Усиленный парниковый эффект

Без парникового эффекта мы жили бы в очень холодном месте — средняя мировая температура была бы минус 18°C ​​вместо привычных нам 15°C. Так что же такое парниковый эффект и как он нагревает Землю примерно на 33 °C?

Естественный парниковый эффект

Естественный парниковый эффект — это явление, вызванное газами, естественным образом присутствующими в атмосфере, которые влияют на поведение тепловой энергии, излучаемой солнцем. Проще говоря, солнечный свет (коротковолновое излучение) проходит через атмосферу и поглощается поверхностью Земли. Это нагревает поверхность Земли, а затем Земля излучает часть этой энергии (в виде инфракрасного или длинноволнового излучения) обратно в космос. При прохождении через атмосферу такие газы, как водяной пар, двуокись углерода, метан и закись азота, поглощают большую часть энергии. Затем энергия повторно излучается во всех направлениях, поэтому часть энергии уходит в космос, но меньше, чем могла бы быть. ускользнуло бы, если бы там не было атмосферы и ее парниковых газов.В результате часть солнечной энергии оказывается в «ловушке», из-за чего нижняя часть атмосферы и Земля становятся теплее, чем они были бы в противном случае.

Этот процесс известен как парниковый эффект, потому что он похож на то, как работает теплица: солнечная энергия проходит через стеклянные (или аналогичные) панели теплицы, но не вся она снова выходит наружу, что делает внутреннюю часть теплицы более теплая и благоприятная среда для растений внутри.

Энергетический баланс Земли

Скорость, с которой энергия поглощается Землей, примерно уравновешивается скоростью, с которой она излучается обратно в космос, удерживая Землю в так называемом состоянии равновесия и при стабильной температуре. Пока количество парниковых газов в воздухе остается неизменным, а скорость поступления энергии от солнца постоянна, это равновесие сохраняется.В состоянии равновесия, существовавшем на протяжении столетий вплоть до промышленной революции, начавшейся в конце 1700-х годов, естественный парниковый эффект поддерживал среднюю температуру поверхности Земли на уровне около 15°C.

Ученые регулярно измеряют содержание углекислого газа в атмосфере (CO₂) содержание примерно с 1960 года. Несколько станций по всему миру, в том числе ряд австралийских станций, совместно эксплуатируемых Бюро метеорологии и CSIRO, отслеживают CO₂ и других парниковых газов, а также вносить данные в Глобальную службу атмосферы. Но как мы можем узнать СО₂ концентрации, которые существовали до начала этого регулярного мониторинга? Доказательства поступают из разных источников, но один из самых простых касается взятия образцов льда с полярных ледяных шапок. Ледяные щиты образуются из-за сжатия ежегодных снегопадов. Пробурив лед (толщина которого достигает 4 километров), ученые могут собрать образцы керна ежегодного снегопада, выпавшего на протяжении тысячелетий. Чем глубже вы идете, тем старше лед. Этот лед содержит пузырьки воздуха, захваченные при выпадении снега и с тех пор запечатанные во льду. Ученые могут взять кусок ядра и проанализировать воздух, попавший в пузырьки. Эта ледяная летопись может дать нам информацию о воздухе еще 800 000 лет назад. Ледяная летопись показывает, что на протяжении многих тысяч лет CO₂ концентрация медленно колебалась. Он оставался стабильным в течение последних нескольких тысяч лет, но начал увеличиваться примерно в 1800 году, как и метан и закись азота. Концентрация парниковых газов в атмосфере в настоящее время выше, чем когда-либо за последние 800 000 лет.

Углекислый газ ( CO ₂)

Увеличение СО₂ частично вызвано сжиганием ископаемого топлива, производством цемента, расчисткой земель, вырубкой леса и изменениями в сельскохозяйственной практике. Согласно Национальному реестру парниковых газов Австралии за 2011 г., CO₂ приходится 74% выбросов парниковых газов в Австралии.

Метан

Выбросы со свалок, сжигание биомассы, увеличение сельскохозяйственного производства на рисовых полях, пищеварительная ферментация (отрыжка и пердеж) крупного рогатого скота и другого домашнего скота, а также утечки из трубопроводов природного газа и угольных шахт привели к неуклонному увеличению выбросов метана. На производство метана приходится 20 процентов выбросов парниковых газов в Австралии, и выбросы этого газа увеличиваются более быстрыми темпами, чем выбросы CO.₂. Ученые обеспокоены тем, что глобальное потепление приведет к выбросу еще большего количества метана, если вечная мерзлота растает.

