Причины, современное состояние и пути решения проблемы усиления парникового эффекта

Размещено на http://www.allbest.ru/

29

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Сибирский Государственный Университет Путей Сообщения

Кафедра «Таможенное дело»

Дисциплина «Национальная безопасность»

Курсовая работа

на тему «Причины, современное состояние и пути решения проблемы усиления парникового эффекта»

Выполнила

Ст. Группы ТД-313

Проверил:

Гурунян Т.В.

Новосибирск 2011Содержание

Введение

1. Сущность парникового эффекта

1.1. Количественное определение парникового эффекта

1.2. Природа парникового эффекта

1.3. Исторические сведения

2. Причины и последствия парникового эффекта

2.1. Причины возникновения парникового эффекта

2.2. Парниковые газы

2.3. Последствия парникового эффекта

3. Пути решения проблемы усиления парникового эффекта

3.1. Исследования изменения климата

3.2. Решение проблемы изменения климата в разных странах

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Ученые предрекают всей Земле глобальное изменение климата. «Что-то неладное творится с погодой!». Об этом судачат на скамейках старики. Об этом же рассуждают на своих семинарах и конференциях солидные ученые. Старожилы с удивлением замечают, что перестали сбываться многочисленные народные приметы типа: «Если лето было холодным, то зима...». Словно, в природе происходят процессы, которые уже не вписываются в прежние схемы и формулы. Аномальные и достаточно мощные обычные землетрясения, грандиозные наводнения и ураганы стали частыми гостями во многих странах мира, которые раньше о таких бедах знали лишь понаслышке.

Да, что там говорить, -- изменения климата заметны любому. Как говорят пожилые люди, в начале 60-х годов в Томске мороз в 45° был делом обычным. В 70-е падение столбика термометра ниже отметки 30° мороза уже вызывал смущение в умах сибиряков. Последнее десятилетие все реже пугает такими холодами. Туфли и ботинки уверенно утвердили себя вместо валенок и унтов. Особенно показательным стал «теплый сезон» 1997 г., который начался в апреле, а закончился в октябре. Зато нормой стали сильнейшие ураганы, которые разрушают крыши домов, ломают деревья, обрывают линии электропередач. Еще 25 лет назад в Томской области подобные явления были большой редкостью!

1 СУЩНОСТЬ ПАРНИКОВОГО ЭФФЕКТА

Парникомвый эффемкт -- повышение температуры нижних слоёв атмосферы планеты по сравнению с эффективной температурой, то есть температурой теплового излучения планеты, наблюдаемого из космоса.

1.1 Количественное определение парникового эффекта

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 (см. таблицу 1, температуры даны в Кельвинах, - средняя максимальная температура (полдень на экваторе), - средняя минимальная температура).

Таблица 1

Планета	Атм. давление у поверхности, атм.						ДT
Венера	90	231	735	504	-	-	-
Земля	1	249	288	39	313	200	113
Луна	0			0	393	113	280
Марс	0,006	210	218	8	300	147	153

1.2 Природа парникового эффекта

Парниковый эффект атмосфер обусловлен их различной прозрачностью в видимом и дальнем инфракрасном диапазонах. На диапазон длин волн 400--?1500 нм (видимый свет и ближний инфракрасный диапазон) 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 () 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 -- H₂O, CO₂, CH₄ 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.

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.

1.3 Исторические сведения

Обычно люди представляют атмосферу Земли как некий общий безразмерный и неисчерпаемый резервуар, из которого каждое государство и хозяйствующий субъект вправе брать без меры содержащиеся в нем ресурсы кислорода, азота и других газов, и, без меры же, выбрасывать в него разнообразные отходы. Получается, что, с одной стороны, атмосфера Земли, содержащая пусть значительные, но конечные и невосполняемые ресурсы, принадлежит всему человечеству, а с другой -- не принадлежит никому. В чем суть существующей экологической ситуации и почему она особенно опасна в сфере выбросов углекислого газа и других парниковых газов в атмосферу Земли, речь идет ниже.

В природе существуют два принципиально разных, скорее противоположных и самостоятельных биологических «технологических» процесса, которые, вместе с тем, между собой взаимосвязаны. Один, восстановительный по отношению к кислороду, происходит в растительных формах путем разделения углекислого газа на составляющие при помощи фотосинтеза с потреблением солнечной энергии и выделением кислорода в качестве «отхода» этой природной технологии. Без углекислого газа растения существовать не могут. Другой процесс, восстановительный по отношению к углекислому газу, и окислительный, расходный по отношению к кислороду, существует в двух основных видах: в форме гниения и распада органических остатков после гибели растений, естественного окисления химических элементов, горения при пожарах и в факелах, техногенных процессах в двигателях, в химических и иных технологиях, и в виде жизнедеятельности живых организмов, существующих в воздушной и водной среде. Эти процессы происходят с потреблением кислорода и выделением углекислого газа как отхода таких технологий. Без кислорода живые организмы, включая человека, существовать не могут, также как не могут осуществляться упоминавшиеся техногенные процессы.

