"Парниковый эффект" как глобальная проблема изменения климата Земли

Под "парниковым эффектом" принято называть постепенное потепление климата Земли вследствие увеличения в атмосфере концентрации парниковых газов (С02, СН4 и др.), которые, пропуская солнечное излучение к земной поверхности, препятствующих пропуску длинноволнового излучения с поверхности Земли в космос. Как правило, проблему парникового эффекта соотносят с антропогенной деятельностью, хотя это утверждение неоднозначно.

 

Тепловой баланс Земли характеризуют величиной Альбедо. Во величине Альбедо понимают отношение количества энергии, излучаемой Землей в космос к количеству энергии, поступающей к поверхности Земли от Солнца.

 

Величина Альбедо для Земли в среднем составляет ~ 30-35%. В то же время, для черноземов эта величина составляет 10%, а для чистого снежного слоя - 90%. Это говорит о динамичности этой величины в разные периоды года, а также о возможности изменения величины Альбедо во времени, в том числе и под влиянием хозяйственной деятельности человека, например, вследствие опыления поверхности снежного слоя, уменьшение площадей покрытых снегом земель.

 

Понятие климата является достаточно сложным, но еще сложнее есть понятие изменения климата. Во климатом принято называть совокупность абиотических факторов (температура, влажность, продолжительность светового дня), которые доминируют на определенном участке Земли. Климат значительно влияет на все процессы в биосфере, такие как почвообразования, адаптация живых организмов и т.п.. Когда речь идет об изменении климата Земли, то ими можно считать последовательные необратимые изменения параметров (температуры, влажности и т.п.) в ту или иную сторону, которые наблюдаются в течение многолетнего периода. Если эти изменения являются относительно краткосрочными, то их считают колебаниями климата.

 

В историческом плане климат Земли многократно менялся, ведь неоднократно изменялись химический состав атмосферы и другие параметры, но даже за последние тысячу лет эти изменения имели место. Так, по некоторым литературным данным, на территории Европы до Средиземноморья, до н.э. климат был суров и преобладали широколиственные растения умеренного климата (бук, граб, дуб и т.п.). Постепенное потепление климата на территории Европы способствовало распространению субтропической растительности в период "до раннего средневековья. Но постепенное похолодание климата, которое продолжалось вплоть до XVI века, негативно отразилось на субтропической растительности, стало причиной значительного сокращении лесов Средиземноморья. Безусловно, эти изменения климата имели естественную причину, ведь уровень антропогенной нагрузки на природные экосистемы на тот период не был таким значительным. Следующее потепление климата Земли началось с конца XVIII начала XIX века и продолжается до сегодняшнего времени.

 

Примером региональных, но в то же время фундаментальных, изменений климата острова Гренландия и Исландия. Название острова Гренландия (Greenland - зеленая земля) указывает на то, что остров когда-то был покрыт растительностью, но сегодня это ледовый остров с толщиной льда до 300 м. Название острова Исландия (Iceland - ледяная земля) указывает на то, что остров был покрыт льдом , но сегодня это процветающий остров. Какова причина этих явлений? Ряд ученых предпочитают естественным причинам этих явлений. Так, определяющего влияния на климат этих регионов оказывает теплое атлантическое течение Гольфстрим. По историческим данным, когда-то эта теплое течение доходила до берегов Гренландии, что могло способствовать смягчению климата на острове, но вследствие дрейфа североамериканской платформы, в первую очередь выдвижение в Атлантический океан полуострова Флорида, направление движения теплого течения изменился в сторону Европы, это способствовало смягчению европейского климата, в том числе и на острове Исландия. Следовательно, такие кардинальные изменения климата на островах Гренландия и Исландия вызваны естественными причинами.

 

Но что же такое "парниковый эффект" и действительно ли это явление можно уважить глобальной проблемой изменения климата Земли? Каковы причины этого явления? Эти вопросы, безусловно, сложными.

 

Впервые на проблему повышения среднегодовой температуры обратил внимание французский математик Ж.Фур 'у, 1824 году. Именно в этот период началось потепление европейского климата. Английский физик Дж.Тиндаль в 1869 году своими исследованиями показал, что диоксид углерода может экранировать инфракрасное излучение Земли подобно водяному пару. В конце XIX века, шведский химик С.Аррениус выдвинул идею о возможности изменения климата вследствие увеличения количества тепла, поступающего в атмосферу. Кроме того, Аррениус обратил внимание на увеличение концентрации диоксида углерода в атмосфере в результате хозяйственной деятельности человека. Идея о том, что увеличение концентрации диоксида углерода в атмосфере может влиять на климат в сторону его потепления принадлежит английскому геологу Р.Шерлоку.

