Автор парникового эффекта. Механизм и последствия парникового эффекта

Современная цивилизация оказывает на природу сильное влияние. Как правило, негативное. Вырубка лесов, осушение болот и постоянный выброс в атмосферный воздух огромного количества вреднейших веществ – вот далеко не полный перечень «добродетелей» человечества. Многие считают, что к этой же категории принадлежит и парниковый эффект. Так ли все на самом деле?

Историческая справка

Кстати, а кем был автор парникового эффекта (то есть тем, кто открыл данное явление)? Кто впервые описал указанный процесс и рассказал о его влиянии на окружающую среду? Подобная идея появилась в далеком 1827 году. Автором научной статьи был Жозеф Фурье. В своем труде он описывал механизмы формирования климата на нашей планете.

Необычность этой работы для того времени была в том, что Фурье рассматривал температурно-климатические особенности разных поясов Земли. Вот кем был автор парникового эффекта, который впервые смог дать объяснение опыту Соссюра.

Эксперимент Соссюра

Чтобы убедиться в своих выводах, ученый использовал опыт М. де Соссюра, в котором используется сосуд, покрытый изнутри сажей, горловина которого закрыта стеклом. Де Соссюр ставил эксперимент, при проведении которого постоянно замерял температуру внутри и снаружи банки. Разумеется, она непрестанно повышалась именно во внутреннем объеме. Фурье впервые смог объяснить это явление совместным действием сразу двух факторов: блокированием теплообмена и различной проницаемостью стенок сосуда для световых лучей с разной длиной волны.

Механизм его довольно прост: при нагревании температура поверхности увеличивается, поглощается видимый свет, начинает излучаться тепло. Так как материал прекрасно пропускает видимый свет, но практически не проводит тепло, последнее аккумулируется во внутреннем объеме сосуда. Как видите, механизм парникового эффекта легко может быть обоснован каждым человеком, который изучал стандартный курс физики в школе. Явление достаточно простое, но сколько же бед оно приносит нашей планете!

Возникновение термина

Стоит знать, что Жозеф Фурье – автор парникового эффекта в плане его первоначального описания в литературе. Но кто придумал сам термин? Увы, на этот вопрос ответа мы уже наверняка не получим. В поздней литературе феномен, который был открыт Фурье, получил свое современное название. Сегодня каждый эколог знает термин «парниковый эффект».

Но главным открытием Фурье стало обоснование фактической идентичности атмосферы Земли и обыкновенного стекла. Проще говоря, атмосфера нашей планеты отлично проницаема для видимого светового излучения, но она плохо пропускает его в инфракрасном диапазоне. Накопив тепло, Земля практически не отдает его. Вот кем был автор парникового эффекта. Но почему возникает данный эффект?

Да, мы описали примитивный механизм его появления, но современная наука смогла доказать, что в обычных условиях ИК-лучи все же вполне свободно могут выходить за пределы планетарной атмосферы. Как же так получается, что природные механизмы регулировки «отопительного сезона» дают сбой?

Причины

В общем-то, мы достаточно подробно описали их еще в самом начале нашей статьи. Возникновению этого явления способствуют следующие факторы:

• Постоянное и неумеренное сжигание ископаемого топлива.
• В атмосферу планеты с каждым годом поступают все большие объемы промышленных газов.
• Леса постоянно вырубаются, их площади сокращаются из-за пожаров и деградации почвенного слоя.
• Анаэробное брожение, выброс метана со дна океанов.

Следует знать, что основными «виновниками», которые и запускают механизм парникового эффекта, являются пять следующих газов:

• Двухвалентный оксид углерода, он же углекислый газ. Парниковый эффект на 50% обеспечивается именно за его счет.
• Углеродные соединения хлора и фтора (25%).
• Диоксид азота (8%). Токсичный газ, типичный отход плохо оснащенных химических и металлургических производств.
• Приземный озон (7%). Несмотря на свою важнейшую роль в защите Земли от избыточного ультрафиолетового излучения, может способствовать задержанию тепла на ее поверхности.
• Приблизительно 10% метана.

Откуда эти газы попадают в атмосферу? Каково их действие?

- Углекислый газ. Именно он в больших объемах попадает в атмосферу, когда человек сжигает ископаемое топливо. Приблизительно треть от его избыточного (выше природного) уровня обусловлена тем, что человек интенсивно уничтожает леса. Ту же функцию выполняет и постоянно ускоряющийся процесс опустынивания плодородных земель.

