Что такое парниковый эффект?

В то время как на других планетах Солнечной системы Земли либо очень жарко, либо очень холодно, на поверхности Земли температура относительно умеренная и стабильная. Земля наслаждается такими температурами из-за своей атмосферы, которая представляет собой тонкий слой газов, скрывающих и защищающих планету.

Однако 97 процентов ученых-климатологов согласны с тем, что за последние два столетия люди радикально изменили атмосферу Земли, что привело к глобальному потеплению. Однако, чтобы понять глобальное потепление, сначала необходимо ознакомиться с парниковым эффектом.

Энергия на входе, энергия на выходе

Каждый день по всей Земле происходит тонкое уравновешивание, включающее излучение, которое планета получает из космоса, и излучение, которое отражается обратно в космос.

Земля постоянно подвергается бомбардировке огромным количеством радиации, прежде всего солнечной. Это солнечное излучение попадает в атмосферу Земли в виде видимого света, а также ультрафиолетового (УФ), инфракрасного (ИК) и других видов излучения, невидимых для человеческого глаза.

УФ-излучение имеет более короткую длину волны и более высокий энергетический уровень, чем видимый свет, тогда как ИК-излучение имеет большую длину волны и более слабый энергетический уровень. По данным НАСА, около 30 процентов излучения, попадающего в атмосферу Земли, немедленно отражается обратно в космос облаками, льдом, снегом, песком и другими отражающими поверхностями. Остальные 70 процентов поступающей солнечной радиации поглощаются океанами, землей и атмосферой. При нагревании океаны, суша и атмосфера выделяют тепло в виде инфракрасного теплового излучения, которое выходит из атмосферы в космос.

По данным НАСА, именно это равновесие входящей и исходящей радиации делает Землю пригодной для жизни со средней температурой около 59 градусов по Фаренгейту (15 градусов по Цельсию). Без этого атмосферного равновесия Земля была бы такой же холодной и безжизненной, как ее Луна, или такой же раскаленной, как Венера.Температура Луны, у которой почти нет атмосферы, составляет около минус 243 F (минус 153 C) на ее темной стороне. Венера, с другой стороны, имеет очень плотную атмосферу, которая улавливает солнечное излучение; средняя температура на Венере составляет около 864 F (462 C).

Парниковый эффект

Обмен входящей и исходящей радиацией, который нагревает Землю, часто называют парниковым эффектом, потому что парник работает примерно так же.

Входящее УФ-излучение легко проходит сквозь стеклянные стены теплицы и поглощается растениями и твердыми поверхностями внутри. Однако более слабое ИК-излучение с трудом проходит через стеклянные стены и задерживается внутри, нагревая теплицу. Этот эффект позволяет тропическим растениям расти в теплице даже в холодную зиму.

Аналогичное явление происходит в машине, припаркованной на улице в холодный солнечный день. Входящее солнечное излучение нагревает салон автомобиля, но исходящее тепловое излучение задерживается внутри закрытых окон автомобиля.

Парниковые газы и глобальное потепление

«Молекулы газа, которые поглощают тепловое инфракрасное излучение и находятся в достаточном количестве, могут воздействовать на климатическую систему. Молекулы такого типа называются парниковыми газами», — сказал Live Science Майкл Дейли, доцент кафедры наук об окружающей среде в колледже Ласелла. Углекислый газ (СО₂) и другие парниковые газы действуют как одеяло, поглощая ИК-излучение и не давая ему выйти в космос. Чистым эффектом является постепенное нагревание атмосферы и поверхности Земли, процесс, известный как глобальное потепление.

Эти парниковые газы включают водяной пар, CO₂, метан, закись азота (N₂O) и другие газы, по данным Агентства по охране окружающей среды (EPA). На заре промышленной революции в начале 1800-х годов сжигание ископаемого топлива, такого как уголь, нефть и бензин, значительно увеличило концентрацию парниковых газов в атмосфере, особенно CO.₂, Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA).«Вырубка лесов является вторым по величине антропогенным источником выбросов углекислого газа в атмосферу в диапазоне от 6 до 17 процентов», — сказал Дейли.