Здесь понятие «технологии» трактуется расширительно, путем распространения его на естественные (природные) технологии, существующие и развивающиеся без участия человека, по сравнению с «искусственными» технологиями, созданными человеком.

Оба этих процесса по «производству» и потреблению основных животворящих компонентов -- углекислого газа и кислорода -- не сбалансированы. Выделение кислорода при функционировании растений и его потребление после гибели, при гниении, распаде, горении растений, как показывают исследования, примерно равны. Этот остаточный и реликтовый процесс кругооборота углекислого газа и кислорода в природе в настоящее время обслуживает лишь сам себя и в лучшем случае охватывает незначительное количество названных ресурсов (сравните 0,03% содержания углекислого газа и 21% свободного кислорода в атмосфере Земли). Это указывает на то, что растительный мир в его современном виде никак не может выполнять и не выполняет приписываемую ему функцию «легких планеты». Если же предположить, что происходит дополнительное накопление кислорода в атмосфере за счет фотосинтеза растений, то в этом случае излишнее количество углеродных остатков должно накапливаться и сейчас в форме образования новых месторождений горючих ископаемых, однако этого не наблюдается, кроме незначительных количеств торфа. Кроме того, следует учитывать и общий незначительный объем регулируемого ресурса -- 0,03% СО2 в атмосфере.

Потребление кислорода животными формами и названными ранее техногенными процессами происходит за счет его ранее накопленных запасов, образованных в предыдущих, уже прошедших эволюционных периодах Земли, что нарушает современный углеродный и кислородный балансы в ее атмосфере.

Динамика содержания углекислого газа и кислорода в атмосфере Земли в результате биологических процессов в разные периоды ее эволюции, которая оказывала решающее влияние на экологические условия и формирование биологических форм, чрезвычайно важна для понимания нынешней экологической и энергетической ситуации.

Согласно существующей эволюционной концепции, в ранние периоды после образования Земли ее атмосфера была бескислородной и содержала большое количество углекислого газа, аммиака, водяных паров и других газов. Состав водной среды также существенно отличался от современного. В связи с этим возникает вопрос, откуда появился свободный кислород в таком большом количестве, с учетом того, что он является химически наиболее активным неметаллом после фтора? Какие процессы обусловили возникновение и интенсивный рост кислородной составляющей в атмосфере и что можно ожидать в будущем, по мере развития цивилизации?

Представим в общих чертах изменение углеродно-кислородной ситуации на разных этапах биологической эволюции Земли.

На самых ранних этапах, продолжающихся, однако, достаточно долго содержание углекислого газа в атмосфере было определяющим и в любом случае составляло не менее половины содержания газов в атмосфере, что обусловило ряд важных для нашего случая явлений: мощного парникового эффекта и повышенных по сравнению с современными температурами и давлением у поверхности Земли, зарождение жизни в растительных формах, ее территориальное распространение и быстрый рост интенсивности биологических процессов, непосредственное химическое взаимодействие углекислого газа с элементами земной коры и образование разнообразных карбонатных горных пород.

В связи с тем, что на начальных этапах жизнь была бескислородной, она существовала в исключительно растительных формах с преобладанием процессов фотосинтеза. Доказано, что в докембрии (3,5-4 млрд. лет начального этапа) зародилась жизнь и постепенно возникла кислородная атмосфера, однако отсутствовали белковые формы жизни и скелетная фауна. Ясно, что на начальных этапах биологические процессы не были сбалансированы. Древние растения в процессах выживания и отбора, изменяясь по видам, формам, функционально, неизменно разлагали углекислый газ, имевшийся в избытке, на составляющие -- кислород, попадавший в атмосферу, и углеродно-водородную составляющую, попадавшую преимущественно в земную кору, дошедшую до нас в виде месторождений горючих ископаемых. В таких условиях жизнь на начальных этапах эволюции Земли была представлена исключительно в растительных и безбелковых формах, имела повсеместное распространение как в водной среде, так и на суше. Об этом свидетельствуют бесчисленные месторождения горючих ископаемых под дном полярных морей, подо льдом Антарктиды, в экваториальных и других районах Земли.

