Теория парникового эфефкта

Министерство  образования науки, молодежи и спорта Украины

Донецкий национальный технический университет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА 

 

к научно исследовательской  работе студента

на тему «Парниковый эффект»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Руководитель Климко Г. Т.

 

Выполнил студент группы КЭМ 09

Криворучко В. А.

 

 

 

 

Донецк – 2013

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение………………………………………………………………………....3

1.Глобальное потепление и ее причины……………………………………..4

2.Устойчивая окружающая  среда и тепловые явления…………………….6

3.Горячий мир  Венеры………………………………………………………..8

4.Парниковые  газы…………………………………………………………….9

5. К чему приведет  парниковый эффект?.....................................................11

6. Гипотезы, объясняющие изменения температуры Земли…………………12

6.1 Антропогенно-естественная теория роста температуры в

геометрической  прогрессии (А. Карнаухов)……………………………..…12

6.2 Теория зависимости  климата от альбедо Земли (В.  Найдёнов, В Швейкина)………………………………………………………………………14

6.3 Классическая теория  оранжерейного (парникового) эффекта….16

7. Адиабатическая теория парникового эффекта……………………………...22

Выводы…………………………………………………………………………...34

Список используемой литературы……………………………………………...35

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Накопление  углекислого газа в атмосфере – одна из основных причин парникового эффекта, возрастающего от разогревания Земли лучами Солнца. Этот газ не пропускает солнечное тепло обратно в космос. Содержание парниковых газов – углекислого газа, метана и др. – неуклонно увеличивается. Правда, действует и процесс, направленный в обратную сторону, – это процесс фотосинтеза, в котором растения усваивают двуокись углерода из воздуха и строят из нее свою биомассу. 11о оценкам ученых, за год вся растительность суши улавливает из атмосферы 20–30 млрд.. углерода в форме его двуокиси. Один квадратный метр быстрорастущего тропического леса за год извлекает из воздуха 1-2 кг углерода, 1 м² арктической тундры – раз в сто меньше, но нельзя забывать, что растительность суши – лишь сравнительно небольшая часть всей земной флоры. Основную площадь нашей планеты занимают океаны, а в их водах плавают массы микроскопических водорослей. В усвоении атмосферной двуокиси углерода они играют не меньшую роль, чем гигантские по сравнению с ними наземные растения, за год эти микроскопические водоросли потребляют около 40 млрд. т углерода.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Глобальное потепление и ее причины.

Глобальное  потепление — процесс постепенного увеличения среднегодовой температуры атмосферы Земли и Мирового океана.  
Научное мнение, выраженное Межгосударственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК) ООН, и непосредственно поддержаное национальными академиями наук стран «Большой восьмёрки», заключается в том, что средняя температура по Земле поднялась на 0,6 ± 0,2 °C с конца XIX века, и что «большая доля потепления, наблюдавшегося в последние 50 лет, вызвана деятельностью человека», в первую очередь выбросом газов, вызывающих парниковый эффект, таких как углекислый газ (CO2) и метан (CH4). Учёные, оспаривающие мнение, что деятельность человечества сыграла существенную роль в наблюдаемом повышении температур, находятся в явном меньшинстве. Тем не менее, точно неизвестно, насколько значительными будут дальнейшие изменения климата, и что, если вообще что-либо, должно предпринимать человечество в свете этой проблемы.  
Оценки, полученные по климатическим моделям, на которые ссылается МГЭИК, говорят, что средняя температура Земли может повыситься на величину от 1,4 до 5,8 °C между 1990 и 2100 годами [1]. Как ожидается, это приведёт к другим климатическим изменениям, включая подъём уровня Мирового океана и к изменениям в количестве и распределении атмосферных осадков. В результате могут участиться природные катаклизмы, такие как наводнения, засухи, ураганы и др., понизиться урожаи сельскохозяйственных культур и исчезнуть многие биологические виды. Хотя потепление должно, по всей вероятности, увеличивать частоту и размах таких явлений, очень трудно однозначно связать какое-то конкретное событие с глобальным потеплением. 
Причины глобального потепления

Климатические системы изменяются как в результате естественных внутренних процессов, так и в ответ на внешние воздействия, как антропогенные, так и неантропогенные. Среди основных внешних воздействий изменения орбиты Земли (циклы Миланковича), солнечной активности, вулканические выбросы и парниковый эффект. Климатологи согласны в том, что в последнее время температура на Земле повысилась. Более спорной является причина этого повышения. 