Атмосферный CO₂ уровни увеличились более чем на 40 процентов с начала промышленной революции, примерно с 280 частей на миллион (частей на миллион) в 1800-х годах до 400 частей на миллион сегодня. В последний раз уровень CO в атмосфере Земли₂ достигло 400 частей на миллион в эпоху плиоцена, между 5 и 3 миллионами лет назад, по данным Калифорнийского университета, Института океанографии Скриппса в Сан-Диего.

Ожидается, что парниковый эффект в сочетании с повышением уровня парниковых газов и, как следствие, глобальным потеплением, будет иметь серьезные последствия, согласно почти всеобщему консенсусу ученых.

По данным НАСА, Агентства по охране окружающей среды и других научных и правительственных организаций, если глобальное потепление будет продолжаться беспрепятственно, оно вызовет значительные изменения климата, повышение уровня моря, усиление закисления океана, экстремальные погодные явления и другие серьезные природные и социальные последствия.

Есть те, кто говорит, что газы не являются причиной глобального потепления, хотя это противоречит мнению мирового научного сообщества. «Я думаю, что точное измерение деятельности человека на климате — очень сложная задача, и существуют огромные разногласия по поводу степени воздействия. Так что нет, я бы не согласился с тем, что это основной фактор глобального потепления, которое мы наблюдаем». Глава Агентства по охране окружающей среды Скотт Прюитт заявил в утреннем новостном шоу CNBC «Squawk Box» 9 марта 2017 года. [Двуокись углерода нагревает планету (вот как)]

Можно ли обратить парниковый эффект?

Многие ученые сходятся во мнении, что ущерб, нанесенный атмосфере и климату Земли, уже прошел точку невозврата или что ущерб близок к точке невозврата.«Я согласен с тем, что мы прошли этап предотвращения изменения климата», — сказал Live Science Джозеф Верн, доцент кафедры геологии и планетологии Питтсбургского университета. По мнению Верна, с этого момента есть три варианта:

1. Ничего не делать и жить с последствиями.
2. Адаптироваться к изменяющемуся климату (включая такие вещи, как повышение уровня моря и связанные с ним наводнения).
3. Смягчить последствия изменения климата, активно проводя политику, которая фактически снижает концентрацию CO2 в атмосфере.

Кит Питерман, профессор химии Йоркского колледжа в Пенсильвании, и Грегори Фой, адъюнкт-профессор химии в Йоркском колледже в Пенсильвании, считают, что ущерб еще не наступил, и что международные соглашения и действия могут спасти планету. атмосфера.

В настоящее время некоторые ученые изучают, как перестроить атмосферу, чтобы обратить вспять глобальное потепление. Например, в теории, опубликованной в июле 2017 года в журнале Science исследователями из Института атмосферных и климатических наук Швейцарской высшей технической школы Цюриха Ирке Лохманн и Блаж Гаспарини, предлагалось сократить количество перистых облаков, удерживающих тепло.

«Если перистые облака ведут себя как одеяло вокруг Земли, вы пытаетесь избавиться от этого одеяла», — сказал Ломанн, профессор экспериментальной физики атмосферы в ETH Zurich. [Охладить планету? Геоинженерия легче сказать, чем сделать] «Вы удаляете водяной пар, вы удаляете влажность и предотвращаете нормальное образование перистых облаков», — сказал Ломанн.

Для получения последней информации о парниковом эффекте посетите:

• Тема LiveScience: новости и особенности теплиц

Дополнительные ресурсы

• НАСА изучает необычное потепление в Арктике
• Видео: новое исследование показывает, что повышение уровня моря ускоряется
• EPA: Инвентаризация выбросов и поглотителей парниковых газов в США: 1990–2012 гг.
• EPA: Национальные данные о выбросах парниковых газов
• Президентский план действий по борьбе с изменением климата, 2013 г.