Парниковий ефект - глобальна екологічна проблема

Вступ 

          Клімат на нашій планеті в минулому періодично змінювався. За тисячі й мільйони років чергувалися періоди значного похолодання й, навіть, зледеніння з теплими епохами. Нині вчені дуже занепокоєні: схоже на те, що Земля розігрівається значно швидше, ніж це було будь-коли в минулому. Це спричинено різким збільшенням вмісту в атмосфері вуглекислого газу. В земній атмосфері  вуглекислий газ діє як скло в парнику: пропускає сонячне світло, але затримує тепло розігрітої Сонцем поверхні землі. Це викликає розігрівання планети, відоме під назвою парникового ефекту.

     Клімат  Землі залежить від багатьох факторів – одні зумовлюють потепління, інші – похолодання. Крива природних коливань клімату нині прямує донизу, тобто до похолодання, що перевищує тенденцію до збільшення температури за рахунок парникового ефекту. Проте найближчим часом результат взаємовпливу цих факторів має зміститися в бік зростання температури.

     Останнім  часом тривога вчених з приводу  парникового ефекту зросла. Крім СО2 парниковий ефект викликають  деякі інші гази, які називають малими домішками.

     У чому ж небезпека парникового  ефекту? Як свідчать розрахунки вчених, підвищення середньої річної температури  Землі на 2,50С викличе значні зміни  на Землі, більшість яких для людей  буде мати негативні наслідки. Парниковий ефект змінить такі критично важливі  перемінні величини, як опади, вітер, шар хмар, океанські течії, а також  розміри полярних крижаних шапок. Внутрішні  райони континентів стануть більш  сухими, а узбережжя вологішими, зими – коротшими й теплішими, а літо – тривалішим  і жаркішим.

     Найнеприємнішими для людства є два наслідки парникового ефекту. Перший – значне збільшення посушливості в основних зернових районах (Україна, Кубань та ін.). Другий – це підйом рівня Світового океану на 2-3 метри за рахунок танення полярних льодових шапок. Це викличе затоплення багатьох прибережних ділянок.

     Кліматичні  зміни можуть відбуватися і внаслідок  зміни людиною типу поверхні Землі. Заміна лісів культурними плантаціями  призводить до зниження випаровування  й збільшення прямої тепловіддачі. Крім того людство ще й безпосередньо підігріває атмосферу за рахунок спалювання великої кількості нафти, вугілля, торфу, а також роботи АЕС.

     Таким чином, види діяльності людини, що спричинюють  кліматичні   зміни,   мають   різні   наслідки.  Одні  з   них   підвищують температуру, інші – знижують її і викликають парниковий ефект (зведення лісів, тощо). 

     Парниковий  ефект - глобальна  екологічна проблема 

     Нагромадження вуглекислого газу в атмосфері –  одна з основних причин парникового  ефекту. Вуглекислий газ діє в  атмосфері, як стекло в оранжереї: він  пропускає сонячну радіацію й  не пропускає назад у космос інфрачервоне (теплове) випромінювання Землі. Зміст  парникових газів – З₂, метану й ін. – неухильно збільшується. Двоокис вуглецю в атмосфері діє як потужний поглинач земного випромінювання, що у противному випадку розсіювалося б у космічному просторі. Поглинаючи й знову віддаючи цю енергію випромінювання, двоокис вуглецю робить атмосферу тепліше, ніж вона була б у противному випадку.

     Фотосинтез  сприяє зменшенню двоокису вуглецю. Рослини засвоюють із повітря  З₂ і будують із її свою біомасу. Вся рослинність суши засвоює з атмосфери близько 20-30 млрд. т. вуглецю у формі його двоокису. Один квадратний метр тропічного лісу витягає з повітря 1-2 кг вуглецю. Близько 40 млрд. т. вуглецю засвоюють у рік мікроскопічні водорості, що плавають в океані.

     Однак рослинність Землі не здатна впоратися  із всі забрудненням, що збільшується, атмосфери, що приводить до зміни  клімату. У порівнянні з доіндустріальною епохою зміст двоокису вуглецю в атмосфері збільшилося на 28%. Якщо не вжити заходів, щоб скоротити викиди, то до середини ХХ століття середня глобальна температура приземної атмосфери підвищиться на 1,5 – 4,5 ⁰С.

     Це  приведе до перерозподілу опадів, збільшенню числа посух, зміниться  режим річкового стоку. Стане  верхній шар вічної мерзлоти, що займає в Росії близько 10 млн. км².рівень Світового океану може піднятися до 2030 року на 20 див., що приведе до затоплення прибережних територій.

     Аналіз  динаміки кліматичних даних показав, що в 80-х - початку 90-х рр. середньорічні  температури на північній половині Східно-Європейської рівнини зросли через теплі зими, відзначена спряженість ареалів максимальної мінливості кліматичних характеристик з географічним розподілом забруднень атмосфери.