Важным является также то, что практически все углеродно-водородные остатки не только накапливались, но и сами видоизменялись, приобретая разные формы, так как имели разный возраст, состояли из остатков разных растительных форм. В это время на Земле не было ни процессов гниения, ни окисления, ни пожаров, так как содержание кислорода в атмосфере и водной среде еще не достигло критических величин (15-18%). Поэтому не существовало и животных биологических форм. Вместе с тем, процессы фотосинтеза существовали в формах, на порядки более интенсивных, чем современные, из-за высокого содержания углекислого газа в атмосфере и более высоких давлений и температур у поверхности Земли и в водной среде.

Накопление отходов древних биологических процессов в виде кислорода и уменьшение содержания углекислого газа в атмосфере Земли постепенно снижали парниковый эффект, понижали температуру поверхности Земли и водной среды и замедляли интенсивность процессов фотосинтеза растений. И только примерно 0,8-1,0 млрд. лет тому назад после достижения критической концентрации кислорода в атмосфере и в водной среде появились простейшие живые микроорганизмы, которые в целом не нарушили общей тенденции процессов уменьшения концентрации углекислого газа, наращивания запасов кислорода в атмосфере и в водной среде и горючих ископаемых в земной коре. При достижении концентрации кислорода более критической создались условия для непрерывного устойчивого горения и появления пожаров, что впоследствии послужило начальным толчком для развития человеком энергетических технологий. И только в эпоху, непосредственно предшествующую появлению динозавров, то есть 300 -- 350 млн. лет тому назад, природа, наконец, «изобрела» технологии переработки зеленой массы и клетчатки растений и превращения ее в пищу растительноядных животных, технологии гниения и распада растений после их гибели в примерно современном виде. В это же время состав атмосферы и водной среды приобрел пропорции, соответствующие современным.

2 ПРИЧИНЫ И ПОСЛЕДСТВИЯ ПАРНИКОВОГО ЭФККТА

2.1 Причины возникновения парникового эффекта

Прежде всего надо понять, что происходит в природе. А происходит следующее. Во-первых, надежно зарегистрирован ежегодный рост концентрации диоксида углерода (СО2,) в атмосфере. Измерения начались в 1958 г. на станции Мауна-Лоа, расположенной на склоне крупнейшего в мире действующего вулкана с тем же названием, находящегося на Гавайских островах, а сейчас они проводятся на более чем десятке станций, разбросанных по всему миру.

Рис. 1. Изменение концентрации СО2 в атмосфере (в единицах 10-6) по данным различных станций мониторинга:

Колд Бей (550 с. ш., 1620 з. д.)

Океанская станция М (660 с. ш.,2.60 в. д.)

Молд Бей (760 с. ш., 1190 з. д.)

Мауна-Лоа (190 с.ш., 1550 з. д.).

Во-вторых, последние десятилетия действительно растет средняя глобальная температура атмосферы (хотя это оспаривается рядом ученых). Но достоверной причинно-следственной связи роста концентрации СО2, в атмосфере с происходящим потеплением не установлено. Мы не знаем, действительно ли наблюдаемое потепление происходит из-за роста СО2, или у него другие причины.

В-третьих, как показывает статистика, наряду с потеплением усиливаются аномалии климата, и это усиление значительно. Оно проявляется, в частности, в том, что в разных частях мира отмечаются как аномальная жара, так и аномальные морозы. В одно и то же время в одних местах идут мощные дожди (с наводнениями или селями), в других - на фоне невиданной жары сильнейшая засуха. Последние годы дали нам немало примеров этих печальных событий, так что сегодня практически каждый из нас в той или иной мере на себе ощутил последствия таких аномалий.

Во второй половине XX века началось резкое увеличение содержания в атмосфере так называемых парниковых газов - диоксида углерода, метана, оксида азота, фреонов и озона. Эти вещества действуют так же, как окна теплицы: пропускают сквозь себя солнечные лучи, но не дают теплу нагретой Земли рассеиваться в пространство. Все эти газы, как, оказалось, хорошо пропускают солнечные лучи к земной поверхности и заметно поглощают длинноволновое тепловое излучение поверхности Земли и нижних слоев атмосферы. Часть этого поглощённого теплового излучения возвращается обратно к земной поверхности, создавая парниковый эффект. Содержание таких газов в атмосфере увеличивается также из - за выжигания тропических лесов под пастбища. Лес играет важную роль в поглощении углекислого газа и выделение кислорода, а значит, регулирует глобальную температуру, и уменьшают парниковый эффект.

Постоянное повышение концентрации парниковых газов обусловлено рядом причин.

Основная масса диоксида углерода образуется при сжигании ископаемого топлива (уголь, нефть, природный газ), использование которого с каждым годом увеличивается. Ныне ежегодно выбросы СО₂ в атмосферу в мире составляют примерно 25 млрд. тонн, причем основной «вклад» (около 75% от общего количества выбросов) вносят промышленного развитые страны.