Все это означает уменьшение количества растительности, способной эффективно поглощать углекислый газ, который во многих отношениях стимулирует парниковый эффект. Причины и последствия этого явления взаимосвязаны: с каждым годом объем выбрасываемого в атмосферу двухвалентного оксида углерода вырастает приблизительно на 0,5%, что стимулирует как дальнейшее накопление избыточного тепла, так и процессы деградации растительного покрова на поверхности планеты.

- Хлорфторуглероды. Как мы уже говорили, данные соединения на 25% обеспечивают парниковый эффект. Причины и последствия этого явления изучены уже достаточно давно. В атмосфере они появляются из-за промышленного производства, особенно устаревшего. Опасные и токсичные хладагенты содержат эти вещества в огромном количестве, а меры по предотвращению их утечек явно не дают ожидаемого результата. Последствия их появления еще страшнее:

• Во-первых, они крайне ядовиты для человека и животных, да и для флоры соседство с соединениями фтора и хлора не слишком полезно.
• Во-вторых, данные вещества могут значительно ускорять развитие парникового эффекта.
• В-третьих, они разрушают озоновый слой, который защищает нашу планету от агрессивного ультрафиолетового излучения.

- Метан. Один из наиболее важных газов, повышенное содержание которого в атмосфере подразумевает термин «парниковый эффект». Нужно знать, что всего за сто последних лет его объем в атмосфере планеты увеличился в два раза. В принципе, основная его масса поступает из вполне естественных источников:

• Рисовые поля в Азии.
• Животноводческие комплексы.
• Системы очистки бытовых стоков крупных поселений.
• При гниении и разложении органики в глубине болот, на свалках.

Имеются сведения о том, что выбросы немалых количеств метана происходят из глубин Мирового океана. Возможно, этот феномен объясняется жизнедеятельностью крупных колоний бактерий, для которых метан является основным побочным продуктом метаболизма.

Нужно особенно подчеркнуть «вклад» в развитие парникового эффекта со стороны нефтедобывающих предприятий: немалое количество этого газа выбрасывается в атмосферу в качестве побочного продукта. Кроме того, постоянно расширяющаяся пленка нефтепродуктов на поверхности Мирового океана также способствует ускоренному разложению органики, что сопровождается выбросами метана.

- Оксид азота. В больших объемах образуется в процессе многих химических производств. Он опасен не только самым активным участием в парниковом механизме. Дело в том, что при соединении с атмосферной водой это вещество образует самую настоящую азотную кислоту, пусть даже и в слабой концентрации. Именно отсюда берут начало все кислотные дожди, которые крайне негативно сказываются на здоровье людей.

Теоретические сценарии глобальных климатических пертурбаций

Так каковы глобальные последствия парникового эффекта? Сложно сказать об этом наверняка, так как ученые пока что далеки от однозначного вывода. В настоящее время существует сразу несколько сценариев. Для разработки компьютерных моделей учитывается множество различных факторов, которые могут ускорять или замедлять развитие парникового эффекта. Давайте рассмотрим катализаторы этого процесса:

• Выделение описанных выше газов вследствие техногенной деятельности человека.
• Выброс СО₂ из-за термического разложения природных гидрокарбонатов. Интересно знать, что в коре нашей планеты содержится углекислого газа в 50000 раз больше, чем в воздушном пространстве. Конечно же, речь идет о химически связанном оксиде углерода.
• Так как основные последствия парникового эффекта – повышение температуры воды и воздуха на поверхности планеты, усиливается испарение влаги с поверхности морей и океанов. Как следствие, еще более ухудшается проницаемость атмосферы для инфракрасного излучения.
• В океанах содержится порядка 140 триллионов тонн углекислого газа, который при повышении температуры воды также начинает интенсивно выделяться в атмосферу, способствуя более динамичному развитию парникового процесса.
• Падение отражающей способности планеты, что приводит к ускоренному накоплению тепла ее атмосферой. Этому способствует таяние ледников и опустынивание земель.

Какие факторы замедляют развитие парникового эффекта?

Предполагается, что основное теплое течение – Гольфстрим – постоянно замедляется. В перспективе это вызовет значительное снижение температуры, что замедлит эффект накопления парниковых газов. Помимо этого на каждый градус общего потепления приблизительно на 0,5% увеличивается площадь облачности над всей территорией планеты, что способствует значительному уменьшению количества тепла, которое Земля получает из космоса.

Обратите внимание: суть парникового эффекта заключается в повышении общей температуры земной поверхности. Конечно же, ничего хорошего в этом нет, но именно вышеперечисленные факторы нередко способствуют и смягчению последствий данного явления. В принципе, именно поэтому многие ученые и считают, что сама тематика глобального потепления относится к категории вполне естественных явлений, которые за всю историю Земли происходили регулярно.

