25. Климат и состав атмосферы. Особая роль со2. Парниковый эффект и потепление климата. Аэрозоли и климат.
Концентрация парниковых газов (углекислого газа, метана, закиси азота) возрастала в течение ХХ века и сейчас этот рост продолжается со все большей скоростью. Концентрация СО2 возросла с 280 ppm (частей на миллион) в 1750 г. до 370 ppm в 2000 году. Считается, что в 2100 г. концентрация СО2 будет в пределах от 540 до 970 ppm, в основном, в зависимости от того, как будет развиваться мировая энергетика. Парниковые газы отличаются большим сроком нахождения в атмосфере. Половина всех выбросов СО2 остается в атмосфере 50-200 лет, в то время как вторая половина поглощается океаном, сушей и растительностью. При этом основная роль принадлежит океану, по некоторым оценкам, примерно 80% поглощения СО2 и “производства” кислорода приходится на фитопланктон.
Парниковый эффект от разных газов можно привести к “общему знаменателю”, выражающему то, во сколько раз больший эффект дает 1 тонна того или иного газа, чем 1 тонна СО2. Для метана переводной коэффициент равен 21, для закиси азота 310, а для некоторых фторсодержащих газов несколько тысяч. Однако, хотя концентрация метана выросла примерно в 2,5 раза, это намного меньше, чем изменение концентрации СО2. Оценки показывают, что именно с СО2 связано примерно 80% антропогенного парникового эффекта, в то время как метан дает 18-19%, а все остальные газы -- 1-2%. Поэтому во многих случаях, говоря об антропогенном парниковом эффекте, подразумевают именно СО2.
Заметим, что водяной пар – главный парниковый газ планеты -- вносит в парниковый эффект вклад, в целом еще больший, чем СО2. Однако изменение его концентрации в атмосфере пока не зарегистрировано (ни антропогенных, ни естественных).
Парниковые газы также хорошо перемешиваются в атмосфере. В результате парниковый эффект не зависит от места конкретного выброса СО2 или иного газа. Фактически любой локальный выброс оказывает только глобальное действие и уже глобальный эффект порождает вторичные эффекты, которые сказываются на климате того или иного конкретного места.
Состав атмосферы: Атмосфера нагревается, поглощая как солнечную радиацию, так и собственное излучение земной поверхности. Нагретая атмосфера излучает сама. Так же как и земная поверхность, она излучает инфракрасную радиацию в диапазоне невидимых глазу длинных волн. Значительная часть (около 70%) излучения атмосферы приходит к земной поверхности, которая практически полностью ее поглощает (95-99%). Это излучение называется "встречным излучением", так как оно направлено навстречу собственному излучению земной поверхности. Основной субстанцией в атмосфере, поглощающей земное излучение и посылающей встречное, является водяной пар.
Помимо водяного пара в состав атмосферы входят углекислый газ (СО2) и другие газы, которые поглощают энергию в диапазоне волн 7-15 мкм, т.е. там, где энергия земного излучения близка к максимуму. Сравнительно небольшие изменения концентрации СО2 в атмосфере могут оказать воздействие на температуру земной поверхности. По аналогии с процессами, происходящими в оранжереях, когда проникающая сквозь защитную пленку радиация нагревает землю, излучение которой пленкой задерживается, обеспечивая дополнительный нагрев, этот процесс взаимодействия земной поверхности с атмосферой носит название "парникового эффекта".
Явление парникового эффекта позволяет поддерживать на поверхности Земли температуру, при которой возможно возникновение и развитие жизни. Если бы парниковый эффект отсутствовал, средняя температура поверхности земного шара была бы значительно ниже, чем она есть сейчас.
Изменения концентрации в атмосфере парниковых газов и аэрозолей, изменения солнечной радиации и свойств земной поверхности меняют энергетический баланс климатической системы. Эти изменения выражаются термином «радиационное воздействие», которое используется для сравнения того, как в силу целого ряда человеческих и естественных факторов на глобальный климат оказывается нагревающее или охлаждающее влияние.
Аэрозоли – мелкие частицы, размером в несколько десятых долей микрона, которые находятся в атмосфере во взвешенном состоянии. Они образуются в результате химических реакций между газообразными загрязняющими веществами, от лесных пожаров, сельскохозяйственной деятельности, от выбросов предприятий и транспорта. Аэрозоли делают нижние слои тропосферы (до 10 км) более мутными и рассеивают свет, что понижает температуру приземного слоя атмосферы. Кроме того, аэрозоли усиливают облачный покров, что также приводит к охлаждению. Обычно аэрозоли находятся в атмосфере недолго, при наличии осадков, например, около недели. Поэтому действие аэрозолей достаточно локально.
ПАРНИКОВЫЙ ЭФФЕКТ - эффект разогрева приземного слоя воздуха, вызван тем, что атмосфера поглощает длинноволновое (тепловое) излучение Земной поверхности, в которую превращается большая часть достигающей Земли световой энергии солнца.
ПАРНИКОВЫЕ ГАЗЫ - СО2, СН4
ПАРНИКОВЫЙ ЭФФЕКТ
Запыленность атмосферы приводит к похолоданию, т.к. из-за пыли отражаются ультрафиолетовые лучи и они не достигают поверхности Земли. Ежегодно количество СО2 возрастает на 0,4%.
СО2 - поглощает инфракрасное излучение, из-за чего происходит нагрев Земли.
ПАРНИКОВЫЙ ЭФФЕКТ - это эффект разогрева приземного слоя воздуха, вызванного тем, что атмосфера поглощает ультрафиолетовые лучи. Парниковый эффект увеличивается с увеличением количества газов в атмосфере - СО2, метана, NO2, озон, фреон (парниковые газы). Все эти газы тяжелее воздуха и остаются на поверхности Земли.
ВКЛАД В ПАРНИКОВЫЙ ЭФФЕКТ:
CO2 - 66%,
СН4 - 18%,
NxOy (NO) - 3%,
Фреоны - 8%.
В период с 1920 по 1940 г. наша планета нагревалась быстрее, чем предсказывали моделями. В период с 1940 - 1970 г. наблюдалась стабилизация температуры, несмотря на то, что содержание парниковых газов увеличивалось. 1940 - 1943г. - резкое похолодание. В среднем температура повышается на 0,04%С в год. В 1997 году 150 стран одобрили "Киотский протокол и механизм его реализации". Развитые страны, а так же страны -преобразователи намерены сократить общий объем выбросов по сравнению с 1990г. на 5%. С 2008 года предполагается ввод эмиссионных кредитов.