Науке известно, что добавление воды, углекислого  газа или метана в атмосферу при  прочих равных условиях повысит температуру  планеты. Эти газы создают естественный парниковый эффект, без которого температура поверхности Земли была бы на 30 °C ниже, что сделало бы её непригодной для жизни. Поэтому, нельзя сказать, что идёт спор между теми, кто «верит» и «не верит» в теорию парникового эффекта. Скорее, оспаривается итоговый эффект увеличения количества парниковых газов в атмосфере Земли, т. е. не компенсируется ли потепление в силу парникового эффекта изменениями в распределении водяных паров, облаков, в биосфере или других климатических факторов. Однако, наблюдаемое последние 50 лет повышение температуры Земли, похоже, противоречит теориям скептиков о компенсирующей роли перечисленных выше обратных связей. 

 Угольные электростанции, автомобильные выхлопы, заводские трубы и другие созданные человечеством источники загрязнения вместе выбрасывают в атмосферу около 22 миллиардов тонн углекислого газа и других парниковых газов в год. Животноводство, применение удобрений, сжигание угля и другие источники дают около 250 миллионов тонн метана в год. Около половины всех парниковых газов, выброшенных человечеством, осталось в атмосфере. С доиндустриального периода середины XVIII века концентрации углекислого газа и метана увеличились на 31 % и 149 % соответственно. Эти величины самые высокие за последние 420 000 лет — периода, для которого известны надёжные данные, полученные из ледников Земли. Менее точная геологическая информация свидетельствует, что в последний раз такие концентрации достигались около 40 миллионов лет назад. Около трёх четвертей всех антропогенных выбросов парниковых газов за последние 20 лет вызваны использованием нефти, природного газа и угля. Большая часть остального вызвана изменениями ландшафта, в первую очередь вырубкой лесов.

В пользу данной теории свидетельствуют и те факты, что наблюдаемое зимой потепление более значимо, чем летом, ночью — чем днём, в высоких широтах — чем в средних и низких, а также тот факт, что нагревание слоёв тропосферы происходит на фоне охлаждения слоёв стратосферы.

 

2.Устойчивая окружающая среда и тепловые явления.

Понятие устойчивости вроде бы не связано  с окружающей нас средой, так как в ней  постоянно происходят какие-то изменения. То ветер подул, то температура понизилась, то гроза налетела и т.п. Под устойчивостью  понимают, прежде всего, устойчивость климата, повторяемость природных явлений, благодаря которым каждый год осенью созревают фрукты и картофель, зимой ложится снег, а летом и осенью выпадает дождь в количестве, достаточном, чтобы земля была плодородной. Это и устойчивость среднегодовой температуры приземной части атмосферы, которая независимо от сезонных и всяких других изменений вот уже почти 10 тысяч лет постоянна и равна 15⁰С.  Повышение среднегодовой температуры всего на 1⁰С  за прошедшие 25 лет,  стало причиной многих природных катастроф   (небывалых дождей, засух, ураганов, разрушения ледниковых покровов Антарктиды и других явлений).

Устойчивость  климата и природных процессов  зависит от постоянства потоков  энергии в окружающей среде и  процессов обмена энергией между  Землёй и космосом. Наибольшее влияние на климат оказывает энергия солнечного излучения. Часть его отражается атмосферой, не оказывая существенного влияния на земные процессы. Большая часть поглощается, нагревая воздух, океаны, поверхность континентов. Температура поверхности и прилегающего воздуха зависит от количества поступившей солнечной энергии, которая в свою очередь зависит от географической широты местности.

 Предположи, что поверхность нагрета солнечным  излучением. Часть энергии нагретой  поверхности передаётся прилегающим слоям воздуха за счёт теплопроводности

Рисунок 2.1- Нагретый воздух поднимается вверх, образуя конвективные потоки

Рисунок 2.2 - Часть энергии отдаётся поверхностью  в форме невидимого теплового излучения

Рисунок 2.3 - Ещё некоторая часть количества теплоты переносится в воздух вместе с водой, испарённой с поверхности

 

 

Рисунок 2.4 - Земная поверхность и нагретый воздух излучают тепло.

Этот поток  энергии должен уходить в космическое  пространство, т.к. воздух прозрачен  для теплового излучения. Но водяные пары и углекислый газ задерживают часть уходящего в космос теплового излучения (парниковый эффект).

Рисунок 2.5 - И так, солнечная энергия распределяется в атмосфере в результате действия различных тепловых явлений: теплопроводности, конвекции, излучения, испарения, «парникового эффекта».

