Что такое паровой эффект
Парниковый эффект: для чего он нужен и как влияет на изменение климата
Что такое парниковый эффект?
Парниковый эффект — это естественное явление, которое повышает температуру на нашей планете для комфортного существования.
Как он возникает? На нашу планету поступает солнечная радиация, которая нагревает поверхность. Излучение от солнца коротковолновое, поэтому парниковые газы, которые находятся вокруг Земли, свободно пропускают его. Какую-то незначительную часть солнечного света могут отразить обратно аэрозоли, которые находятся вместе с парниковыми газами в атмосфере Земли.
В свою очередь, когда планета нагревается, она отдает тепловую радиацию — инфракрасное излучение (длинные волны). Но так как излучение длинноволновое, то парниковые газы не дают полностью ему улететь в космос. Частично тепловому излучению все же удается обойти парниковые газы, но значительная доля отражается обратно, что и повышает температуру на Земле.
Первым, кто описал парниковый эффект, стал французский ученый Жан-Батист Жозеф Фурье в 1824 году, его же называют автором термина.
Какие на Земле есть основные парниковые газы
Углекислый газ (CO2) — считается важнейшим парниковым газом антропогенного происхождения. Углекислый газ возникает и естественным путем при круговороте углерода, но именно человек увеличил его концентрацию в атмосфере на 47% с момента индустриальной революции. [1]
Закись азота (N2O) образуется при сжигании твердых отходов и ископаемого топлива. Значительная часть N2O идет от сельского хозяйства.
Синтетические химические вещества, например, гидрофторуглероды, галогенированные углеводороды, гексафторид серы и другие синтетические газы. Основной источник — это химическая промышленность.
Озон (O3) — естественным образом встречается в стратосфере и тропосфере Земли и не вызывает значительного парникового эффекта. [2]
Водяной пар — по объему занимает первое место среди всех парниковых газов, однако прямые выбросы водяного пара влияют на парниковый эффект наименьшим образом. [3]
Самый сильный парниковый эффект в Солнечной системе существует на Венере. Атмосфера планеты практически полностью состоит из углекислого газа, поэтому температура на поверхности Венеры достигает 475℃.
Причины парникового эффекта
Земля постоянно получает и отдает энергию. По закону сохранения энергии все это должно пребывать в радиационном балансе. Но человек своими действиями вывел систему из баланса. Когда объем парниковых газов увеличивается, они все чаще и чаще не позволяют теплу покинуть атмосферу Земли. Получается, что даже то инфракрасное излучение, которое когда-то улетало в космос, теперь частично остается с нами — глобальная температура повышается.
Ученые пришли к выводу, что средняя температура на Земле выросла на 1,1℃ с конца XIX века. [5] Разница всего в 4℃ ранее приводила к ледниковым эпохам, поэтому эта цифра не такая уж и маленькая. Сложился научный консенсус, что в резком росте парниковых газов в атмосфере виновата хозяйственная деятельность человека. [6]
Что усиливает парниковый эффект:
Наибольший парниковый эффект вызывает сжигание топлива, его добыча и транспортировка, производство сырья (цемент, сталь и другие металлы), пищевая промышленность, захоронение и сжигание отходов. На них приходится примерно 70% всех глобальных антропогенных выбросов. [7]
Ученые вывели потенциал глобального потепления, который позволяет сравнить климатические эффекты парниковых газов за различные периоды времени. Например, 1 кг метана поглощает тепловое излучение в 84 раза лучше, чем 1 кг CO2, если брать 20-летний период. [8]
У газов разное время жизни, например, у метана оно составляет около 12 лет, у N2O — 114 лет. [9] Часть антропогенных выбросов углекислого газа удаляются из атмосферы в течении нескольких десятилетий, но значительная часть остается в атмосфере вплоть до нескольких тысячелетий.