 

По данным центра исследований и прогноза климата в Великобритании, изменение среднегодовой температуры на земле носит колебательный характер, даже в течение относительно небольшого промежутка времени (XX век). Первый максимум потепления климата Земли в XX веке наблюдался в конце 30-х и начале 40-х годов, когда среднегодовая температура поднялась на 0,6 ° С по сравнению с XIX веком. Далее до середины 60-х годов отмечалось некоторое похолодание климата на 0,3 ° С, а затем началось постепенное рост среднегодовой температуры, на Земле, которое продолжается и до сегодняшнего времени. По данным Национального агентства США по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА), за период XX века среднегодовая температура Земли выросла на 0,8 ° С, причем наиболее интенсивный рост температуры наблюдается с начала 90-х годов. В то же время, повышение среднегодовой температуры имеет свои особенности:

 

- Во-первых, ощутимым потепление стало, преимущественно, в умеренных широтах, где оно значительно выше, чем в экваториальной зоне;

 

- Во-вторых, в северном полушарии повышение среднегодовой температуры более ощутимым, чем в южном полушарии. Разница составляет ~ 0,3 ° С;

 

- В-третьих, над континентами повышение температуры составляет ~ 1,6 ° С, а над Мировым океаном только 0,6 ° С.

 

Причин этого явления может быть несколько и, к сожалению, они объясняются крайне противоположными теориями.

 

Ряд ученых видят основную причину "парникового эффекта" в увеличении концентрации в атмосфере диоксида углерода и это, прежде всего, связывают с хозяйственной деятельностью человека, в частности, использованием органических топлив. Это стало причиной принятия конвенции ООН по парниковым газам (Протокол Киото). Украина также подписан этот протокол, вступивший в действие с 2005 года. В то же время, диоксид углерода относят к переменным компонентов атмосферы. Хотя сегодня его среднее содержание в атмосфере составляет ~ 0,033% об., В течение года он меняется: максимум приходится на весну, а минимум

 

- На осень. По данным ряда ученых, в течение года содержание диоксида углерода в атмосфере колебался в пределах 0,028-0,035 Об.%. Если же рассмотреть изменение содержания диоксида углерода в течение существования планеты Земля, то максимальное его содержание составлял ~ 0,4 Об.%, А среднее содержание ~ 0,13 Об.%, Что в несколько раз выше современного.

 

Ученые провели прогнозирования изменения среднегодовой температуры Земли, с учетом современной тенденции, и пришли к выводу, что к 2025 году среднегодовая температура атмосферы вырастет на 1,5 - 2,0 ° С, по сравнению с данными XIX века, и это может иметь как отрицательные , так и позитивные последствия.

 

Среди глобальных негативных последствий "парникового эффекта", в первую очередь, выделяют возможность повышения уровня Мирового океана в условиях потепления климата нашей планеты. Причинами этого явления есть возможность таяния материковых и морских ледников, а также тепловое расширение океана. Моделирование последствий повышения уровня Мирового океана показали, что при повышении среднегодовой температуры атмосферы на 1,5-2,0 ° С уровень Мирового океана может подняться на 1,0-2,0 м. Это обострит как социальные, так и экологические проблемы, связанные с реальной возможность подтопления около ЗО стран мира (ограничение площади территории стран, затопления наземной растительности и последствия этого процесса).

 

К негативных глобальных последствий "парникового эффекта" относят возможность смещения климатических поясов, тоже представляет определенную опасность. Во-первых, это может быть причиной распространения ряда инфекционных болезней особенно тех, которые распространяются насекомыми и грызунами. Во-вторых, смена климатической зоны является нежелательной для растений, ведь определенные виды растений приспособлены к определенным условиям среды. Сокращение ресурсов флоры будет иметь катастрофические последствия для биосферы.

 

Кроме того, выделяют ряд региональных проблем, связанных с потеплением климата Земли. Это, во-первых, увеличение сезонного протаювання почв в зонах вечной мерзлоты, что может стать причиной активизации процессов термокарства, заболачивание и ухудшение состояния лесов. Такие явления могут стать причинами разрушения дорог, зданий и т.п.. Во-вторых, это проблема регулирования речного стока при топке материковых ледников. Вначале могут возникнуть проблема паводков, а затем проблема уменьшения речного стока.

