- •Экология
- •Часть 1 Элементы общей и социальной экологии
- •Введение
- •Автор лекция 1 возникновение и развитие экологии как науки
- •Источники и слагаемые современной экологии
- •Гигиена Экология человека
- •Сельское хозяйство и окружающей среды
- •Методы экологии
- •Иерархия понятий
- •Лекция 2 биосфера
- •Физиологические свойства живого
- •Механизмы стабилизации живых систем
- •Химические особенности живых организмов
- •Термодинамика биологических систем
- •Строение биосферы
- •Основные функции биосферы
- •Действие принципа Ле Шателье в биосфере
- •Лекция 3 экосистемы
- •Пищевые цепи и сети
- •Развитие экосистем и проблема устойчивости
- •Лекция 4 взаимоотношения организма и среды
- •Общие закономерности действия экологических факторов на живые организмы Действие абиотических факторов
- •Совместное действие абиотических факторов
- •Экологическая ниша
- •Общие закономерности действия биологических факторов
- •Лекция 5 элементы экологии человека и социальной экологии
- •Среда жизни современного человека
- •Адаптации человека
- •Потребности человека
- •Влияние типа экологического сознания человека на природопользование
- •Лекция 6 антропогенное воздействие на биосферу
- •Загрязнение атмосферы
- •Кислотные осадки
- •Изменение концентрации озона в стратосфере и образование озоновых дыр
- •Парниковый эффект
- •Лекция 7 антропогенное воздействие на гидросферу
- •Классификация загрязнений
- •Характеристика основных гидрополлютантов
- •Самоочищение и эвтрофикация водоёмов
- •Лекция 8 антропогенное воздействие на литосферу, педосферу и биологические ресурсы
- •Ресурсный аспект взаимодействия человека и природы
- •Минеральные ресурсы
- •Воздействие человека на биологические ресурсы
- •Лекция 9 особенности современной экологической ситуации. Причины и перспективы возникновения глобального экологического кризиса
- •Известны три места, славящиеся своими долгожителями: Кавказ, Вилькабамба (Южный Эквадор), Хунза (северо-восточный Пакистан). Некоторые долгожители умирают в возрасте 160–168 лет.
- •Особенности роста народонаселения
- •Особенности современной экологической ситуации. Причины и перспективы возникновения глобального экологического кризиса
- •Особенности современной экологической ситуации
- •Библиографический список
- •Экология
Парниковый эффект
С конца XIX века по настоящее время наблюдается тенденция повышения средней глобальной температуры атмосферы. За последние 100 лет она повысилась ≈ 0,6° С. Ведущим фактором глобального потепления считают парниковый эффект.
Лучистая энергия, идущая от Солнца и достигающая Земли, состоит на 48–50 % из видимого света, на 45 % из инфракрасного излучения, на 1–7% из ультрафиолета. Проходя через атмосферу, излучение экспоненциально ослабляется атмосферными газами и пылью. Степень ослабления зависит от длины волны света: УФ-излучение с длиной волны < 0,3 мкм не проходит через озоновый слой, видимый свет равномерно ослабляется, ИК-излучение поглощается в атмосфере не одинаково. “Чистая” атмосфера прозрачна для ИК-излучения, а поглощает его атмосфера, содержащая парниковые газы. Видимый свет достигает поверхности Земли и нагревает её. Энергия, поглощённая Землёй, отдаётся обратно в атмосферу в виде ИК-излучения, часть которого поглощается CO2 и улавливается атмосферой, часть отражается или переизлучается обратно к Земле. Создаются условия для сохранения тепла в атмосфере. Таким образом, атмосфера пропуская излучение Солнца к Земле, задерживает обратное тепловое (инфракрасное) излучение земной поверхности из-за наличия в атмосфере парниковых газов. Парниковые газы как бы выполняют функцию стеклянного покрытия в обычных садовых парниках. Вклад в прирост парникового эффекта вносят на 49 % диоксид углерода CO2; 18 % метан CH4; 14 % фреоны; 6 % – оксид азота N2O; 13 % – остальные парниковые газы.
По прогнозам Международной конференции ЮНЕП к 2100 г. должно произойти повышение температуры на 1,5–5,8° С. Для приполярных широт повышение температуры может составить 10° С.
Разогрев атмосферы может привести к серьезным экологическим последствиям.