Чем выше испаряемость, тем больше становится ежегодное количество осадков. Это вызывает как восстановление болот, так и ускоренный рост флоры, которая отвечает за утилизацию излишков углекислого газа в атмосфере планеты. Предполагается также, что увеличившееся количество осадков в перспективе будет способствовать значительному расширению площади мелководных тропических морей.

Кораллы, которые в них обитают, являются важнейшими утилизаторами углекислого газа. Будучи химически связан, он идет на постройку их скелета. Наконец, если человечество хоть немного сократит темпы вырубки лесов, то их площадь довольно быстро восстановится, так как все тот же углекислый газ является прекрасным стимулятором для распространения растений. Так каковы возможные последствия парникового эффекта?

Основные сценарии будущего нашей планеты

В первом случае ученые предполагают, что глобальное потепление будет происходить достаточно медленно. И у такой точки зрения есть немало сторонников. Они считают, что Мировой океан, который является гигантским аккумулятором энергии, долгое время будет способен поглощать избытки тепла. Возможно, пройдет не одно тысячелетие, прежде чем климат на планете действительно переменится коренным образом.

Вторая группа ученых, напротив, выступает за сравнительно быстрый вариант катастрофических изменений. Эта проблема парникового эффекта в настоящее время весьма популярна, ее обсуждают едва ли не на каждом научном съезде. К сожалению, доказательств у указанной теории хватает. Считается, что за последние сто лет концентрация углекислого газа выросла минимум на 20-24%, а количество метана в атмосфере так и вовсе увеличилось на 100%. В самом пессимистичном варианте считается, что температура планеты к концу нынешнего столетия вполне может вырасти на рекордные 6,4°С.

Таким образом, в этом случае парниковый эффект в атмосфере Земли доставит попросту смертельные неприятности всем жителям прибрежных территорий.

Резкое увеличение уровня Мирового океана

Дело в том, что подобные температурные аномалии чреваты крайне резким и практически непрогнозируемым подъемом уровня Мирового океана. Так, с 1995 по 2005 гг. этот показатель составил 4 см, хотя ученые наперебой заявляли, что не стоит ждать подъема выше пары сантиметров. Если все продолжится в том же темпе, то к концу 21 века уровень Мирового океана станет минимум на 88-100 см больше современной нормы. Между тем, около 100 миллионов человек на нашей планете живут как раз на отметке в 87-88 см над уровнем океана.

Снижение отражающей способности поверхности планеты

Когда мы писали о том, в чем заключается парниковый эффект, в статье неоднократно упоминалось, что он стимулирует дальнейшее снижение отражающей способности поверхности Земли, чему способствуют вырубка лесов и опустынивание.

Многие ученые свидетельствуют, что ледяная шапка на полюсах может снижать общую температуру планеты минимум на два градуса, а тот лед, который покрывает поверхность полярных вод, сильно тормозит процесс выброса в атмосферу углекислого газа и метана. Кроме того, в районе полярных ледяных шапок вообще нет водяного пара, который существенно стимулирует глобальный парниковый эффект.

Все это так повлияет на мировой круговорот воды, что частота смерчей, чудовищных по своей разрушительной силе ураганов и торнадо вырастет в несколько раз, что сделает фактически невозможным проживание людей даже на тех территориях, которые весьма удалены от побережий океанов. К сожалению, перераспределение воды приведет и к противоположному явлению. Сегодня засухи являются проблемой 10% земного шара, а в будущем количество таких регионов вполне может вырасти сразу до 35-40%. Это печальная для человечества перспектива.

Для нашей страны прогноз в этом случае куда благоприятнее. Климатологи считают, что большая часть территории России будет вполне пригодна для нормального земледелия, климат станет намного мягче. Конечно, большую часть прибрежных территорий (а их у нас много) попросту затопит.

Третий сценарий предполагает, что краткий период повышения температуры сменится глобальным похолоданием. Мы уже говорили о замедлении Гольфстрима, о последствиях. Вообразите, что это теплое течение полностью остановится… Конечно, до событий, описанных в фильме «Послезавтра», дело не дойдет, но на планете точно станет значительно холоднее. Ненадолго, впрочем.

Некоторые математики придерживаются теории (смоделированной, естественно), согласно которой парниковый эффект на Земле приведет к тому, что лет на 20-30 климат в Европе станет ничуть не теплее, чем в нашей стране. Они же предполагают, что после этого продолжится потепление, сценарий которого описан во втором варианте.

Вывод

Как бы там ни было, но хорошего в прогнозах ученых не так уж много. Остается только надеяться на то, что наша планета представляет собой более сложный и совершенный механизм, чем мы себе представляем. Быть может, столь печальных последствий удастся избежать.