Последствия парникового эффекта
Изменение температуры прямо пропорционально радиационному воздействию. Ученые уже подсчитали, что если количество CO2 удвоится, это вызовет потепление от 1,5°C до 4,5°C — это так называемая чувствительность климата. Уже сейчас концентрация углекислого газа в 1,5 раза выше доиндустриального уровня. [10]
Некоммерческий исследовательский центр Oxford Economics опубликовал исследование о влиянии глобального потепления на экономику. Ученые взяли за основу показатель оптимальной температуры, при которой люди работают максимально производительно, а сельскохозяйственные культуры дают наибольший урожай. Эксперты определили этот показатель в 15°C. Государства, в которых среднегодовая температура ниже этого значения, могут получить небольшие преимущества от потепления. Страны с более жарким климатом, наоборот, понесут ущерб.
В ходе исследования специалисты из Oxford Economics проанализировали данные о положении в 203 развитых и развивающихся странах и спрогнозировали падение мирового ВВП на 20% к 2100 году. Такой вывод основан на предположении, что средняя температура продолжит расти с такой же скоростью, что и сейчас (примерно на 0,2°C в десятилетие). Выводы специалистов из Oxford Economics подтверждают результаты более раннего исследования, которое в 2015 году опубликовали ученые из Стэнфордского университета и Калифорнийского университета в Беркли.
По мнению экспертов из Oxford Economics, больше всего пострадает экономика Индии: ВВП на душу населения в стране упадет на 90% к 2100 году, если выбросы парниковых газов в атмосферу не снизятся. Специалисты также предположили, каким мог бы быть этот показатель в разных странах, если бы средняя температура была на 1,1°C ниже. Согласно прогнозу, он был бы значительно выше. Например, ВВП на душу населения в Нигерии мог бы быть на 35% больше, чем сейчас.
Пути решения
Существует множество путей решения проблемы, которые можно условно разделить на фантастические и реальные.
К фантастическим относится предложение распылить частички серебра в стратосфере, чтобы те отражали как можно больше солнечного света. Так Солнце не будет нагревать нашу планету, а та в свою очередь меньше будет отдавать тепла. По этой же причине некоторые ученые предлагают искусственно вызывать облака, так как они способны отражать солнечный свет, поступающий на Землю. [11]
Что можно реально делать уже сейчас, чтобы парниковый эффект не навредил нам в будущем:
Парниковый эффект, глобальное потепление и альтернативная энергетика
В мировом топливно-энергетическом балансе заметную роль играет органическое топливо (главным образом, уголь и природный газ). При сжигании этого топлива в воздушное пространство попадают химические вещества, оказывающие экологическое влияние на биосферу, в том числе — двуокись углерода (С O2 ), или углекислый газ, повышение концентрации которого в атмосфере вызывает глобальные изменения климата Земли в связи с так называемым «парниковым эффектом».
Парниковые газы и парниковый эффект
Сущность парникового эффекта состоит в том, что насыщенный углекислотой воздух, хорошо пропуская солнечную радиацию, задерживает тепловое излучение земного шара. В результате температура воздушной оболочки планеты повышается.
Парниковый эффект — это процесс, в котором газы вызывают поглощение и излучение инфракрасного излучения и, таким образом, нагрев нижних слоев атмосферы и поверхности Земли.
Явление парникового эффекта было впервые описано Джозефом Фурье в 1824 году, более подробно описано в 1860 году Джоном Тиндалем. Впервые количественно он был количественно определен Сванте Аррениусом в 1896 году, когда он заявил, что удвоение концентрации CO2 повысит температуру поверхности на 4 °C.
Промышленная революция нарушила естественный углеродный цикл, поскольку она начала поставлять в атмосферу большое количество углекислого газа и других парниковых газов.
Концентрации других природных парниковых газов также увеличились с 1750 года: метана с 700 до 1800 частей на миллиард, закиси азота с 270 до 320 частей на миллиард и тропосферного озона с 25 до 34 частей на миллиард. Фреоны также попали в воздух, хотя их концентрации на несколько порядков ниже, они оказывают сильное относительное влияние.