Таяние полярных льдов приведёт к повышению уровня Мирового океана к 2050 г. на 100 см, к 2100 г. на 156–345 см и затоплению территорий, где проживает подавляющее большинство населения и сосредоточен основной промышленный потенциал. Будет затоплены такие города, как Лондон, Нью-Йорк, Санкт-Петербург, Амстердам, Токио и др. [16]
Из-за изменения перепада температур между зонами полюсов и экватора Земли нарушится естественная циркуляция атмосферы. Ухудшится перенос тепла и влаги, т. е. произойдёт глобальное изменение климата, перераспределение осадков на планете. Ливни затопят тропики, засушливые зоны сдвинутся на север, площадь пустынь увеличится. Серьёзные изменения климата произойдут в Скандинавии, Сибири и на севере Канады.
Повышение температуры будет неравномерным: у полюсов больше, чем на экваторе. Повышение температуры в зоне вечной мерзлоты приведёт к изменению несущих свойств грунтов, что поставит под угрозу различные сооружения и коммуникации.
В основном за парниковый эффект отвечает CO2. Казалось бы, при очень высокой замкнутости биосферного круговорота углерода и огромной буферной ёмкости биосферы и океана по связыванию атмосферного избытка CO2 это увеличение CO2 не должно приводить к нарушению равновесия. Но в действительности буферные системы биосферы и океана не справляются с регулированием равновесия потоков CO2.
Возникает порочный круг самоусиления парникового эффекта (рис.10).
+
+ +
Рис. 10. Схема, поясняющая нарушение биотической регуляции круговорота углерода и самоускорение парникового эффекта [2]
Повышение температуры способствует выделению CO2 из воды, почвенной влаги, тающих льдов, поскольку растворимость CO2 в воде заметно снижается с повышением температуры. Кислотные осадки вытесняют CO2 из карбонатов почвы, вод и грунтов.
В Москве в июне 2004 г. состоялась «Всемирная конференция по климату». На конференции приводились самые противоречивые данные, характеризующие CO2 как первопричину глобального потепления. Было высказано много аргументов, позволяющих связать повышение температуры с увеличением CO2, но были и те, которые не укладываются в эту схему. Можно привести некоторые примеры нестыковки.
На антарктической станции «Восток» была пробурена скважина глубиной примерно 4 км. Послойно провели анализ льда и на основании полученных данных построили графики изменения температуры Земли и содержания CO2. За последние 11000 лет потепление и похолодание происходило в среднем каждое тысячелетие. В 4 случаях потеплению предшествовало увеличение CO2. В остальных случаях было с точностью до наоборот. В начале было потепление, потом увеличение CO2. Дело в том, что основное хранилище CO2 – Мировой океан. Повышение его температуры привело к повышению CO2.
440 млн лет назад содержание CO2 в атмосфере было в 16 раз больше, чем сейчас, но температура и растительность на экваторе были те же, что сегодня. И при этом шло оледенение полюсов.
Учёные Института промышленной экологии УрО РАН предложили свою версию объяснения несостыковок, считая что парниковые газы: водяной пар, CO2, N2O могут взаимодействовать между собой. Поэтому для корректной оценки и прогнозирования величины парникового эффекта это взаимодействие надо учитывать.
Загадка углекислого газа остаётся самой интригующей. Несмотря на рост его выбросов, температура окружающей среды меняется медленнее, чем предсказывали прогнозы. Вероятно, что в атмосфере действует какой-то механизм, конкурирующий с парниковым эффектом и замедляющий рост температуры.
Когда говорят о способности парниковых газов поглощать отражённое излучение, то предполагают, что молекулы газа находятся в свободном состоянии. Атмосферный водяной пар кластеризуется, и количество центров, поглощающих отражённое солнечное излучение, снижается. Водяной пар может соединяться с CO2 и N2O: CO2(H2O)n и N2O(H2O)n. С увеличением концентрации парниковых газов увеличивается вероятность абсорбции их кластерами воды. Поэтому повышение CO2 в атмосфере до определённой концентрации ведёт к антипарниковому эффекту, то есть не к нагреванию, а к охлаждению. С достижением равновесной концентрации CO2 ситуация меняется и увеличение концентрации молекул CO2 приводит к парниковому эффекту. В пользу этой гипотезы было приведено очень много доказательств.
Климато-экологическая система чрезвычайно сложна, плохо поддается прогнозированию, поскольку необходимо учитывать огромное число факторов, вносящих вклад в формирование климата на Земле. Многие связи в этой системе уже выявлены, но имеется множество других, обратных связей, остающихся ещё неизученными, поэтому неопределённости в понимании изменения климата в настоящее время ещё остаются.