйонів чоловік на нашій планеті живуть якраз на позначці в 87-88 см над рівнем океану.

Зниження відбиває здатності поверхні планети

Коли ми писали про те, в чому полягає парниковий ефект, у статті неодноразово згадувалося, що він стимулює подальше зниження відбивної здатності поверхні Землі, чому сприяють вирубка лісів і опустелювання.

Багато вчених свідчать, що крижана шапка на полюсах може знижувати загальну температуру планети мінімум на два градуси, а той лід, який покриває поверхню полярних вод, сильно гальмує процес викиду в атмосферу вуглекислого газу і метану. Крім того, в районі полярних крижаних шапок взагалі немає водяної пари, що суттєво стимулює глобальний парниковий ефект.

Все це так вплине на світовий кругообіг води, що частота смерчів, жахливих за своєю руйнівною силою ураганів і торнадо зросте в кілька разів, що зробить практично неможливим проживання людей навіть на тих територіях, які вельми віддалені від узбереж океанів. На жаль, перерозподіл води призведе і до протилежного явищу. Сьогодні посухи є проблемою 10% земної кулі, а в майбутньому кількість таких регіонів цілком може вирости відразу до 35-40%. Це сумна для людства перспектива.

Для нашої країни прогноз в цьому випадку куди сприятливіші. Кліматологи вважають, що більша частина території Росії буде цілком придатна для нормального землеробства, клімат стане набагато м`якше. Звичайно, більшу частину прибережних територій (а їх у нас багато) просто затопить.

Третій сценарій передбачає, що короткий період підвищення температури зміниться глобальним похолоданням. Ми вже говорили про уповільнення Гольфстріму, про наслідки. Уявіть, що це тепла течія повністю зупиниться ... Звичайно, до подій, описаних у фільмі «Післязавтра», справа не дійде, але на планеті точно стане значно холодніше. Ненадовго, втім.

Деякі математики дотримуються теорії (змодельованої, природно), згідно з якою парниковий ефект на Землі призведе до того, що років на 20-30 клімат у Європі стане нітрохи не тепліше, ніж в нашій країні. Вони ж припускають, що після цього продовжиться потепління, сценарій якого описаний в другому варіанті.

Висновок

Як би там не було, але хорошого в прогнозах учених не так вже й багато. Залишається тільки сподіватися на те, що наша планета являє собою більш складний і досконалий механізм, ніж ми собі уявляємо. Бути може, настільки сумних наслідків вдасться уникнути.