Парниковий ефект - це затримка атмосферою Землі теплового випромінювання планети. Парниковий ефект спостерігав кожен з нас: в теплицях або парниках температура завжди вище, ніж зовні. Те ж саме спостерігається і в масштабах Земної кулі: сонячна енергія, проходячи через атмосферу нагріває поверхню Землі, але яку випромінює Землею теплова енергії не може зникнути назад в космос, так як атмосфера Землі затримує її, діючи на зразок поліетилену в парнику: вона пропускає короткі світлові хвилі від Сонця до Землі і затримує довгі теплові (або інфрачервоні) хвилі, що випромінюються поверхнею Землі. Виникає ефект парника. Парниковий ефект виникає через наявність в атмосфері Землі газів, які мають здатність затримувати довгі хвилі. Вони отримали назву «парникових» або «тепличних» газів.
Парникові гази присутні в атмосфері в невеликих кількостях (близько 0,1%) з моменту її утворення. Цієї кількості було достатньо, щоб підтримувати за рахунок парникового ефекту теплової баланс Землі на рівні, придатному для життя. Це так званий природний парниковий ефект, якби не було його середня температура поверхні Землі була б на 30 ° С менше, тобто не + 14 ° С, як зараз, а -17 ° С.
Природний парниковий ефект нічим не загрожує ні Землі, ні людству, оскільки загальна кількість парникових газів підтримувалося на одному рівні за рахунок кругообігу природи, більш того, йому ми зобов'язані життям, за умови, що не порушується баланс.
Але збільшення в атмосфері концентрації парникових газів призводить до посилення парникового ефекту і порушення теплового балансу Землі. Саме це і сталося в останні два століття розвитку цивілізації. Вугільні електростанції, автомобільні вихлопи, заводські труби та інші створені людством джерела забруднення викидають в атмосферу близько 22 мільярдів тонн парникових газів на рік.
Роль парникового ефекту
Великий вплив на клімат Землі надає стан атмосфери, зокрема, кількість водяної пари і вуглекислого газу, що є в ній. Підвищення концентрації водяної пари викликає збільшення хмарності і, отже, - зменшення кількості сонячного тепла, що надходить на поверхню. А зміна концентрації вуглекислого газу СО2 в атмосфері є причиною ослаблення або посилення парникового ефекту. при якому вуглекислий газ частково поглинає тепло, що випромінюється Землею в інфрачервоному діапазоні спектра з подальшим його перєїзлученієм в сторону земної поверхні. В результаті температура поверхні і нижніх шарів атмосфери підвищується. Таким чином, явище парникового ефекту істотно впливає на пом'якшення клімату Землі. При його відсутності середня температура планети була б на 30-40 ° С нижче, ніж є насправді, і становила б не + 15 ° С, а -15 ° С, а то і -25 ° С. При таких середніх значеннях температури океани дуже швидко покривалися б льодом, перетворювалися у величезні морозильники, а життя на планеті стала б неможливою. На кількість вуглекислого газу впливає багато факторів, серед яких головні - вулканічна діяльність і життєдіяльність земних організмів.
Але найбільше вплив на стан атмосфери, а, отже, і на клімат Землі в планетарному масштабі, мають зовнішні, астрономічні фактори, такі як зміна потоків сонячної радіації внаслідок непостійності сонячної діяльності і зміни параметрів земної орбіти. Астрономічна теорія коливань клімату була створена ще в 20-ті роки ХХ століття. Встановлено, що зміна ексцентриситету орбіти Землі від можливого мінімального 0,0163 до можливого максимального 0,066 може привести до різниці кількості сонячної енергії, що падає на поверхню Землі в афелії і перигелії, на 25% за рік. Залежно від того, влітку або взимку (для північної півкулі) Земля проходить перигелій, така величина зміни потоку сонячної радіації може привести до загального потепління або похолодання на планеті.
Теорія дала можливість обчислити час льодовикових періодів в минулому. З точністю до похибок визначення геологічних дат, вік десятка попередніх обмерзань збігся з показаннями теорії. Вона ж дозволяє відповісти на питання, коли має настати наступне найближче обмерзання: сьогодні ми живемо в межледниковья епоху, і найближчі 5000-10000 років воно нам не загрожує.
Поняття парникового ефекту сформовано в 1863р. Тіндалем.