С 1961 по 1990 год наблюдалось постепенное уменьшение количества солнечного света, падающего на поверхность земли, явление, известное как глобальное затемнение, обычно приписываемое аэрозолям от сжигания ископаемого топлива и биотоплива. Тропосферные аэрозоли остаются в атмосфере всего около недели, в то время как стратосферные аэрозоли могут оставаться в атмосфере в течение нескольких лет.
Наблюдаемые изменения температуры
Многие независимо созданные наборы данных подтверждают, что в период с 1880 по 2012 год средняя глобальная температура поверхности (поверхности и океана) увеличилась на 1,0 (0,8–1,2) °C. Между 1906 и 2005 годами средняя температура поверхности Земли увеличилась на 0,74 ± 0,18 °C. Скорость потепления почти удвоилась во второй половине этого периода (0,13 ± 0,03 °C за десятилетие по сравнению с 0,07 ± 0,02 °C за десятилетие).
Хотя средства массовой информации часто называют повышение средней температуры атмосферы мерой глобального потепления, большая часть дополнительной энергии, накопленной в климатической системе с 1970 года, аккумулировалась в океанах.
Двадцать из двадцати одного самого теплого года за последние 150 лет были зарегистрированы с 2000 года. Семь самых теплых лет приходились на последние семь лет (последние данные за 2020 год). Самыми теплыми годами в истории измерений были 2016 и 2020 годы с той же рекордной температурой.
Хотя рекордные годы вызывают значительный общественный интерес, отдельные годы менее значимы для глобального потепления, чем общая тенденция.
Айсберг у города Ферриленд, Ньюфаундленд и Лабрадор
Поскольку Солнце является основным источником энергии Земли, изменения падающего солнечного света напрямую влияют на климатическую систему.
Интенсивность солнечной радиации измеряется напрямую со спутников, а косвенные измерения доступны с начала 17 века. Эти записи не показывают тенденции к увеличению количества солнечной энергии, попадающей на Землю, поэтому Солнце не может нести ответственность за фактическое потепление.
Еще одним доказательством того, что глобальное потепление не вызвано Солнцем, является изменение температуры в разных слоях атмосферы Земли.
Согласно основным физическим принципам, парниковый эффект вызывает нагревание нижней атмосферы (тропосферы), но в то же время охлаждение верхней атмосферы (стратосферы). Если флуктуации солнечной активности были ответственны за наблюдаемое потепление, можно было бы ожидать потепления как тропосферы, так и стратосферы, но это не так.
Расчеты с использованием климатических моделей показали, что к 2030 г. средняя глобальная температура воздуха у земной поверхности может повыситься не менее чем на 1 °С, к 2050 г. — на 1,5 °С, а к 2100 г. — на 2 °С. При этом потепление в высоких широтах окажется в несколько раз больше, чем в низких.
Кроме того, повышение температуры будет сопровождаться увеличением интенсивности гидрологического цикла. Так, при росте средней глобальной температуры воздуха на 3 °С средние скорости испарения и выпадения осадков возрастут на 6—7 %.
Водяной пар, так же как и углекислый газ, является важным фактором, управляющим температурой атмосферы. Повышение температуры в приземном слое увеличит влажность воздуха, что, соответственно, приведет к усилению парникового эффекта. В связи с этим температура у поверхности Земли будет расти значительно быстрее.
Средняя приземная температура по сравнению с температурой климата доиндустриального периода может увеличиться к 2050 году на 5 °С.
Очевидно, что увеличивая концентрацию СО2 в атмосфере, мы серьезно рискуем нарушить устойчивость климата. Возможные последствия изменение режима осадков и испарений, отступление снеговой линии, таяние ледников, нестабильность ледяного покрова, изменение циркуляции между атмосферой и океаном.
Наиболее серьезным проявлением глобального потепления является повышение температуры океанов, поскольку они захватывают около 93% увеличения тепловой энергии климатической системы Земли, создаваемой антропогенными парниковыми газами.