Оксид азота

Существует множество небольших источников этого газа, как природных, так и искусственных, которые трудно определить количественно. Основными источниками, создаваемыми деятельностью человека, являются сельское хозяйство (особенно освоение пастбищ в тропических регионах), сжигание биомассы и ряд промышленных процессов. На производство закиси азота приходится 4 процента выбросов парниковых газов в Австралии.

Галогенуглероды

Хлорфторуглероды (ХФУ) — это галоидоуглеводороды, которые широко использовались в качестве пропеллентов, хладагентов и пенообразователей. Их использование быстро увеличилось после их изобретения в 1930-х годах. Осознание того, что они несут ответственность за разрушение озона в стратосфере, привело к постепенному отказу от них в соответствии с Монреальским протоколом 1987 года. Перфторуглероды, другой тип галоидоуглеводородов, производятся при производстве алюминия. На производство галоидоуглерода приходится 1,1% выбросов парниковых газов в Австралии.

Состав атмосферы меняется

Атмосфера Земли состоит из 78 процентов азота и 21 процента кислорода. Только около 1 процента составляют природные парниковые газы, но это сравнительно небольшое количество газа имеет большое значение. Промышленная революция принесла новые промышленные процессы, увеличение сжигания ископаемого топлива, более экстенсивное сельское хозяйство и быстрый рост населения мира.Этот быстрый рост человеческой деятельности привел к (все еще продолжающемуся) выбросу значительного количества парниковых газов в атмосферу. Мы знаем это благодаря измерениям, проведенным за последние 50 лет, и анализу пузырьков воздуха, застрявших в древнем льду, которые показывают, что уровни углекислого газа, метана, закиси азота и галоидоуглеводородов увеличиваются.

Хотя атмосфера Земли значительно изменилась за геологическое время, и в прошлом в атмосфере Земли присутствовали высокие концентрации парниковых газов, никогда раньше Земля не подвергалась такому значительному увеличению количества парниковых газов в атмосфере за такой короткий период времени. время. Хотя в течение геологического промежутка времени (от тысяч до миллионов лет) жизнь на Земле могла бы постепенно адаптироваться к повышенным концентрациям парниковых газов, сравнительное равновесие, существовавшее в течение последних 10 000 лет или около того, нарушается с такой скоростью. считают, что адаптация невозможна.

Обратите внимание, что на приведенных выше рисунках используется компиляция как инструментальных, так и косвенных данных.

Усиление парникового эффекта и изменение климата

Нарушение климатического равновесия Земли, вызванное увеличением концентрации парниковых газов, привело к повышению глобальной средней температуры поверхности. Этот процесс называется усилением парникового эффекта.

Хотя ученые согласны с тем, что уровни парниковых газов и средние глобальные температуры растут, нет уверенности в том, какими будут последствия в будущем. Чтобы помочь понять это, ученые используют математические модели. Эти модели учитывают множество процессов, которые вместе определяют поведение атмосферы (например, температуру, влажность, скорость ветра и атмосферное давление).

Моделирование — это способ упростить реальный мир, чтобы мы могли решать проблемы. Мы делаем это все время и так легко, что даже не замечаем, что делаем это.Например, справочник улиц — это модель дорог города, схема — это модель того, как что-то делается, и даже календарь — это модель месяца. Люди используют эти модели для решения таких задач, как «Какой кратчайший маршрут?», «Как мне это собрать?», «Сколько осталось до моего дня рождения?» Математика — один из самых важных инструментов моделирования. Древние египтяне использовали геометрию для моделирования и разделения своих сельскохозяйственных угодий. В 1600-х годах Исаак Ньютон разработал математические уравнения для моделирования движения планет — одно из величайших научных достижений. Сегодня мы используем сложные компьютерные модели, чтобы прогнозировать погоду, моделировать климатические условия и изменение климата, а также оценивать влияние роста населения на природную среду. Климатическая модель учитывает многочисленные переменные, характеризующие климатическую систему, — температуру, осадки, ветер, влажность и т. д. Используя уравнения, описывающие отношения между этими переменными, модели обрабатывают числа, чтобы делать прогнозы и прогнозы того, как внешние воздействия или изменения в одной или нескольких переменных может повлиять на другие в будущем. Климатические модели особенно сложны из-за большого количества влияний, которые они должны учитывать, и сложной взаимосвязанности всей климатической системы. К настоящему времени ученые разработали модели, которые обеспечивают достаточно хорошее моделирование текущих климатических условий в глобальном и континентальном масштабах. Локальные колебания сложнее точно смоделировать (и, следовательно, предсказать), а некоторые переменные легче предсказать, чем другие — например, температуру легче предсказать точно, чем количество осадков. Моделирование антропогенного изменения климата включает в себя моделирование усиленного парникового эффекта, который повышение концентрации парниковых газов оказывает на общий радиационный баланс планеты. Это часто называют «радиационным воздействием изменения климата».

