Описание процесса

Механизм возникновения явления несложен. Но для его понимания важно знать, что в атмосфере содержатся газы двух типов:

• двухатомные (азот, кислород, водород и прочие);
• многоатомные.

Последние и называются парниковыми.

К ним относятся водяные пары, углекислый газ, метан, озон и некоторые другие.

Теперь кратко описать суть парникового эффекта можно следующей схемой:

1. Земля, нагретая солнечная лучами, испускает в атмосферу тепловое излучение, которое частично поглощается присутствующими там молекулами газов. В итоге атмосфера, насыщенная парниковыми газами, играет роль теплоизолятора.
2. Но поскольку помимо парниковых, в оболочке планеты присутствуют и двухатомные газы, прозрачные для инфракрасного излучения, частично оно проникает в космос.

Из-за неоднозначности процесса возникает необходимость в количественном определении парникового эффекта.

Учёные проводят такие расчёты путём вычисления разницы между средней приповерхностной температурой атмосферы и светимостью планеты — параметром, также называемым эффективной температурой и характеризующим мощность излучения.

Полученные данные складываются в статистику, благодаря чему можно отследить усиление эффекта или, наоборот, его ослабевание. Причём поскольку температуры атмосферы и светимости можно вычислить для различных небесных тел, аналогичные данные можно получить и для других планет. Так, если величина эффекта Земли составляет 39, то для Марса это значение равняется всего 8, зато для Венеры — целых 504 единицы. Такие существенные различия объясняются разницей в плотности и составе газовых оболочек этих планет.

Для некоторых других планет и спутников характерен антипарниковый эффект — явление, при котором атмосфера хорошо пропускает и ультрафиолет, и инфракрасное излучение. Такой процесс происходит на поверхности спутника Титан и карликовой планеты Плутон. Локально он может происходить и на Земле. Виной тому — извержения вулканов, сопровождающиеся выбросами в атмосферу пепла и сернистых газов — веществ, экранирующих солнечное излучение.

Одним из ярких примеров такой вулканической зимы стал 1816 год, когда извержение Тамбора годом ранее лишило Европу лета, весь сезон сопровождался морозами и выпадением снега.

Простой пример

Свойства атмосферы, приводящие к возникновению эффекта, легко проиллюстрировать на примере обычного стекла. Как известно, оно хорошо поглощает ультрафиолет и плохо пропускает инфракрасное излучение. И если накрыть стеклом какой-либо затемнённый сосуд и поставить его под солнечные лучи, температура внутри будет выше по сравнению с температурой снаружи.

Это объясняется тем, что поверхность стекла нагревается и сообщает тепло внутрь и в то же время препятствует оттоку горячего воздуха из сосуда и притоку холодного из окружающей среды.

Этот опыт, который легко может быть воспроизведён любым человеком, внёс свой вклад в исследование оптических свойств атмосферы. А сейчас по такому принципу сооружают теплицы для выращивания сельскохозяйственных структур.

Парниковые газы

Парниковый эффект обусловлен наличием в атмосфере не пропускающих инфракрасное излучение газов, но их свойства отличаются друг от друга, а, следовательно, они оказывают разное воздействие на тепловой баланс.

Самый большой вклад (от 36 до 72%) вносит водяной пар. Именно его присутствие в атмосфере обеспечивает потепление от изменений углекислого газа, занимающего второе место (вклад составляет от 9 до 26%). Этот компонент является весьма коварным, поскольку углерод трудно удаляется из атмосферы, а, значит, долго сохраняется в ней. На настоящий момент существуют лишь гипотетические пути извлечения углекислого газа из оболочки Земли, а перспективы их практической реализации спорны.

Что касается метана, то его вклад оценивается всего лишь в 4−9%. Такой сравнительно небольшой показатель обусловлен тем, что в среднем этот газ находится в атмосфере не более 10 лет, к тому же существуют эффективные механизмы его удаления оттуда (в основном окисление в тропосфере, незначительное окисление в стратосфере, а также поглощение метана почвой и его вступление в реакции с солёной водой морей). Однако повышенные выбросы этого газа очень опасны, поскольку его парниковый потенциал в десятки раз сильнее, чем аналогичный показатель для углекислоты.