Конечно, интенсивная антропогенная деятельность (урбанизация, сокращение лесных массивов и др.) может привести к увеличению способности Земли отражать электромагнитные излучения и, в результате, к снижению парникового эффекта и его последствий. Но даже если прирост средних температур окажется на 1 — 2 °С ниже расчетного, все равно это такое изменение условий существования, к которому человечеству трудно приспособиться.
К тому же изменения будут носить долгосрочный характер, так как однажды достигнутый уровень концентрации СО2 в атмосфере останется высоким по крайней мере на протяжении нескольких столетий.
Приведенный прогноз можно отнести к числу наиболее реалистичных на сегодняшнем уровне знаний. В то же время, необходимо отметить, что до сих пор нет исчерпывающих сведений о природном цикле углерода.
Поэтому исключительную роль приобретают исследования газообмена между атмосферой и океаном. Ведь океан — основной естественный источник углерода, а также хранилище излишков индустриального СО2. Однако именно роль океана как поглотителя СО2 из атмосферы пока еще не окончательно выяснена.
Все перечисленные эффекты и оценка их последствий показывают, что энергетика при планируемых темпах ее развития становится серьезным климатообразующим фактором
Естественный парниковый эффект Земли имеет решающее значение для поддержания жизни. Человеческая деятельность, особенно сжигание ископаемого топлива и вырубка лесов, усиливает парниковый эффект и вызывает глобальное потепление.
В августе 2021 года в Шестом оценочном докладе Межправительственной группы экспертов по изменению климата говорилось: «Совершенно очевидно, что влияние человека согрело атмосферу, океан и сушу. Произошли обширные и быстрые изменения в атмосфере, океане, криосфере и биосфере».
Эти выводы приняты академиями наук всех крупных промышленно развитых стран и не оспариваются никакими государственными или международными научными организациями.
Возможные реакции общества на глобальное потепление включают смягчение последствий изменения климата за счет сокращения выбросов парниковых газов и адаптацию к глобальному потеплению путем создания систем, устойчивых к его последствиям, например, путем строительства плотин в ответ на повышение уровня моря.
Смягчение последствий изменения климата
Почти все страны мира являются участниками Рамочной конвенции ООН об изменении климата. Конечной целью Конвенции является стабилизация атмосферных концентраций парниковых газов на уровне, который предотвратил бы опасное вмешательство человека в климатическую систему.
Прежде всего н еобходимо обеспечить такое развитие энергетики, при котором изменения климата не выйдут за пределы допустимых (определяемых климатологами). Для реализации этого решения придется рассредоточить энергетические мощности, размещать их в наименее «чувствительных» климатических районах, разрабатывать новую технологию и создавать системы улавливания СО 2.
Примеры смягчения последствий включают также переход к источникам энергии с низким содержанием углерода, таким как возобновляемые источники энергии, а также расширение лесов и других поглотителей для удаления большего количества углекислого газа из атмосферы. Энергоэффективность также может играть важную роль.
В основе большинства предложений лежит сокращение выбросов парниковых газов за счет сокращения потерь энергии и перехода на низкоуглеродные источники энергии.
Поскольку затраты на сокращение выбросов парниковых газов в энергетическом секторе кажутся ниже, чем в других секторах, таких как транспортный сектор, энергетический сектор может обеспечить наибольшее пропорциональное сокращение выбросов углерода в рамках экономически эффективной климатической политики.
Другие часто обсуждаемые средства включают накопление энергии, повышение экономии топлива в автомобилях (что включает использование гибридных электромобилей), зарядку гибридных автомобилей и электромобилей низкоуглеродной электроэнергией.
Многие энергетические технологии могут способствовать смягчению последствий изменения климата. Они включают возобновляемые источники энергии, такие как солнечная энергия, энергия приливов, энергия океана, геотермальная энергия и энергия ветра.
Альтернативные источники энергии
Опасения по поводу глобального потепления и необходимость сокращения выбросов углекислого газа являются движущей силой растущего роста отрасли возобновляемых источников энергии.