Модели показывают, что поверхность Земли станет теплее.Это будет иметь серьезные побочные эффекты, такие как изменения глобального количества осадков, циркуляции океана и экстремальных погодных явлений, а также повышение уровня моря. Эти изменения будут иметь дополнительные последствия для глобального сельского хозяйства, биоразнообразия и здоровья человека. Установить точные временные рамки реакции Земли на повышение уровня парниковых газов в атмосфере сложно, но ясно, что недавние наблюдения начинают подтверждать предсказания о потеплении планеты.

Средняя глобальная температура повысилась примерно на 0,7°C с начала 20 века. Это может показаться не таким уж большим, но в некоторых регионах реакция будет гораздо более резкой, чем в среднем по миру. Что еще более важно, даже небольшое, но постоянное повышение температуры может в долгосрочной перспективе оказать значительное влияние на крупномасштабные характеристики окружающей среды, такие как ледяные щиты или лесной покров. Экстремальные явления, которые уже раздвигают границы терпимости экосистем, будут раздвигать их еще сильнее.

Площадь арктического льда, снежный покров и объемы ледников уменьшились, а уровень моря повысился. Повысилась температура поверхности океана. Повышение температуры океана повлияет на морские экосистемы и может создать нагрузку на коралловые рифы. Кроме того, повышенный уровень СО₂ в атмосфере также привело к увеличению CO₂ поглощается океаном. Это изменило химический состав поверхности океана, процесс, известный как закисление океана, и может привести к целому ряду других проблем для морской жизни.

Предсказывать будущее сложно

В то время как основная физика парникового эффекта достаточно хорошо изучена, предсказание будущего хода событий затруднено из-за наших ограниченных знаний о будущих выбросах парниковых газов и детальном поведении атмосферы и океанов. Климатическая система чрезвычайно сложна, и в ней задействовано множество взаимосвязанных процессов «обратной связи», которые могут либо усиливать, либо уменьшать первоначальный эффект.

Источник видео: Хорошо быть умным / YouTube.Посмотреть детали видео и расшифровку.

Национальная и международная проблема

Повышение глобальной температуры принесет изменения всей планете, а значит, и каждому народу. Это делает его международной проблемой, которая требует изучения и ответов во всем мире. Вклад Австралии в мировой выброс CO₂ выбросы в 2012 году составляли всего около 1 процента, но наши выбросы CO на душу населения₂ производство ставит нас в число лучших стран ОЭСР.

Австралия и более 150 других стран подписали Рамочную конвенцию Организации Объединенных Наций об изменении климата на Конференции Организации Объединенных Наций по окружающей среде и развитию, состоявшейся в Рио-де-Жанейро в 1992 году. После этой встречи правительства регулярно встречаются для обсуждения действий по предотвращению экстремальных климатических изменений.

Однако весьма спорный политический и экономический характер вопросов изменения климата означает, что глобальный прогресс в сокращении выбросов парниковых газов был незначительным. Климатическая система Земли не обращает особого внимания на политические дебаты, а уровень парниковых газов в атмосфере продолжает расти. До промышленной революции уровень CO в атмосфере₂ были около 280 частей на миллион. В 2013 году обсерватория Мауна-Лоа на Гавайях, которая измеряла атмосферный CO₂ уровни с 1958 года, зафиксировали контрольное значение 400 частей на миллион CO.₂ в атмосфере, уровня, которого не было около 35 миллионов лет назад. Тогда Земля была совсем другим местом: средняя глобальная температура была примерно на 34°C выше, а уровень моря был примерно на 540 метров выше. Вокруг точно не было людей; по планете бродили шерстистые мамонты и другие гигантские млекопитающие.