Что такое парниковый эффект?

Хотя парниковый эффект поддерживает нашу планету теплее, чем окружающее пространство, он также нарушает температурный баланс.

Фото предоставлено Министерством энергетики США.

Мы часто слышим о «парниковом эффекте» в негативном контексте глобального потепления — именно поэтому ледники тают, а климатические условия претерпевают опасные изменения. Но парниковый эффект сам по себе не является чем-то плохим — это важная и положительная часть энергетического баланса Земли. Это то, что позволяет Земле оставаться достаточно теплой для выживания жизни. Без него Земля чувствовала бы себя чем-то вроде Марса.

Процесс получил свое название от теплиц, которые остаются красивыми и теплыми для выращивания растений. По сути, это тот же самый процесс, благодаря которому Земля остается теплой и теплой для поддержания жизни.Одним из примеров парникового эффекта, с которым большинство из нас сталкивается в повседневной жизни, является нагревание салона автомобиля, когда автомобиль остается на солнце.

Вы, наверное, замечали, что ваша машина всегда намного горячее внутри, чем температура снаружи, если она стояла там какое-то время. Солнечные лучи проникают через окна вашего автомобиля. Часть солнечного тепла поглощается сиденьями, приборной панелью, ковровым покрытием и напольными ковриками. Когда эти объекты выделяют это тепло, оно не все выходит через окна. Некоторая часть отражается обратно — тепло, излучаемое сиденьями, имеет длину волны, отличную от длины волны солнечного света, проникшего через окна, и оконное стекло не пропускает большую часть этой длины волны. Таким образом, определенное количество энергии входит и меньше энергии уходит. Результатом является постепенное повышение температуры внутри вашего автомобиля.

Парниковый эффект Земли поддерживает на планете гораздо более высокую температуру, чем окружающее пространство. В этой статье мы узнаем, как это происходит, и посмотрим, что связано с поддержанием энергетического баланса Земли. Мы также увидим, что произошло, чтобы нарушить этот баланс.

Используя пример с автомобилем на солнце, мы можем рассматривать атмосферу Земли как гигантское сферическое окно автомобиля.

Климат – это средние погодные условия для какой-либо местности в течение длительного периода времени.

Фото предоставлено Программой исследования глобальных изменений США.

Когда солнечные лучи попадают в атмосферу Земли и на поверхность Земли, примерно 70 процентов энергии остается на планете, поглощаясь землей, океанами, растениями и другими вещами. Остальные 30 процентов отражаются в космос облаками, снежными полями и другими отражающими поверхностями [источник: НАСА]. Но даже те 70 процентов, которые проходят, не остаются на Земле навсегда (иначе Земля превратилась бы в пылающий огненный шар).Вещи вокруг планеты, которые поглощают солнечное тепло, в конечном итоге излучают часть этого тепла (излучения) обратно с другой длиной волны, как это делают ваши автомобильные сиденья и приборная панель.

Этот процесс поглощения-излучения удерживает Землю в радиационном равновесии: солнечное излучение постоянно падает на Землю, нагревая ее; теплая Земля излучает часть этого излучения обратно в космос, охлаждая себя. Чем больше солнечной радиации поглощает Земля, тем больше радиации она излучает.

Часть этого выпущенного излучения попадает в космос, а остальная часть в конечном итоге отражается обратно на Землю, когда сталкивается с определенными вещами в атмосфере, такими как углекислый газ, газообразный метан и водяной пар — окна автомобилей. Тепло, которое не проходит через атмосферу Земли, поддерживает на планете более высокую температуру, чем в открытом космосе, потому что через атмосферу поступает больше энергии, чем уходит. Это парниковый эффект, который сохраняет тепло на Земле.

Если бы на Земле не было парникового эффекта, она, вероятно, была бы очень похожа на Марс. У Марса недостаточно плотная атмосфера, чтобы отражать большое количество тепла обратно на планету, поэтому там очень холодно.

Так что парниковый эффект — это хорошо. И, как и в большинстве хороших вещей, важна умеренность. Причина, по которой мы часто связываем парниковый эффект с ущербом для окружающей среды, заключается в том, что со времен промышленной революции парниковый эффект вышел из равновесия: атмосфера Земли поглощает слишком много тепла.

Оранжерея Марс

Некоторые ученые предположили, что мы могли бы терраформировать поверхность Марса, отправив «фабрики», которые будут выбрасывать в воздух водяной пар и углекислый газ. Если бы можно было произвести достаточно материала, атмосфера могла бы начать достаточно сгущаться, чтобы удерживать больше тепла и позволить растениям жить на поверхности. Как только растения распространится по Марсу, они начнут производить кислород.Через несколько сотен или тысяч лет на Марсе может появиться среда, в которой люди смогут просто ходить — и все благодаря парниковому эффекту.

Удержание слишком большого количества тепла

Парниковый эффект нарушается из-за слишком большого количества антропогенного углекислого газа.

Изображение предоставлено Департаментом экологии штата Вашингтон.

Ученые подсчитали, что без атмосферы поверхность Земли была бы примерно на 54 градуса по Фаренгейту (30 градусов по Цельсию) холоднее, чем сейчас [источник: НАСА]. Это довело бы его примерно до 5 градусов по Фаренгейту (-15 градусов по Цельсию); для сравнения, поверхность Марса имеет температуру около -9,4 градусов по Фаренгейту (-23 градуса по Цельсию) [источник: Elert].

Другими словами, без земной атмосферы и создаваемого ею парникового эффекта нам было бы не по себе. Но оказывается, что сверхактивный парниковый эффект может привести к таким же разрушительным последствиям. Из-за слишком большого количества поглощающих тепло парниковых газов в атмосфере задерживается слишком много радиации, в результате чего Земля нагревается выше своей идеальной температуры.

По сути, Земля не может выделять достаточно тепла, чтобы сохранять прохладу, что приводит к тому, что стало известно как «глобальное потепление». Это парниковый эффект вышел из-под контроля.

Проблема в основном заключается в повышенной концентрации углекислого газа (CO₂) в атмосфере. СО₂ (помимо водяного пара) является наиболее существенным парниковым газом.

В естественном состоянии Земли CO₂ уровни поддерживаются в равновесии в основном благодаря деятельности растительной жизни. Но по мере того, как люди начали сжигать все больше и больше CO₂— высвобождая ископаемое топливо, уровни вышли из равновесия. Мы выделяем слишком много CO₂ для растений (особенно с дополнительными эффектами вырубки лесов). До промышленной революции в конце 1700-х годов концентрация CO₂ в атмосфере было около 280 частей на миллион (ppm). В середине 1900-х это число составляло 300 частей на миллион, а в начале 21-го века мы имеем уровни около 360 частей на миллион [источник: НАСА].

Это увеличение привело к повышению температуры Земли на 1,8 градуса по Фаренгейту (1 градус С) — что может показаться не таким уж большим, пока вы не поймете, что ученые предсказывают страшные, необратимые глобальные последствия при повышении температуры на 2 градуса по Цельсию, включая таяние ледяных щитов. , повышение уровня моря и сопутствующие наводнения, экстремальные климатические условия и повсеместное разрушение среды обитания диких животных [источник: Times].

В таких соглашениях, как Киотский протокол, мир начал предпринимать действия, чтобы попытаться обуздать усиление парникового эффекта. Еще неизвестно, удастся ли этим усилиям предотвратить катастрофу или окажется слишком мало и слишком поздно.

Для получения дополнительной информации о парниковом эффекте, глобальном потеплении и связанных темах перейдите по ссылкам на следующей странице.