Использование возобновляемых источников энергии растет намного быстрее, чем можно было ожидать.
Глобальное потепление и другие экологические и экономические проблемы побудили многие страны стремиться к стопроцентному использованию возобновляемых источников энергии в энергобалансе к 2030 году. Препятствия на пути реализации плана использования возобновляемых источников энергии считаются «прежде всего социальными и политическими, а не технологическими или экономическими».
На национальном уровне возобновляемые источники энергии уже составляют более 20% от общего объема энергоснабжения как минимум в 30 странах мира.
Некоторые страны с благоприятными географическими и геологическими условиями и подходящим климатом уже получают большую часть своей электроэнергии из возобновляемых источников энергии, таких как геотермальная энергия в Исландии (100%) и гидроэлектростанции в Бразилии (85%), Австрии (62%), Новой Зеландии (65%) и Швеции (54%).
При этом ветровая энергия составляет значительную долю электроэнергии в некоторых регионах: например, 14% в американском штате Айова, 40% в северном немецком штате Шлезвиг-Гольштейн и 20% в Дании.
Во всем мире полностью установленный солнечный водонагреватель нагревает горячую воду для более чем 70 миллионов домашних хозяйств.
Альтернативные источники энергии
Энергоэффективность и экономия энергии
Энергоэффективность является целью сокращения количества энергии, необходимой для производства продуктов и услуг. Например, теплоизоляция дома позволяет использовать меньше энергии для нагрева и охлаждения для достижения и поддержания комфортной температуры.
Установка светодиодных ламп или естественных световых люков снижает количество энергии, необходимое для достижения того же уровня освещения, по сравнению с использованием традиционной лампочки. Светодиодные лампы потребляют в десять раз меньше энергии, чем обычные лампы накаливания, и служат в 25 раз дольше.
Энергоэффективность оказалась рентабельной стратегией построения экономики без необходимости увеличения энергопотребления.
Например, в штате Калифорния в середине 1970-х годов начали внедрять меры по повышению энергоэффективности, включая строительные стандарты и стандарты для электроприборов со строгими требованиями к эффективности. В последующие годы потребление энергии в Калифорнии на душу населения оставалось примерно таким же, в то время как потребление энергии в США удвоилось.
Примерами экономии без повышения эффективности являются отопление помещений до более низкой температуры зимой, отказ от использования электрического кондиционера в жару, меньшее количество поездок (на машине) или работа в менее освещенном помещении.
Как и в случае с другими определениями, грань между энергоэффективностью и энергосбережением может быть размыта, но обе концепции важны для окружающей среды и экономики. Это особенно актуально, когда действия направлены на экономию ископаемого топлива.
Снижение потребления энергии считается ключевым решением для сокращения выбросов парниковых газов. По данным Международного энергетического агентства, повышение энергоэффективности зданий, промышленных процессов и транспорта может снизить глобальный спрос на энергию на одну треть к 2050 году и помочь контролировать глобальные выбросы парниковых газов.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Парниковый эффект
Парниковый эффект – это повышение температуры поверхности земли по причине нагрева нижних слоев атмосферы скоплением парниковых газов. В результате температура воздуха больше, чем должна быть, а это приводит к таким необратимым последствиям, как климатические изменения и глобальное потепление. Несколько веков назад эта экологическая проблема существовала, но не была такой явной. С развитием технологий с каждым годом увеличивается количество источников, которые обеспечивают парниковый эффект в атмосфере.
Причины парникового эффекта
Нельзя избегать разговоров об окружающей среде, ее загрязнении, вреде парникового эффекта. Чтобы понять механизм действия этого явления, нужно определить его причины, обсудить последствия и решить, как можно бороться с данной экологической проблемой, пока не поздно. Причины парникового эффекта следующие:
Влияние парникового эффекта на климат
Рассматривая результаты парникового эффекта, можно определить, что основной из них – это климатические изменения. Поскольку ежегодно возрастает температура воздуха, воды морей и океанов интенсивнее испаряются. Некоторые ученые прогнозируют, что через 200 лет станет заметным такое явление, как «высыхание» океанов, а именно значительное понижение уровня воды. Это одна сторона проблемы. Другая же заключается в том, что повышение температуры приводит к таянию ледников, что способствует повышению уровня вод Мирового океана, и приводит к затоплению берегов континентов и островов. Увеличение количества потопов и затопления прибережных районов свидетельствует о том, что уровень океанических вод с каждым годом увеличивается.