3.Горячий  мир Венеры

Атмосфера  Венеры  крайне  жаркая  и  сухая.  Температура  на  поверхности  достигает  своего  максимума  примерно  у  отметки  480⁰С. В  атмосфере  Венеры  содержится  в  105  раз  больше  газа,  чем  в  атмосфере  Земли.  Давление  этой  атмосферы  у  поверхности  очень  велико,  в  95  раз  выше,  чем  у  поверхности  Земли.  Космические  корабли  приходится  конструировать  так,  чтобы  они  выдерживали  сокрушительную,  раздавливающую  силу  атмосферы.  В  1970  году  первый  космический  корабль,  прибывший  на  Венеру,  смог  выдержать  страшную  жару  лишь  около  одного  часа  -  этого  как  раз  хватило,  чтобы  послать  на  Землю  данные  об  условиях  на  поверхности.  Российские  летательные  аппараты,  совершившие  посадку  на  Венеру  в  1982  году,  послали  на  Землю  фотографии  с изображением  острых  скал. Благодаря  парниковому  эффекту,  на  Венере  стоит  ужасная  жара.  Атмосфера,  представляющая  собой  плотное  одеяло  из  углекислого  газа,  удерживает  тепло,  пришедшее  от  Солнца.  В  результате  скапливается  такое  количество  тепловой  энергии, что  температура  атмосферы  горазда  выше,  чем  в  духовке. 

На  Земле,  где  количество  углекислого  газа  невелико,  природный  парниковый  эффект  повышает  глобальную  температуру  на  30⁰С.  А  на  Венере  парниковый  эффект  поднимает  температуру  ещё  на  400⁰. Изучая  физические  последствия парникового эффекта на  Венере,  мы  хорошо  представляем  себе  те  результаты,  к  которым  может  привести  накапливание  излишнего  тепла  на  Земле,  вызываемое  растущей  концентрацией  углекислого  газа  в  атмосфере.

Рисунок 3

 

4.Парниковые  газы.

Газы, вызывающие  парниковый  эффект,  называют  парниковыми  газами.  В  основном  это  углекислый  газ  и  водяной  пар,  но  существуют  и  другие  газы,  поглощающие  энергию,  исходящую  от  Земли.

Природный газ.  Природный  газ  на  98%  состоит  из  метана.  Он  используется  на  тепловых  электростанциях  и  в  отопительных  котельных,  на  автомобильном  транспорте.  Хотя  природный  газ  не  вызывает  парникового  эффекта,  его  можно  отнести  к  «парниковым»  газам,  т. к.  при  его  использовании  выделяется  углекислый  газ.

Углекислый   газ.  Углекислый  газ   постоянно образуется  в природе при окислении органических  веществ:  гниении растительных  и животных  остатков,  дыхании,  сжигании  топлива.  При горении поглощается кислород  и выделяется  углекислый  газ.  Вследствие  этого  процесса  каждый год  человечество  выбрасывает  в  атмосферу  7  миллиардов  тонн  углекислого  газа!  Одновременно  с  этим  на  земле  вырубаются  леса  -  один  из  главных  потребителей  углекислого  газа,  причём  вырубаются  со  скоростью  12 гектаров  в минуту!!! 

Хлорфторсодержащие  газы. Фтор  используется  при  изготовлении  смазочных  веществ,  пластмасс.  Фтор  применяется  в  холодильных  установках.  Хлор  служит  для  отбеливания  тканей,  стерилизации  питьевой  воды  и  обеззараживании  сточных  вод.  Так  как  хлорфторсодержащие  газы  широко  используются  в  промышленности,  их  добыча  непрерывно  растёт,  а  значит,  растут  и  выбросы  в  атмосферу.

Метан.  Концентрация  метана  определяется  как  естественными,  так  и  антропогенными  причинами.  К  естественным   источникам  метана  относят  переувлажнённые  почвы,  в  которых  происходят  процессы  анаэробного  разложения.  Человек  добавил  свои  источники  -  рисовые  плантации,  добычу  и  транспортировку  природного газа,  сжигание  биомассы  и другие.  Есть  предположения,  что метан -  основная  причина потепления.  В частности доктор  Н.А. Ясоманов, предполагает,  что в нынешнем  глобальном  потеплении  «повинен» в основном  метан. Углекислый  газ не  поднимается в  верхние слои  атмосферы,  а  в  нижнем  успешно  поглощается  растительностью,  почвенными  организмами,  растворяется  в  реках,  озёрах,  морях.  В  то  время  как  метан  на  высоте  15-20  км  под  действием  солнечных  лучей  разлагается  на  водород и углерод,  который,  соединяясь  с кислородом  образует  углекислый  газ.

5. К чему приведет парниковый эффект?