0 просмотров

4.Что такое парниковый эффект и почему он важен?

Парниковый эффект и парниковые газы важны для изменения климата, но детали их работы часто не понимаются, а иногда и неправильно понимаются. Помочь учащимся узнать о них — это способ лучше понять условия, которые делают возможной жизнь на Земле, и условия, которые в настоящее время представляют угрозы, связанные с изменением климата.

Парниковый эффект

Парниковый эффект чем-то похож на то, что происходит в теплице (оба явления приводят к более высоким температурам), а также существенно отличается. Световая энергия Солнца достигает Земли в виде видимого света и коротковолнового ультрафиолетового излучения. Около половины солнечной энергии, достигающей верхних слоев атмосферы, отражается обратно в космос или поглощается атмосферой. Остальное поглощается земной поверхностью, которая нагревается и излучает энергию в гораздо более длинных волнах, прежде всего в инфракрасной части спектра. 1

В настоящей теплице стеклянные стены и крыша пропускают коротковолновое ультрафиолетовое излучение, но уменьшают поток воздуха и задерживают длинноволновое инфракрасное излучение, сохраняя тепло в теплице. При парниковом эффекте Земли часть инфракрасного излучения проходит через атмосферу и возвращается в космос, но часть тепловой энергии поглощается определенными «парниковыми газами» (ПГ) и переизлучается во всех направлениях. Часть из них уходит в космос, часть поглощается другими молекулами парниковых газов, а часть распространяется вниз и в конечном итоге снова контактирует с поверхностью Земли, делая ее теплее, чем если бы она нагревалась только за счет прямой солнечной энергии. 2 Практически вся тепловая энергия в конечном итоге уходит в космос, но парниковый эффект приводит к тому, что достаточное ее количество остается вокруг Земли, чтобы существенно поднять средние температуры поверхности по сравнению с теми, которые были бы в противном случае.

Статья в тему:  Кто злодей в проблеме глобального потепления

Парниковый эффект Земли имеет решающее значение для жизни, поскольку он развился на нашей планете.Без него температура на Земле могла бы быть намного больше, чем на Марсе. Несмотря на то, что день примерно такой же продолжительный, как на Земле, а летние дневные температуры достигают 20ºC (70ºF), летние ночные температуры на Марсе опускаются до -73ºC (-100ºF). Земля, с другой стороны, с атмосферой в 140 раз более плотной, чем у Марса, имеет среднюю температуру поверхности 14ºC (57ºF), а колебания от дня к ночи составляют всего десятки градусов. Венера, тем временем, с атмосферой в 93 раза плотнее земной, состоящей в основном из углекислого газа, имеет температуру поверхности 462ºC (864ºF). 3

Проблема сегодня, по заключению подавляющего большинства ученых-климатологов, заключается не в парниковом эффекте как таковом. Дело в том, что деятельность человека повысила (и продолжает повышать) уровень парниковых газов, нагревая Землю так сильно — и так быстро — что серьезно нарушает климат планеты с последствиями по всему миру.

Парниковые газы

Атмосфера состоит примерно из 78 процентов азота и 21 процента кислорода. Из-за своей структуры молекулы азота и кислорода не поглощают инфракрасную энергию, но поглощают молекулы некоторых других газов — парниковых газов, — которые составляют менее половины процента атмосферы. 4 Изменение климата, онлайн-публикация для старшеклассников, выпущенная Залом науки Лоуренса Калифорнийского университета в Беркли, объясняет:

Статья в тему:  Как глобальное потепление влияет на водные экосистемы

Фотоны видимого света вибрируют слишком быстро, чтобы воздействовать на какую-либо молекулу в атмосфере. Вот почему видимый свет проходит через воздух. Однако фотоны инфракрасной энергии вибрируют с нужной частотой, чтобы передать свою энергию молекулам [парниковых газов], что заставляет эти молекулы вибрировать. Мы воспринимаем эту вибрацию как тепло. 5

«Изменение климата» включает в себя упражнение (Исследование 2–3 в Главе 2), в котором учащиеся экспериментируют с моделями молекул, чтобы увидеть, что происходит, когда на них воздействуют энергией с разными частотами вибрации.

Основными парниковыми газами являются двуокись углерода (CO 2 ), метан (CH 4 ), озон (O 3 ), закись азота (N 2 O), тропосферный озон (O 3 ), несколько фторсодержащих газов и водяной пар (H 2 O). ).