     У результаті антропогенних викидів  парникових газів змінюється клімат, що веде до негативних наслідків практично  у всіх областях діяльності людини.

     Вплив енергетики на стан повітряного басейну  визначаються в основному видом  палива, що спалюється. Викиди електростанцій, що споживають вугілля, становлять 139 млн. кг у рік окислів сірки, 21 млн. кг окислів азоту, 5 млн. кг твердих часток.

     Чорна металургія - наступний по інтенсивності  джерело забруднення атмосфери. Величезну роль у забрудненні  атмосфери грають викиди сталеплавильних  цехів.

     Велика  кількість вуглеводнів утримується  у викидах нафтопереробної й  нафтохімічної промисловості. Викид  в атмосферу шкідливих речовин  на нафтопереробних заводах відбувається через недостатню герметизацію встаткування.

     Одне  з головних джерел забруднення атмосфери  вуглекислим газом - автомобільний  транспорт. Автомобіль можна назвати  хімічною фабрикою на колесах. На частку автомобіля доводиться 60% всіх шкідливих  речовин у міському повітрі. Автомобільні вихлопні гази - суміш приблизно 200 речовин. У них утримуються вуглеводні, - не згорілі або не повністю згорілі компоненти палива, частка яких різко зростає, якщо автомобіль працює на малих оборотах або в момент збільшення швидкості на старті, тобто під час заторів або в червоного сигналу світлофора.

     Є кілька шляхів боротьби із цим видом  забруднень: технічне вдосконалювання  двигунів, паливної апаратури, електронних  систем подачі палива; підвищення якості палива, зниження змісту токсичних  речовин у вихлопних газах  у результаті застосування допалювачів палива, каталітичних каталізаторів; використання альтернативних видів палива.

     Відпрацьовані гази автомашин можна знешкодити за допомогою спеціальних пристроїв  у системі випуску двигуна  автомобіля, називаних нейтралізаторами. Полум'яний нейтралізатор - пристрій для  знешкодження

     Відпрацьованих  газів двигуна автомобіля додатки у відкритому полум'ї. Термічний нейтралізатор - термоакумулюючі пристрій для нейтралізації відпрацьованих газів двигуна автомобіля методом без вогневого спалювання. Рідинний нейтралізатор - пристрій для знешкодження відпрацьованих газів автомобілів за допомогою хімічного зв'язування рідинними реагентами.

     Планета зі стійкою атмосферою, така як Земля, випробовує практично такий же ефект  — у глобальному масштабі. Щоб  підтримувати постійну температуру, Землі  необхідно самої випромінювати  стільки ж енергії, скільки вона поглинає з видимого світла, випромінюваного  в нашу сторону Сонцем. Атмосфера  служить як би склом у парнику  — вона не настільки прозора для  інфрачервоного випромінювання, як для  сонячного світла. Молекули різних речовин в атмосфері (найважливіші з них - вуглекислий газ і вода) поглинають інфрачервоне випромінювання, діючи як парникові гази. Таким чином, інфрачервоні фотони, випромінювані земною поверхнею, не завжди йдуть прямо в космос. Деякі з них поглинаються молекулами парникових газів в атмосфері. Коли ці молекули вдруге випромінюють енергію, що вони поглинули, вони можуть випромінювати її як убік космосу, так і усередину, назад до поверхні Землі. Присутність таких газів в атмосфері створює ефект укривання Землі ковдрою. Вони не можуть припинити витік тепла назовні, але дозволяють зберегти тепло біля поверхні більше довгий час, тому поверхня Землі значно тепліше, ніж була б під час відсутності газів. Без атмосфери середня температура поверхні становила б —20°С, що набагато нижче крапки замерзання води.

     Важливо розуміти, що парниковий ефект на Землі  був завжди. Без парникового ефекту, обумовленого наявністю вуглекислого газу в атмосфері, океани давно б  змерзнули, і вищі форми життя  не з'явилися б. У цей час наукові  дебати про парниковий ефект ідуть  по питанню глобального потепління: чи не занадто ми, люди, порушуємо  енергетичний баланс планети в результаті спалювання викопних видів палива й  іншої господарської діяльності, додаючи при цьому зайва кількість вуглекислого газу в атмосферу? Сьогодні вчені сходяться в думці, що ми відповідальні за підвищення природного парникового ефекту на кілька градусів. 

Причини виникнення парникового  ефекту 

     Парниковий  ефект виникає тоді, коли на шляху  відведення теплової енергії від земної поверхні в космос виникає перешкода, що погіршуюча умови цього відведення, завертає частину потоку теплової енергії назад. Це приводить до зменшення що йде від Землі в космос теплового потоку, і примушує додатково розігріватися поверхня, причому до тих пір, поки випромінювання цієї поверхні не стане настільки сильним, що на виході теплового потоку після перешкоди цей потік знову по величині порівняється з тим, що приходить.