Повышение температуры воздуха приводит к тому, что территории, которые мало увлажняются атмосферными осадками, становятся засушливыми и непригодными для жизни. Здесь гибнут урожаи, что приводит к продовольственному кризису населения данной местности. Также животным не находится пропитания, поскольку из-за недостатка воды вымирают растения.
Многие люди уже привыкли к погодно-климатическим условиям на протяжении своей жизни. Поскольку повышается температура воздуха из-за парникового эффекта, на планете наступает глобальное потепление. Люди не выдерживает высоких температур. К примеру, если ранее средняя летняя температура была +22-+27, то повышение до +35-+38 приводит к солнечным и тепловым ударам, обезвоживанию и проблемам с сердечно-сосудистой системой, велика опасность возникновения инсульта. Специалисты при аномальной жаре дают людям следующие рекомендации:
Как минимизировать парниковый эффект
Зная, как возникают парниковые газы, необходимо устранить источники их возникновения, чтобы остановить глобальное потепление и другие негативные последствия парникового эффекта. Даже один человек может что-то изменить, а если к нему присоединятся родственники, друзья, знакомые, они покажут пример остальным людям. Это уже гораздо большее количество сознательных жителей планеты, которые будут направлять свои действия на сохранение окружающей среды.
В первую очередь нужно прекратить вырубку лесов, сажать новые деревья и кустарники, поскольку они поглощают углекислый газ и вырабатывают кислород. Используя электромобили, сократится количество выхлопных газов. Кроме того, можно с машин пересаживаться на велосипеды, что удобней, дешевле и безопасней для экологии. Также ведутся разработки альтернативного топлива, которое, к сожалению, медленными темпами внедряется в нашу повседневную жизнь.
Занимательное видео о парниковом эффекте
Самое важное решение проблемы парникового эффекта – это привлекать к ней внимание мировой общественности, а также делать все зависящее от нас, чтобы уменьшить количество скопления парниковых газов. Если вы посадите несколько деревьев, то уже окажете огромную помощь нашей планете.Влияние парникового эффекта на здоровье людей
Ученые прогнозируют, что наиболее подвержены заболеваниям люди с низким и нестабильным материальным положением. Если люди будут плохо питаться и недополучать некоторые продукты питания из-за нехватки денег, это приведет к недоеданию, голоду и развитию заболеваний (не только системы ЖКТ). Поскольку из-за парникового эффекта наступает летом аномальная жара, с каждым годом увеличивается количество людей с заболеваниями сердечно-сосудистой системы. Так у людей повышается или понижается давление, случаются сердечные приступы и приступы эпилепсии, происходят обмороки и тепловые удары.
Повышение температуры воздуха приводит к развитию следующих заболеваний и эпидемий:
Эти болезни очень быстро географически распространяются, поскольку высокая температура атмосферы способствует перемещению различных инфекций и переносчиков заболеваний. Это различные животные и насекомые, такие как мухи Цеце, энцефалитные клещи, малярийные комары, птицы, мыши и т.д. Из теплых широт эти переносчики переселяются на север, поэтому люди, проживающие там, подвергаются заболеваниям, поскольку не имеют к ним иммунитета.
Таким образом, парниковый эффект становится причиной глобального потепления, а это приводит ко многим недугам и инфекционным заболеваниям. В результате эпидемий умирают тысячи людей в разных странах мира. Борясь с проблемой глобального потепления и парникового эффекта, мы сможем улучшить экологию и как следствие – состояние здоровья людей.