Постепенно в атмосфере увеличивается содержание метана (в среднем на 1% в год) связано с развитием интенсивного рисоводства, скотоводства, сжиганием биомассы.

Увеличение содержания в атмосфере оксида азота (примерно на 0,3% в год) объясняется в основном расширением производства и применения азотных удобрений в сельском хозяйстве.

С конца 50 - х годов в промышленном производстве стали, широко применятся фреоны (хлорфторуглероды), и в настоящее время выброс их в мире достигает 1,4 млн. тонн в год, с тенденцией ежегодного увеличения выбросов на 4%. Так, вычислено, что воздействие 1 молекулы метана в 25 раз интенсивнее, чем 1 молекулы СО₂, а молекула фреона активнее в 11 тыс. раз! Поэтому быстрый рост в атмосфере концентраций метана и фреонов гораздо опаснее, чем увеличение содержания углекислого газа.

Если текущие темпы сохранятся, то содержание углекислого газа в атмосфере увеличится вдвое к 2060 году по сравнением с доиндустриальным уровнем, а к концу столетия - в четыре раза. Это очень обеспокоивает, так как жизненный цикл СО₂ в атмосфере составляет более ста лет, по сравнению с восьмидневным циклом водяного пара.

2.2 Парниковые газы

Парниковые газы -- газы, которые предположительно вызывают глобальный парниковый эффект.

Основными парниковыми газами, в порядке их оцениваемого воздействия на тепловой баланс Земли, являются водяной пар, углекислый газ, метан, озон, галоуглероды и оксид азота.

Водяной пар

Водяной пар -- основной естественный парниковый газ, ответственный более, чем за 60 % эффекта. Прямое антропогенное воздействие на этот источник незначительно. В то же время, увеличение температуры Земли, вызванное другими факторами, увеличивает испарение и общую концентрацию водяного пара в атмосфере при практически постоянной относительной влажности, что, в свою очередь, повышает парниковый эффект. Таким образом, возникает некоторая положительная обратная связь.

Метан

Гигантский выброс метана, скопившегося под морским дном, 55 миллионов лет назад разогрел Землю на 7 градусов Цельсия.

То же самое может произойти и сейчас - это предположение подтвердили исследователи из HАСА. Используя компьютерные симуляции древнего климата, они пытались лучше понять роль метана в его изменении. Сейчас большинство исследований парникового эффекта фокусируется на роли углекислого газа в этом эффекте, хотя потенциал метана по удержанию тепла в атмосфере превышает способности углекислого газа в 20 раз.

Разнообразные бытовые приборы, работающие на газе, вносят свою долю в увеличение содержания метана в атмосфере

За последние 200 лет содержание метана в атмосфере увеличилось более чем в 2 раза благодаря разложению органических останков в болотах и сырых низменностях, а также утечек с созданных человеком объектов: газовых трубопроводов, угледобывающих шахт, в результате увеличения ирригации и выделения газов домашним скотом. Hо существует еще один источник метана - разлагающиеся органические остатки в океанических отложениях, сохранившиеся в замерзшем виде под морским дном.

Обычно низкие температуры и высокое давление удерживают метан под океаном в стабильном состоянии, однако так дела обстояли не всегда. В периоды глобального потепления, как, например, термический максимум позднего палеоцена, имевший место 55 миллионов лет назад и продолжавшийся 100 тысяч лет, движение литосферных плит, в частности, индийского субконтинента, привело к падению давления на морском дне и могло вызвать большой выброс метана. Когда атмосфера и океан начали нагреваться, выбросы метана могли увеличиться. Некоторые ученые полагают, что нынешнее глобальное потепление может привести к развитию событий по этому же сценарию - если океан существенно прогреется.

Когда метан попадает в атмосферу, он вступает в реакцию с молекулами кислорода и водорода, в результате чего возникают углекислый газ и водяной пар, каждый из которых способен вызывать парниковый эффект. По ранее сделанным прогнозам весь выброшенный метан превратится в углекислый газ и воду примерно через 10 лет. Если это так, то увеличение концентрации углекислого газа станет основной причиной нагревания планеты. Однако попытки подтвердить рассуждения ссылками на прошлое не увенчались успехом - следов увеличения концентрации углекислого газа 55 миллионов лет назад не обнаружено.

Использовавшиеся в новом исследовании модели показали, что при резком возрастании уровня метана в атмосфере содержание в ней реагирующих с метаном кислорода и водорода снижается (вплоть до прекращения реакции), а остальной метан сохраняется в воздухе сотни лет, сам по себе становясь причиной глобального потепления. А этих сотен лет вполне достаточно, чтобы разогреть атмосферу, растопить лед в океанах и изменить всю климатическую систему.