Ещё большую активность имеют закись азота и фреоны (больше чем у углекислого газа в 298 и 8 тыс. раз соответственно). Однако их вклад составляет не более десятых процента. Зато 3−7% эффекта даёт озон. Не тот слой газа, который в стратосфере защищает планету от жёсткого солнечного излучения, а токсичный тропосферный озон от промышленных выбросов, вредящий живым организмам и растительности.

На климат он в основном воздействует косвенно: его присутствие подавляет способность поверхности суши поглощать избытки углекислого газа.

Антропогенные и естественные причины

Причиной парникового эффекта в общем виде является выделение в атмосферу газов.

Этому факту могут способствовать следующие виды деятельности человека:

• сжигание горючих полезных ископаемых;
• использование автомобилей, выделяющих выхлопные газы;
• развитие скотоводства;
• вырубка лесов;
• производство агрохимии, цемента и другой продукции, сопровождающееся вредными выбросами;
• образование медленно разлагающегося мусора.

Конечно, это ведёт к накоплению газов в атмосфере и разрушению озонового слоя, а значит, является проблемой, требующей решения, поскольку, безусловно, вредит окружающей среде.

Тем не менее влияние такой деятельности на парниковый эффект не единственное.

Есть и другие источники поглощающих инфракрасное излучение газов, и они следующие:

• испарения воды с поверхности водоёмов;
• вулканы, выбросы которых содержат углекислый газ, а также дыхание анаэробных организмов и перегнивание органических остатков;
• жизнедеятельность водяных насекомых и животных и химическая трансформация осадочных пород под воздействием высоких температур и давления, в результате которых в атмосферу выделяется метан.

Таким образом, эффект происходит не только по антропогенным, но и по естественным причинам. Сложно сказать, какие из них являются главными. Газовые компоненты атмосферы складывались в течение всего существования планеты, а это период, составляющий более 4,5 миллиарда лет. Возраст человечества на этом фоне, по разным данным варьирующийся от 2,4 до 2,8 миллиона лет, выглядит совсем небольшим.

В связи с этим многие учёные сомневаются в том, чтобы деятельность человека могла внести такой большой вклад в процессы, происходящие в атмосфере, не отрицая при этом, что развитие промышленности повлекло за собой определённые экологические проблемы.

Так, период с 1940 по 1975 год характеризовался повышенными выбросами парниковых газов, вызванными деятельностью человека, однако, по данным климатологов, на это время приходилось похолодание.

Плюсы и минусы

Основным последствием парникового эффекта является изменение климата, выражающееся в увеличении влажности в атмосфере и возрастании её приповерхностной температуры.

Если потепление климата при этом будет глобальным, вполне вероятны такие неприятные последствия:

• таяние ледников и, как следствие, повышение уровня моря;
• увеличение частоты возникновения экстремальных погодных явлений;
• уменьшение разницы в температурах экватора и полюсов;
• уменьшение количества дней в году, характеризующихся благоприятной погодой;
• закисление океана растворённым углекислым газом;
• внезапное высвобождение метана из отложений под морским дном и многолетней мерзлоты.

Такие климатические изменения неизбежно приведут к смещению ареалов обитания биологических видов и даже вымиранию самых малочисленных из них.

Не обойдётся при этом и без социальных последствий: повышение уровня моря грозит затоплением, упадками урожайности и вспышками голода в различных регионах. Также сильное повышение температуры окружающей среды вызывает развитие опасных заболеваний.

Но и снижение концентрации парниковых газов, и в частности углекислого газа, также приводит к изменению климата. По одной из гипотез именно это явилось причиной возникновения ледниковых периодов. Поэтому наличие в атмосфере парниковых газов имеет и положительную сторону.

Таким образом, сам по себе естественный парниковый эффект не несёт в себе ничего отрицательного для человечества. Если бы атмосфера не задерживала тепловое излучение, поверхность Земли имела бы температуру на уровне -18 градусов Цельсия. Благодаря эффекту эта температура составляет 15 градусов.

Однако дальнейшее и неконтролируемое потепление (искусственный эффект) может иметь самые неприятные и даже катастрофические последствия, а значит, человек должен принимать все меры к тому, чтобы во время своей деятельности не допускать превышения разумного содержания газовых выбросов в атмосфере. Решением может быть переход на использование природного газа и альтернативных источников энергии солнца и ветра, а также восстановление лесов. Эти мероприятия провести непросто, но необходимо. Ведь бережное отношение человека к окружающей среде — основа нормальной жизни на планете.