     Сам парниковий ефект як такий, можливий в земних умовах тому, що деякі гази, що існують в земній атмосфері, і  в даний час концентрація яких збільшується, здатні поглинати інфрачервоне випромінювання, в якому і йде  основне відведення тепла від  Землі. А поглинувши направлене від поверхні в космос випромінювання, далі молекула такого газу може перевипромінювати поглинений фотон в будь-якому напрямі, а значить частина поглиненого потоку завертається назад, до поверхні Землі.

     Проте потеплення при парниковому ефекті відбувається тільки тоді, коли вплив  компонентів атмосфери, що створюють  парниковий ефект, більше, ніж вплив  компонентів, що перешкоджають приходу теплової енергії до поверхні. Тобто коли, наприклад, після внесення до атмосфери парникових і антипарникових компонентів, атмосферні аерозолі затримують і відображають 1 Вт/м2 сонячного випромінювання, а парникові гази 3 Вт/м2 теплового потомку Землі. 
В умовах Землі спостерігається ситуація, коли атмосферні компоненти (гази і аерозолі) в основному пропускають сонячне випромінювання (за винятком деякого внеску в загальне альбедо Землі), що приходить, і досить погано пропускають те, що йде. Це відбувається за рахунок того, що надходження енергії до Землі і відведення від неї, відбувається випромінюванням в різних діапазонах довжин хвиль (надходження у видимому діапазоні, відведення в інфрачервоному), і наявні атмосферні компоненти по-різному взаємодіють з випромінюванням в цих діапазонах. Основні атмосферні гази (кисень, азот і т.п.) і аерозолі, взаємодіють практично тільки з видимим світлом (правда слабо), частина якого завдяки розсіянню і віддзеркаленню йде назад в космос, не впливаючи на тепловий стан Землі. А парникові гази (водяна пара, вуглекислий газ, метан і ін.) майже не взаємодіють з сонячним світлом, та зате добре поглинають випромінювання в інфрачервоному діапазоні.

     Парниковий  ефект існував на Землі ще з  моменту її виникнення, оскільки багато парникових газів було присутнє в атмосфері спочатку. І в далекі епохи він бував помітно сильніше, ніж зараз (у ранню архейську еру температури на поверхні Землі перевищували 150 градусів Цельсія, в значній мірі і за рахунок могутнього парникового ефекту). У сучасну епоху парниковий ефект складає близько 33 градусів, але в останнє сторіччя він почав швидко мінятися, незвичайно швидко, що може привести до сумних наслідків.

     Вплив парникового ефекту на клімат Землі

     Виходячи  з того, що «природний» парниковий ефект - це устояний, збалансований  процес, збільшення концентрації «парникових» газів в атмосфері повинне  привести до посилення парникового  ефекту, що у свою чергу приведе  до глобального потепління клімату. Кількість CO₂ в атмосфері неухильно росте от уже більше століття через те, що як джерело енергії стали широко застосовуватися різні види викопного палива (вугілля і нафта). Крім того, як результат людської діяльності в атмосферу попадають і інші парникові гази, наприклад метан, закис азоту й цілий ряд хлоровмістких речовин. Незважаючи на те, що вони виробляються в менших об'ємах, деякі із цих газів куди більше небезпечні з погляду глобального потепління, чим вуглекислий газ.

     Діяльність  людини приводить до підвищення концентрації парникових газів в атмосфері. Збільшення концентрації парникових газів приведе  до розігріву нижніх шарів атмосфери  й поверхні землі. Будь-яка зміна  в здатності Землі відбивати  й поглинати тепло, у тому числі  викликане збільшенням змісту в  атмосфері тепличних газів і  аерозолів, приведе до зміни температури  атмосфери й світових океанів  і порушить стійкі типи циркуляції й погоди.

     Проте, ведуться запеклі суперечки навколо  того, яке конкретно кількість  цих газів викличе потепління клімату й у якому ступені, а також як незабаром це відбудеться. Навіть коли зміна клімату дійсно відбувається, у цьому важко бути стовідсотково впевненим. Світові середні температури можуть сильно коливатися в межах декількох років і десятиліть - причому по природних причинах. Проблема в тім, що вважати середньою температурою, і на підставі яких критеріїв судити, чи дійсно вона змінилася в ту або іншу сторону.

     Наприкінці  вісімдесятих - початку дев'яностих  років XX століття кілька років підряд середньорічна глобальна температура  було вище звичайною. Це викликало побоювання в тім, що викликане людською діяльністю глобальне потепління вже почалося. Серед учених існує консенсус, що за останні сто років середньорічна  глобальна температура піднялася на 0,3 - 0,6 градусів Цельсія. Однак серед них немає згоди в тім, що саме викликало це явище. Важко із упевненістю сказати, відбувається глобальне чи потепління ні, тому що спостережуваний ріст температури усе ще перебуває в межах природних температурних коливань.