Основными антропогенными источниками метана являются пищеварительная ферментация у скота, рисоводство, горение биомассы (в т. ч. сведение лесов). Как показали недавние исследования, быстрый рост концентрации метана в атмосфере происходил в первом тысячелетии нашей эры (предположительно в результате расширения сельхозпроизводства и скотоводства и выжигания лесов). В период с 1000 по 1700 годы концентрация метана упала на 40 %, но снова стала расти в последние столетия (предположительно в результате увеличения пахотных земель и пастбищ и выжигания лесов, использования древесины для отопления, увеличения поголовья домашнего скота, количества нечистот, выращивания риса). Некоторый вклад в поступление метана дают утечки при разработке месторождений каменного угля и природного газа, а также эмиссия метана в составе биогаза, образующегося на полигонах захоронения отходов

Углекислый газ

Источниками углекислого газа в атмосфере Земли являются вулканические выбросы, жизнедеятельность организмов, деятельность человека. Антропогенными источниками является сжигание ископаемого топлива, сжигание биомассы (в т. ч. сведение лесов), некоторые промышленные процессы (например производство цемента). Основными потребителями углекислого газа являются растения. В норме биоценоз поглощает приблизительно столько же углекислого газа, сколько и производит (в т. ч. за счет гниения биомассы).

Влияние диоксида углерода на интенсивность парникового эффекта.

Многое еще должно быть изучено о круговороте углерода и роли Мирового океана как огромного хранилища углекислого газа. Как было сказано выше, человечество каждый год добавляет 7 миллиардов тонн углерода в форме СО₂ к имеющимся 750 миллиардам тонн. Но только около половины наших выбросов - 3 миллиарда тонн - остаются в воздухе. Это можно объяснить тем, что большая часть СО₂ используется земными и морскими растениями, хоронится в морских осадочных породах, поглощается морской водой или по другому абсорбируется. Из этой большой части СО₂ (около 4 миллиардов тонн) океаном поглощается около двух миллиардов тонн атмосферного диоксида углерода каждый год.

Все это увеличивает число не отвеченных вопросов: Как именно морская вода взаимодействует с атмосферным воздухом, поглощая СО₂ ? Сколько еще углерода могут поглотить моря, и какой уровень глобального потепления может повлиять на их емкость? Какова способность океанов поглощать и сохранять тепло, задержанное изменением климата?

Роль облаков и суспензированных частиц в воздушных потоках, называемых аэрозолями не просто учесть при построении климатической модели. Облака затеняют земную поверхность, приводя к похолоданию, но в зависимости от их высоты, плотности и других условий, они так же могут задерживать тепло, отраженное от земной поверхности, повышая интенсивность парникового эффекта. Действие аэрозолей также интересно. Некоторые из них изменяют водяной пар, конденсируя его в маленькие капельки, образующие облака. Эти облака очень плотные и затеняют поверхность Земли неделями. То есть они блокируют солнечный свет, пока не выпадут с осадками.

Комбинированный эффект может быть огромен: извержение вулкана Пинатуба в 1991 в Филиппинах выбросило в стратосферу колоссальный объем сульфатов, что явилось причиной всемирного понижения температуры, которое длилось два года.

Таким образом, наши собственные загрязнения, вызванные, главным образом, сжиганием серосодержащего угля и масел, могут временно сгладить эффект глобального потепления. Специалисты оценивают, что в течение ХХ века аэрозоли снизили объем потепления на 20 %. В общем, температура поднималась с 1940-х, но с 1970 года снизилась. Эффект аэрозолей может помочь объяснить аномальное похолодание в середине прошлого века.

В 2006 году выбросы углекислого газа в атмосферу составили 24 миллиарда тонн. Очень активная группа исследователей возражает против мнения о том, что одной из причин глобального потепления является деятельность человека. По ее мнению, главное заключается в естественных процессах изменения климата и повышении солнечной активности. Но, по словам Клауса Хассельмана, руководителя Немецкого климатологического центра в Гамбурге, только 5 % можно объяснить природными причинами, а остальные 95 % - это техногенный фактор, вызванный деятельностью человека.

Некоторые ученые также не связывают увеличение объема СО₂ с повышением температуры. По словам скептиков, если винить в повышении температуры увеличение выбросов СО₂ , то температура должна была подняться в течение послевоенного экономического бума, когда ископаемое топливо сжигалось в огромных количествах. Однако Джерри Мэлмен, директор Геофизической лаборатории динамики жидкостей, вычислил, что увеличение использование угля и масел быстро увеличило содержание серы в атмосфере, вызывая похолодание. После 1970 года термический эффект длинного жизненного цикла СО₂ и метана подавил быстро распадающиеся аэрозоли, вызывая повышение температуры. Таким образом, можно заключить, что влияние диоксида углерода на интенсивность парникового эффекта огромно и неоспоримо.