Побутовим прикладом парникового ефекту може послужити нагрівання зсередини автомобіля, коли він стоїть на сонці з закритими вікнами. Причина тут в тому, що сонячне світло проникає через вікна і поглинається сидіннями та іншими предметами в салоні. При цьому світлова енергія перетворюється на теплову, предмети нагріваються і виділяють тепло у вигляді інфрачервоного, або теплового, випромінювання. На відміну від світла воно не проникає крізь скла назовні, тобто вловлюється усередині автомобіля. За рахунок цього підвищується температура. Те ж саме відбувається і в парниках, звідки і пішла сама назва цього ефекту парниковий ефект (або оранжерейний ефект). У глобальному масштабі що міститься в повітрі вуглекислий газ відіграє ту ж роль, що і скло. Світлова енергія проникає крізь атмосферу, поглинається поверхнею землі, перетворюється на її теплову енергію, і виділяється у вигляді інфрачервоного випромінювання. Однак вуглекислий газ і деякі інші гази, на відміну від інших природних елементів атмосфери, його поглинають. При цьому він нагрівається і в свою чергу нагріває атмосферу в цілому. Виходить, чим більше в ній вуглекислого газу, тим більше інфрачервоних променів буде поглинуто і тим тепліше вона стане.
Температура і клімат, до якого ми звикли, забезпечуються концентрацією вуглекислого газу в атмосфері на рівні 0,03%. Тепер ми збільшуємо цю концентрацію, і намічається тенденція до потепління клімату.
Коли стурбовані вчені ще кілька десятиліть тому попереджали людство про посилення парникового ефекту і загрозу глобального потепління, спершу на них дивилися як на комічних людей похилого віку з старовинної комедії. Але незабаром стало зовсім не до сміху. Глобальне потепління відбувається, і дуже швидко. Клімат змінюється на очах: небачена спека в Європі і Північній Америці викликає не тільки масові інфаркти, а й катастрофічні повені.
На початку 60-их років в Томську мороз в 45 ° був справою звичайним. У 70-ті падіння стовпчика термометра нижче позначки 30 ° морозу вже викликав збентеження в умах сибіряків. Впродовж останнього десятиріччя все рідше лякає нас такими холодами. Зате нормою у нас стали найсильніші урагани, які руйнують дахи будинків, ламають дерева, обривають лінії електропередач. Ще 25 років тому в Томській області подібні явища були великою рідкістю! Переконувати когось у тому, що глобальне потепління стало фактом, вже не доводиться досить подивитися повідомлення преси, вітчизняної та міжнародної. Жорстокі посухи, жахливі повені, ураганні вітри, небачені досі бурі - тепер все ми стали мимовільними свідками цих явищ. В останні роки в Україні коштує небачена спека, йдуть тропічні зливи, які призводять до нищівним повеням.
Перед реальною загрозою зникнення виявляються прибережні райони Азовського і Чорного морів. Катастрофічні повені, з якими ми вже маємо справу, теж будуть відбуватися набагато частіше. Наприклад, дніпровські греблі, зокрема Київська, будувалися з урахуванням найбільш нищівних повеней, коли-небудь траплялися на Дніпрі.
До цих пір неясно, чи є зазначені параметри потепління клімату дійсно статично значущими. Так, наприклад, деякі дослідники відзначають, що дані, що характеризують потепління клімату, суттєво нижчі за показники, розрахованих за допомогою комп'ютерних прогнозів на основі даних про рівень викидів в попередні роки. Вчені знають, що деякі види забруднювачів насправді можуть сповільнювати процес потепління шляхом відображення в космічний простір ультрафіолетових променів. Так що питання про те, чи відбувається послідовна зміна клімату або ж ці зміни носять тимчасовий характер, маскує довгостроковий вплив зростаючого парникового ефекту і руйнування озонового шару, є дискусійним. Хоча на статистичному рівні мало доказів того, що потепління клімату стійка тенденція, проте оцінка потенційних катастрофічних наслідків потепління клімату викликала загальні заклики до прийняття запобіжних заходів.