Что касается их воздействия на глобальное потепление, эти газы отличаются друг от друга двумя важными аспектами. Одним из них является их способность поглощать энергию (их «радиационная эффективность»). Во-вторых, как долго они остаются в воздухе (их «атмосферное время жизни»). Потенциал глобального потепления (ПГП) — это показатель, разработанный для обеспечения общей единицы — энергии, которую одна тонна газа поглотит за определенный период времени относительно одной тонны CO 2 . Период времени, обычно используемый для расчета ПГП, составляет 100 лет, хотя исследователи и активисты иногда приводят доводы в пользу разных периодов для некоторых газов (см. ниже). По определению, ПГП CO 2 равен 1. Когда кто-то говорит, что газ в 25 (или 36, или 300, или сколько угодно) раз более мощный парниковый газ, чем углекислый газ, приведенное число является ПГП газа.

Статья в тему:  Что вызывает глобальное потепление?

Приведенные ниже цифры для времени жизни в атмосфере и ПГП взяты из Пятого оценочного доклада Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) от 2014 г., если не указано иное. 6 Диапазоны отражают различные методы расчета. ПГП рассчитан на 100 лет.

Примечание. Большая часть данных и другой информации в этом эссе взята с веб-сайта Агентства по охране окружающей среды США (EPA). На момент написания эссе эта информация все еще доступна. Учитывая позицию администрации Трампа, будущее материалов на таких веб-сайтах, как сайты Агентства по охране окружающей среды и Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA), остается неопределенным. Например, страница, на которую перенаправляются читатели для получения последней инвентаризации выбросов парниковых газов Агентства по охране окружающей среды, гласит: «Спасибо за ваш интерес к этой теме. В настоящее время мы обновляем наш веб-сайт, чтобы отразить приоритеты Агентства по охране окружающей среды под руководством президента Трампа и администратора Прюитта». 7

Углекислый газ (СО 2 )
ПГП: 1
Продолжительность жизни в атмосфере: переменная (источники и поглотители CO 2 связаны со сложным взаимодействием между гидросферой, биосферой и литосферой). «Примерно половина пробы CO 2 , выбрасываемой сегодня, исчезнет через столетие, но часть остатка сохранится в течение тысяч лет», — заявляет Американское химическое общество (ACS). 8

На CO 2 приходится около 81 процента выбросов парниковых газов в США в результате деятельности человека. В то время как выбросы CO 2 происходят из различных природных источников, выбросы, связанные с деятельностью человека, являются причиной увеличения выбросов в атмосферу после промышленной революции. 9 Основными видами деятельности человека, приводящими к выбросам, являются сжигание ископаемого топлива для получения энергии и транспорта, а также некоторые промышленные процессы, такие как производство цемента. Основным вкладом продовольственной системы, помимо использования энергии и транспорта, является вспашка и уничтожение тропических лесов, которые обнажают почву, позволяя углероду в почве соединиться с кислородом в воздухе с образованием CO 2 .

Статья в тему:  Почему глобальное потепление переименовали

Метан (СН4)
ПГП: 28–34·10
Срок службы в атмосфере: 12,4 года.

На метан приходится около 11 процентов выбросов парниковых газов в США в результате деятельности человека. Метан является основным компонентом природного газа, и некоторое количество CH 4 выбрасывается в атмосферу при добыче (включая фрекинг), переработке, хранении, транспортировке и распределении природного газа. Основными вкладами продовольственной системы являются кишечная ферментация во время пищеварения скотом, анаэробное разложение навоза и выращивание риса. Метан также выделяется при разложении пищевых отходов на свалках.

Традиционная практика расчета потенциала глобального потепления на 100-летний период особенно противоречива в случае метана, время жизни которого в атмосфере намного короче, чем у CO 2 . В результате некоторые утверждают, что ПГП метана следует рассчитывать за 20 лет.Это может иметь значение, потому что GWP частично используется для того, чтобы помочь лицам, принимающим решения, установить приоритеты для внимания и ресурсов в их усилиях по реагированию на изменение климата.

Вместо ПГП от 28 до 34 ПГП метана при расчете за 20 лет составляет 84 к 86. Некоторые активисты утверждают, что эту цифру следует использовать, потому что следующие 20 лет — особенно критическое время для действий, в то время как другие считают, что 100 лет Это лучший период, потому что смягчение последствий следует понимать как долгосрочный проект. 11 Выбор цифры для использования также влияет на обсуждение воздействия животноводства, которое является основным источником выбросов метана.

Статья в тему:  Как ученые объясняют ледниковый период глобальным потеплением

Закись азота (N 2 O)
ПГП: 298
Время жизни в атмосфере: 121 год.