Однако увеличивающийся парниковый эффект может не быть катастрофическим. В самом деле, высокие температуры могут приветствоваться там, где они достаточно редки. С 1900 года наибольшее потепление наблюдается от 40 до 70 ⁰ северной широты, включая Россию, Европу, северную часть США, где раньше всего начинались промышленные выбросы парниковых газов. Большая часть потепления относится к ночному времени, прежде всего, из-за увеличения облачного покрова, который задерживал исходящее тепло. Как следствие посевной сезон увеличился на неделю.

Более того парниковый эффект может быть хорошей новостью для некоторых фермеров. Высокая концентрация СО₂ может иметь положительный эффект на растения, так как растения используют углекислый газ в процессе фотосинтеза, превращая его в живую ткань. Следовательно, больше растений означает больше поглощения СО₂ из атмосферы, замедляя глобальное потепление.

Это явление было исследовано американскими специалистами. Они решили создать модель мира с двойным содержанием СО₂ в воздухе. Для этого они использовали четырнадцатилетний сосновый лес в Северной Калифорнии. Газ нагнетался через трубки, установленные среди деревьев. Фотосинтез увеличился на 50-60 %. Но эффект вскоре стал обратным. Задыхающиеся деревья не справлялись с таким объемом углекислого газа. Преимущество в процессе фотосинтеза было потеряно. Это еще один пример как человеческие манипуляции приводят к неожиданным результатам.

Но эти небольшие положительные аспекты парникового эффекта не идут ни в какое сравнение с отрицательными. Взять хотя бы опыт с сосновым лесом, где объем СО₂ был увеличен вдвое, а к концу этого века прогнозируется увеличение концентрации СО₂ в четыре раза. Можно представить какими катастрофическими могут быть последствия для растений. А это в свою очередь повысит объем СО₂ , так как чем меньше растений, тем больше концентрация СО₂ .

2.3 Последствия парникового эффекта

парниковый эффект газы климат

С повышением температуры увеличится испарение воды из океанов, озер, рек и т.д. Так как нагретый воздух может содержать в себе больший объем водяного пара, это создает мощный эффект обратной связи: чем теплее становится, тем выше содержание водяного пара в воздухе, а это, в свою очередь, увеличивает парниковый эффект.

Человеческая деятельность мало влияет на объем водяного пара в атмосфере. Но мы выбрасываем другие парниковые газы, что делает парниковый эффект все более и более интенсивным. Ученые считают, что увеличение объема выбросов СО₂, в основном от сжигания ископаемого топлива, объясняет, по крайней мере, около 60 % потепления на Земле, наблюдавшегося с 1850 года. Концентрация диоксида углерода в атмосфере возрастает примерно на 0,3 % в год, и сейчас составляет примерно на 30 % выше, чем до индустриальной революции. Если это выразить в абсолютных измерителях, то каждый год человечество добавляет примерно 7 миллиардов тонн. Несмотря на то, что это небольшая часть по отношению ко всему количеству углекислого газа в атмосфере - 750 миллиардов тонн, и еще меньшая по сравнению с количеством СО₂, содержащимся в Мировом океане - примерно 35 триллионов тонн, она остается весьма значительной. Причина: естественные процессы находятся в равновесии, в атмосферу поступает такой объем СО₂, который оттуда изымается. А человеческая деятельность только добавляет СО₂.

3 ПУТИ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ УСИЛЕНИЯ ПАРНИКОВОГО ЭФФЕКТА

3.1 Исследования изменения климата

В современное время становится популярным изобретение разных компьютерных моделей изменения климата на Земле. Они основаны на вариантах взаимодействия различных климатических факторов, таких как почва, воздух, вода, ледники и солнечная энергия. Эти общие циркуляционные модели состоят из уравнений, показывающие изученные зависимости атмосферной физики и океанической циркуляции.

Для каждой части планеты ученые рассчитали эффект таких факторов как температура, вращение Земли, часть поверхности выше уровня моря и другие климатические условия.

Но насколько правдоподобны эти проекты ? Совершенной считается модель, если при введение информации о климатических условий на Земле несколько сотен лет назад она выдает точное описание сегодняшнего климата. Очень редко сегодняшние модели выдают результат сопоставимый с настоящим глобальным климатом без различных неточностей.