Ще одним важливим проявом глобального потепління є потепління світового океану. У 1989 році А. Стронг з Національного управління з досліджень атмосфери і океану доповів: «Вимірювання температури океанічної поверхні, вироблені із супутників в період з 1982 по 1988 роки показують, що світовий океан поступово, але помітно нагрівається приблизно на 0,1 ° С в рік ». Це надзвичайно важливо, тому що через свою колосальної теплоємності океани майже не реагують на випадкові кліматичні зміни. Виявлена тенденція до їх потепління доводить серйозність проблеми.
Виникнення парникового ефекту:
Очевидна причина виникнення парникового ефекту - використання традиційних енергоносіїв промисловість і автомобілістами. До менш очевидних причин можна віднести зведення лісів, переробку відходів, і видобуток вугілля. Значно сприяють збільшенню парникового ефекту хлорфторуглеводороди (ХФУ), вуглекислий газ СО2. метан СН4. оксиди сірки і азоту.
Хоча частка країн третього світу в промислових викидах СО2 щодо невелика, на них припадає майже весь обсяг його інших викидів в атмосферу. Основна причина цього застосування техніки випалювання лісів для залучення в сільськогосподарський оборот нових земель. Показник обсягу викидів в атмосферу за цією статтею розраховується наступним чином: передбачається, що весь обсяг СО2. що міститься в рослинах, при спалюванні потрапляє в атмосферу. Підраховано, що на вогневе зведення лісів припадає 25% всіх викидів в атмосферу. Напевно, ще більше значення має той факт, що в процесі зведення лісів знищується джерело атмосферного кисню. Вологі тропічні ліси являють собою важливий механізм самовідновлення екосистеми, оскільки дерева поглинають вуглекислий газ і виділяють в процесі фотосинтезу кисень. Знищення тропічних лісів зменшує здатність навколишнього середовища поглинати вуглекислий газ. Таким чином, саме особливості процесу обробки землі в країнах, що розвиваються визначають такий значний внесок останніх у підвищення парникового ефекту.
Щороку спалюється близько 2 млрд. Т викопного палива, значить, в атмосферу потрапляє майже 5,5 млрд. Т вуглекислого газу. Ще приблизно 1,7 млрд. Т його надходить туди ж за рахунок відомості і випалювання тропічних лісів і окислення органічної речовини грунту (гумусу). У зв'язку з цим люди намагаються якомога більше скоротити викиди шкідливих газів в атмосферу, намагаються знайти нові шляхи реалізації своїх традиційних потреб. Цікавим прикладом цього може послужити розробка нових, екологічно нешкідливих кондиціонерів. Кондиціонери відіграють чималу роль у виникненні «парникового ефекту». Їх використання призводить до збільшення автомобільних викидів. До цього необхідно додати незначну, але неминучу втрату охолоджуючого речовини, яке випаровується під високим тиском, наприклад, через ущільнювачі в місці з'єднання шлангів. Це охолоджуючу речовину має такий же вплив на клімат, як і інші сприяють виникненню «парникового ефекту» гази. Тому дослідники зайнялися пошуком екологічно чистого охолоджувального речовини. Вуглеводні, що володіють хорошими охолоджуючими якостями, не можна використовувати через високу займистості. Тому вибір вчених упав на двоокис вуглецю. СО2 є природним складовим повітря. Необхідний для кондиціонера СО2 з'являється як побічний продукт багатьох промислових виробництв. Крім того, для природного СО2 не доведеться створювати цілу інфраструктуру з обслуговування і переробці. СО2 не вимагає великих витрат і його можна знайти по всьому світу.
Двоокис вуглецю використовували в якості охолоджувального речовини вже в минулому столітті при лові риби. У 30-х роках на зміну СО2 прийшли синтетичні і шкідливі для навколишнього середовища речовини. Вони зробили можливим використання під високим тиском більш простий техніки. Вчені розробляють компоненти абсолютно нової охолоджувальної системи з використанням СО2. У цю систему входять компресор, охолоджувач газу, розширювач, випарник, колектор і внутрішній теплообмінник. Необхідна для СО2 високий тиск з урахуванням більш досконалих, ніж раніше, матеріалів не представляє великої небезпеки. Незважаючи на їх підвищену стійкість до тиску, нові компоненти за своїми габаритами і вагою можна порівняти зі звичайними установками. Випробування нового автомобільного кондиціонера показують, що використання двоокису вуглецю в якості охолоджуючого речовини дозволяє на третину знизити викид парникових газів.