Во всем мире около 40 процентов выбросов N 2 O приходится на деятельность человека. N 2 O выделяется при сжигании транспортного топлива и при производстве адипиновой кислоты, которая используется для изготовления волокон и других синтетических продуктов. Что касается продовольственной системы, почти 79 процентов выбросов N 2 O в США являются результатом применения (особенно чрезмерного применения) синтетических удобрений. Это также побочный продукт при производстве азотной кислоты, которая используется для производства удобрений. Еще 4 процента выбросов N 2 O связаны с разложением азота в навозе и моче домашнего скота, особенно в жидкой жиже в навозных отстойниках или накопительных баках.

Тропосферный озон (O 3 )
ПГП: н.д.
Время жизни в атмосфере: часов-дней 12

Озон образуется, когда источник энергии, такой как ультрафиолетовое излучение солнца или молнии, разрывает связи в обычной молекуле кислорода (O 2 ), высвобождая отдельный атом кислорода, который может соединяться с молекулой O 2 с образованием озона. Озон в верхних слоях атмосферы (стратосфере) играет решающую роль, защищая живые существа от ультрафиолетовых лучей. В 1980-х годах было обнаружено, что хлорфторуглеродные (ХФУ) газы, производимые химической промышленностью, дрейфовали в стратосферу и начали разрушать озоновый слой.Это знаменитая «дыра в озоновом слое», о которой, возможно, слышали школьники. Обратите внимание, что озоновая дыра не связана с глобальным потеплением. В нижних слоях атмосферы (тропосфере) озон действует как парниковый газ, а также придает смогу ядовитые химические свойства. Автомобильные выхлопы составляют около 75 процентов озона в тропосфере. 13

Статья в тему:  2-й закон термодинамики факты, как они противоречат глобальному потеплению

Фторированные газы 14
Гидрохлорфторуглероды (ГФУ): ПГП: 12–14 800; Срок службы: 1–270 лет
Перфторуглероды (ПФУ): ПГП: 9 390–12 200; Срок службы: 2 600–50 000 лет.
Трифторид азота (NF 3 ): GP: 17200; Срок службы: 740 лет
Гексафторид серы (SF 6 ): ПГП: 22 800; Срок службы: 3200 лет

Фторированные газы не имеют природных источников. Они выбрасываются в результате различных промышленных процессов, таких как производство алюминия и полупроводников. После того, как было обнаружено, что ХФУ разрушают стратосферный озоновый слой, ГФУ начали заменять их в качестве хладагентов, аэрозольных пропеллентов и в других целях. В настоящее время они выводятся из эксплуатации, но все еще представляют собой проблему, поскольку они высвобождаются в результате утечек, обслуживания и утилизации оборудования, имеют длительный срок службы и высокий ПГП. Гексафторид серы, используемый в электропередающем оборудовании, имеет самый высокий ПГП, оцененный на сегодняшний день МГЭИК.

Водяной пар (H 2 O)

Водяной пар (невидимый газ, а не пар, состоящий из крупных капель воды, взвешенных в воздухе) является основным поглотителем парникового эффекта Земли, но некоторые ученые-климатологи не считают его «движущей силой» изменения климата. По данным ACS, «это правда, что водяной пар вносит наибольший вклад в парниковый эффект Земли. В среднем на него, вероятно, приходится около 60 процентов эффекта потепления. Однако водяной пар не контролирует температуру Земли, а вместо этого контролируется температурой. Это связано с тем, что температура окружающей атмосферы ограничивает максимальное количество водяного пара, которое может содержать атмосфера». 15

Статья в тему:  Как будет выглядеть земля после глобального потепления (видео)

Системная перспектива: Связь между водяным паром и глобальной температурой является хорошим примером положительной (усиливающей) петли обратной связи. По мере повышения температуры атмосфера может удерживать больше водяного пара; поскольку водяной пар является парниковым газом, это приводит к дальнейшему повышению температуры, что позволяет атмосфере удерживать больше водяного пара, и так далее по контуру.

Существует также возможность, отмечает ACS, что большее количество водяного пара в атмосфере в результате более высоких температур может вызвать отрицательную (уравновешивающую) петлю обратной связи через образование облаков. «Это может произойти, если большее количество водяного пара приведет к большему образованию облаков. Облака отражают солнечный свет и уменьшают количество энергии, достигающей поверхности Земли, чтобы согреть ее… Но облачный покров означает, что в атмосфере больше конденсированной воды, что создает более сильный парниковый эффект, чем один только неконденсированный водяной пар — в пасмурный зимний день теплее, чем в ясный». 16 Неизвестно, уравновешивают ли эти обратные связи друг друга или одна из них оказывает большее влияние, чем другая. Тема является областью активных исследований.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x
Adblock
detector