От части это объясняется тем, что только самые мощные компьютеры могут справиться с этой задачей. А от части - тем, что некоторые аспекты климатического изменения не до конца изучены. Создатели моделей предупреждают, что их создания еще не достаточно совершенны, чтобы определять детальный эффект в конкретных регионах. Модели разбивают всю поверхность Земли на квадраты со стороной обычно 200 км, но такие факторы как океанические бури, шторм и облачная активность действуют на значительно меньших участках. В этих случаях модели могут определять примерный результат.

Компьютерные модели обычно проектируют парниковый эффект в далеком будущем, и они все лучше и лучше приспосабливаются к быстро растущему объему знаний человечества. К тому же невероятно сложно правильно учесть влияние человека на всемирные колебание климата.

Согласно Кевину Тренберту, ведущему американскому специалисту в Национальном центре атмосферных исследований в Колорадо, все компьютерные модели предсказывают глобальное потепление, но они могут определить только пределы изменения температуры. Потепление может составить один градус Цельсия в этом веке, или оно может быть в более чем в три раза больше. «Использование таких моделей - это важный и незаменимый инструмент, - говорит Тренберт, - но они не могут решить проблему парникового эффекта».

3.2 Решение проблемы изменения климата в разных странах

В результате антропогенных выбросов парниковых газов изменяется климат, что ведет к негативным последствиям практически во всех областях деятельности человека.

В России изменения климата отразятся на сельском, лесном и водном хозяйстве. В зоне вечной мерзлоты, (а это около 55% площади всей страны), в результате таяния льдов при потеплении климата станет разрушаться хозяйственная инфраструктура, будет нанесен ущерб добывающей промышленности, транспортным, энергетическим системам, коммунальному хозяйству. Подъём уровня Мирового океана приведет к затоплению береговой зоны, будут затоплены населенные пункты, пострадает лесное хозяйство, живой и растительный мир. Изменение климата повлияет и на здоровье человека, возможно распространение многих видов заболеваний.

В 1992 г. страны - члены ООН подписали Конвенцию ООН об изменении климата, которая ратифицирована Россией 4 ноября 1994 г. и вступила в силу 6 марта 1995 г. Цель Конвенции - добиться стабилизации парниковых газов в атмосфере на уровне, которое бы не допускало опасного антропогенного воздействия на климат Земли.

В 1996 г. правительство России приняло федеральную целевую программу ''Предотвращение опасных изменений климата и их отрицательных воздействий''.

Суммарные промышленные выбросы углерода в России в 1990 г. составили около 650-700 млн. т. Наиболее загрязняющими атмосферу отраслями являются топливно-энергетическая, нефтехимическая, металлургическая и транспортная.

Воздействие энергетики на состояние воздушного бассейна определяются в основном видом сжигаемого топлива. Выбросы электростанций, потребляющих уголь, составляют 139 млн.кг в год окислов серы, 21 млн. кг окислов азота, 5 млн. кг твердых частиц.

Черная металлургия - следующий по интенсивности источник загрязнения атмосферы. Огромную роль в загрязнении атмосферы играют выбросы сталеплавильных цехов.

Большое количество углеводородов содержится в выбросах нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Выброс в атмосферу вредных веществ на нефтеперерабатывающих заводах происходит из-за недостаточной герметизации оборудования.

Один из главных источников загрязнения атмосферы углекислым газом - автомобильный транспорт. Автомобиль можно назвать химической фабрикой на колесах. На долю автомобиля приходится 60% всех вредных веществ в городском воздухе. Автомобильные выхлопные газы - смесь примерно 200 веществ. В них содержатся углеводороды, - не сгоревшие или не полностью сгоревшие компоненты топлива, доля которых резко возрастает, если автомобиль работает на малых оборотах или в момент увеличения скорости на старте, т.е. во время заторов или у красного сигнала светофора.

Есть несколько путей борьбы с этим видом загрязнений: техническое совершенствование двигателей, топливной аппаратуры, электронных систем подачи топлива; повышение качества топлива, снижение содержания токсичных веществ в выхлопных газах в результате применения дожигателей топлива, каталитических катализаторов; использование альтернативных видов топлива.

Отработанные газы автомашин можно обезвредить с помощью специальных устройств в системе выпуска двигателя автомобиля, называемых нейтрализаторами. Пламенный нейтрализатор - устройство для обезвреживания

Отработанных газов двигателя автомобиля дожиганием в открытом пламени. Термический нейтрализатор - термоаккумулирующее устройство для нейтрализации отработанных газов двигателя автомобиля методом беспламенного сжигания. Жидкостный нейтрализатор - устройство для обезвреживания отработанных газов автомобилей с помощью химического связывания жидкостными реагентами.

Избавит население от выхлопных газов электрический транспорт.