 

В то же время, выделяют и ряд позитивных последствий "парникового эффекта". Это, во-первых, рост влажности климата, вследствие увеличения испарения с поверхности Мирового океана в условиях потепления. Во-вторых, повышение температуры воздуха и рост в нем концентрации диоксида углерода может увеличить производительность процесса фотосинтеза, то есть, способствовать росту биопродуктивности флоры. Это, в свою очередь, повысит эффективность ведения сельского хозяйства, ведь ожидается значительный рост урожайности в С3-растений (пшеница, картофель, подсолнечник, сахарная свекла и др.) и положительные морфологические изменения в С4-растений (кукуруза, просо и др.). Повышение урожайности сельскохозяйственных культур позволит решить пищевую проблему, которая является крайне острой в условиях демографического взрыва. И наконец, смягчения зим будет способствовать уменьшению расхода топлива на отопление зданий, что будет в целом иметь положительное влияние на экологическую ситуацию регионов.

 

Безусловно, учитывая положительные и отрицательные последствия "парникового эффекта" трудно определиться относительно катастрофичности этого явления. Возможно изменения климата и, обусловленные им изменения в растительном и животном мире, является продолжением эволюции и мы, люди, отождествляем и сопоставляем проблему изменения климата со своими соображениями, а они могут быть ложными. Любое изменение в окружающей среде, которая грозит человечеству должно рассматриваться как негативное. Так или иначе, проблему "парникового эффекта" следует рассматривать с разных точек зрения, а решение проблемы минимизации антропогенного воздействия на природную среду необходимо с загальноекологичних соображений.

 

В то же время, существуют другие мнения относительно причин потепления климата Земли, а также о связи "парникового эффекта" с изменением климата Земли.

 

Термодинамические расчеты, проведенные украинскими учеными академиком НАН Украины С.В.Волковим и профессором Л.Х.Козиним показывают, что роль диоксида углерода в потеплении климата несколько преувеличена. Если принять во внимание, что на внешний слой атмосферы Земли ежесекундно поступает от Солнца 1,67 х1014 кДж энергии и, за счет рассеивания, теряется ~ 57% этой энергии, очевидным становится то, что поверхности Земли достигает только 43% энергии Солнца. Следует отметить, что около 7% энергии отражается обратно в космическое пространство, составляет ~ 1,17 х1013 кДж. Приняв во внимание, что среднее содержание диоксида углерода в атмосфере составляет 0,033% об., Энергия, которая может быть задержана за счет поглощения этим газом инфракрасного излучения Земли оценивается ~ 1,64 x108 кДж. Эта величина в 7,1 З 104 раз меньше величину энергии, что отражается поверхностью Земли.

 

Следовательно, более опасным является воздействие на величину Альбедо Земли из-за загрязнения снежного или ледового слоя земной поверхности, что уменьшает ее отражающие характеристики.

 

Ряд ученых считают, что поглощение энергии молекулой С02 приведет к ее возбуждения (СО *) и возможного распада на оксид углерода (СО) и атомарный кислород (О '), причем этот процесс сопровождается излучением энергии. Речь идет о цепные реакции, в результате которых возможно самонагревания атмосферы, при росте концентрации С02 в атмосферном воздухе. Учитывая, что энергия, которую может поглотить молекула С02, значительно меньше энергии

 

излучения при распаде этой молекулы вместе с энтропийной составляющей (ТхДЗ), процесс самонагревания атмосферы невозможно.

 

Украинскими учеными показано, что роль диоксида углерода как причины "парникового эффекта" несколько преувеличена.

 

Еще Вернадский отмечал, что растительный мир Земли способен переработать значительно большее количество диоксида углерода, чем она есть в воздухе современной атмосферы. Кроме того, в период повышения содержания диоксида углерода наблюдался "расцвет всех форм земной жизни". Количество биологических видов, которые используют диоксид углерода является значительным, обеспечивающий круговорот углерода в природе, а колебания биоритмов характерно для природы.

 

На стабилизацию экологической ситуации живыми организмами отмечает российский ученый профессор В.Г.Горшков. Им показано это на примерах различных процессов в биосфере, в том числе и на примере регулирования содержания диоксида углерода в атмосфере. Отмечается важная роль Мирового океана в регулировании концентрации диоксида углерода в атмосфере. Так, в пределах Мирового океана, концентрация диоксида углерода значительно выше, чем равновесная его концентрации в воздухе при нормальных условиях, но этот факт справедлив для глубин океана. В пределах Мирового океана запасы диоксида углерода ~ на два порядка больше, чем его количество в современной атмосфере. Биотой океана, в частности, фитопланктоном и высшими водными растениями, регулируется концентрация диоксида углерода в поверхностных слоях Мирового океана, а затем и в атмосферном воздухе. На рис. 2.1. показано распределение содержания диоксида углерода в пределах Мирового океана по сравнению с его содержанием в атмосферном воздухе (за В.Г.Горшковим).