Рядом экологов была выдвинута разумная идея ''налога на выделенную углекислоту''. Страна, не зависимо от уровня индустриального развития, получит определенную квоту на производство СО₂. Богатые страны смогут покупать квоты на выбросы углекислоты у более бедных стран. Такие рыночные отношения смогли бы помочь, например, Бразилии получить дополнительные средства на борьбу с уничтожением тропического леса. Этот налог помог бы повысить инвестиции в разработку альтернативных источников энергии.

Первый налог на производство углекислоты был введен Швецией в 1990 г. Министерство по защите окружающей среды выполнило задачу снизить к 2000 г. в стране эмиссию СО₂ на 2,5% .Введен так же налог на сжигание угля, нефти и природного газа.

В России отрыт способ утилизации углекислого газа с использованием новейших технологий. Двуокись углерода извлекается из дымовых газов. Операцию проводят методом газоразделения с помощью ионообменных мембран, при этом концентрация углекислоты доводится до 98-99%. Очищенный двуокись углерода закачивают в хранилища, откуда он поступает на дальнейшую переработку.

На следующей стадии углекислый газ смешивают с парами воды и подвергают элекрохимическому разложению в процессе электролиза. В результате реакции при высокой температуре (1100-1150⁰С) на аноде выделяется сверхчистый кислород, а на катоде - смесь окиси углерода и водорода, т.е. синтез-газ, служащий основным сырьем для производства углеводородных соединений, всего спектра современных искусственных материалов - от синтетического бензина и дизельного топлива до изделий из полимеров (пластмасс, лаков, красок, растворителей и т.п.). Эта технология для получения углеводородов из диоксида углерода не имеет мировых аналогов.

Введение новых технологий снизит накопление углекислого газа в атмосфере, поможет создать альтернативное сырьё для синтеза органических веществ, а значит решить важные экологические проблемы.Заключение

В последнее время проблема парникового эффекта становится все более и более острой. Климатическая обстановка в мире требует принятия безотлагательных мер. Доказательством этому могут служить некоторые последствия парникового эффекта, проявляющиеся уже сегодня.

Важно понимать, что парниковый эффект на Земле был всегда. Без парникового эффекта, обусловленного наличием углекислого газа в атмосфере, океаны давно бы замерзли, и высшие формы жизни не появились бы.

В настоящее время научные дебаты о парниковом эффекте идут по вопросу глобального потепления: не слишком ли мы, люди, нарушаем энергетический баланс планеты в результате сжигания ископаемых видов топлива и прочей хозяйственной деятельности, добавляя при этом излишнее количество углекислого газа в атмосферу? Сегодня ученые сходятся во мнении, что мы ответственны за повышение естественного парникового эффекта на несколько градусов. Деятельность человека столь грандиозна по размаху, что уже приобрела глобальный природообразующий масштаб. До сих пор мы по преимуществу искали, как можно больше взять у природы. И поиск в этом направлении будет продолжаться. Но наступает пора столь же целеустремленно поработать и над тем, как отдать природе то, что мы у нее забираем. Нет сомнения, что гений человечества способен решить и эту грандиозную задачу.

Список используемой литературы

Gorshkov V.G., Gorshkov V.V., Makarieva A.M. Biotic Regulation of the Environment: Key Issue of Global Change. Chichester: Springer; Praxis Publ., 2005. 367 p.

IPCC. Climate Change 2004: Radiative forcing of climate change and an evaluation of the IPSS IS92 Emission Scenarios / J.T. Houghton, L.G. Meira-Filho, J.Bruce et al. Eds. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2004. 339 p.

Kondratyev K.Ya. Climatic effects of aerosols and clouds. Chichester: Springer; Praxis Pub'l., 1999. 264 p.

Агесс П. Ключи к экологии С.-П.: Гидрометеоиздат, 2002

Боголюбов С.А. Экология М.: Знание, 2007.

Журнал «National Geografic» Май 1998 г.Vol. 193, NO. 5, 155 с.

Журнал «Экология и жизнь» № 1 (18)/2001

Зубаков В.А. «XXI - сценарий будущего: анализ последствий глобального экологического кризиса» СПб ГМТУ 20055 г. 255 с.

Костенко О.К. Экология М.: Аквариум, 2007.

Ливчак И.Ф., Воронов Ю.В., Стрелков Е.В. «Охрана окружающей среды» М, Колос 20055 г, 265 с.

Миллер Т. «Спешите спасти планету» М, Прогресс-Пангея 2004 г, 336 с.

Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек М.: Гранд, 2003

Уорнер С. «Загрязнение воздуха, источники и контроль» М, Мир 2006 г. 640 с.

Размещено на http://www.allbest.ru/