23 просмотров

Парниковые газы и глобальная температура

Фотография двойной радуги над прудом.

Изображение выше: Двойная радуга над прудом недалеко от Бруктондейла, Нью-Йорк. Фотография Александры Мур для проекта PRI [email protected] (лицензия CC BY-NC-SA 4.0).

Обзор

Температура поверхности Земли контролируется единственным крупным источником энергии в нашей Солнечной системе: Солнцем. Радиация от Солнца достигает Земли в течение всего года, но температура Земли зависит от сложного взаимодействия различных компонентов солнечного излучения с атмосферой и с земной поверхностью.

Солнечный свет состоит из излучения различных длин волн. Самые короткие волны (ультрафиолетовый свет) быстро поглощаются и фильтруются атмосферой и не достигают поверхности Земли. То же верно и для самых длинных волн (Инфракрасный свет или же тепловое излучение). Средние длины волн (видимый свет) беспрепятственно проходят сквозь атмосферу и позволяют нам видеть окружающий мир.

«Долгое и короткое поглощение и передача (в теплице № 4)» Палеонтологического исследовательского института (YouTube).

Когда видимый солнечный свет поглощается поверхностью Земли, его энергия преобразуется в тепловую энергию, повышающую температуру поверхности. Часть этой энергии повторно излучается обратно в атмосферу в виде инфракрасного света. Поскольку атмосфера поглощает инфракрасный свет, часть этого света улавливается атмосферой, а затем повторно излучается в космос и снова возвращается на поверхность, эффективно улавливая тепло. Это явление называется парниковый эффект и зависит от уровня парниковые газы— углекислый газ, метан, водяной пар и другие, которые составляют лишь малую долю газов в нашей атмосфере.

Статья в тему:  Как парниковый эффект влияет на рост помидоров

Диаграмма, иллюстрирующая парниковый эффект.

Парниковый эффект. 1, Энергия Солнца достигает Земли в виде коротковолнового излучения. 2, Часть коротковолнового излучения отражается обратно в космос. 3, Радиационное равновесие. Поверхность Земли излучает столько же энергии, сколько поглощает от Солнца, но с большей длиной волны, потому что Земля холоднее Солнца. Когда это длинноволновое излучение сталкивается с молекулами парниковых газов в атмосфере, молекулы поглощают излучение, которое нагревает атмосферу, пока испускаемая энергия не сравняется с поглощенной энергией. 4, Энергетический спектр Солнца и Земли. Оба объекта излучают в диапазоне длин волн, однако Солнце излучает большую часть своей энергии на коротких волнах видимой части спектра, а Земля излучает всю свою энергию в инфракрасной части спектра. Пиковая длина волны соответствует температуре объекта; короткий = горячий, длинный = прохладный. На этом рисунке спектр Земли показан с увеличением по вертикали примерно в 1 000 000 раз. Обратите внимание на изменение горизонтального масштаба на ~3500 нм. Исходное изображение из «Изменение климата в прошлом, настоящем и будущем: очень краткое руководство» Allmon et al. (2010 г.); изменено Александрой Мур и Джонатаном Р. Хендриксом для проекта PRI [email protected] (лицензия CC BY-NC-SA 4.0).

Таблица: Общие парниковые газы.

ГазФормула
Водяной парH₂O
Углекислый газCO₂
МетанCH₄
ОзонО₃
Оксид азотаN₂O
Хлорфторуглероды (ХФУ)Состав варьируется, но обычно включает C, Cl, F и H.
Статья в тему:  Каковы последствия парникового эффекта

«Парниковые газы: изменение климата, доказательства: глава 3» Национальной академии наук, инженерии и медицины (YouTube).

Таким образом, поверхность Земли нагревается как за счет прямого солнечного излучения, так и за счет этого захваченного и ретранслируемого излучения. Этот парниковый эффект очень важен для жизни на Земле. Без него средняя температура поверхности была бы ниже точки замерзания воды, жидкой воды было бы мало или совсем не было бы, а значит, возможно, и жизни на Земле не было бы!

В масштабе миллиардов лет климат Земли контролировался балансом между ее расстоянием от Солнца и составом ее атмосферы.Если мы сравним Землю с ее планетарными соседями, Марсом и Венерой, мы увидим, что могло бы произойти на Земле, но не произошло. Первоначальная атмосфера Земли возникла в результате вулканической деятельности, при которой из недр планеты выбрасывались газы. Высокая концентрация СО2 и метан (CH4) в этой ранней атмосфере согревала Землю, когда солнце было моложе и слабее. Это известно как парадокс слабого молодого солнца. Некоторые из первых форм жизни на Земле выделяли кислород в атмосферу в процессе фотосинтеза и вытягивали CO.2. Более низкие уровни парниковых газов в атмосфере помогли компенсировать яркое солнце, которое в противном случае слишком сильно нагрело бы Землю, чтобы на ней могли присутствовать живые организмы или даже жидкая вода. Таким образом, парниковый эффект позволил жизни существовать на Земле, в то время как в противном случае она могла бы не существовать.

Статья в тему:  Какой ланет вызывает безудержный парниковый эффект?

Парниковый эффект и парниковая метафора

Теплица работает, впуская солнечную энергию через свои окна, а затем удерживая нагретый воздух от выхода через те же окна. В атмосфере то, что обычно называют «парниковым эффектом», является более сложным.

Шаг 1: Земля поглощает энергию солнца в виде коротковолнового излучения (видимого света), которое нагревает поверхность планеты.

Шаг 2: Земля излучает часть этого тепла в виде длинноволнового (инфракрасного) излучения.

Шаг 3: Часть длинноволнового излучения, испускаемого планетой, сталкивается с молекулами парниковых газов в атмосфере и поглощается. Эти газы переизлучают инфракрасный свет, нагревая воздух.

Шаг 4: Из-за химического состава парниковых газов длинноволновое излучение улавливается легче, чем коротковолновое. В результате большая часть тепла, выделяемого Землей, удерживается атмосферой, а не проходит через нее.

Метафора с оранжереей не идеальна. Окна теплицы пропускают в здание свет, который нагревает воздух.Затем окна защищают это тепло от рассеяния или переноса ветрами, локально обеспечивая тепло растениям внутри. Атмосфера Земли, с другой стороны, открыта, поэтому воздух не задерживается. Скорее, молекулы парниковых газов в атмосфере излучают тепло обратно к Земле.

Узнайте больше из видеороликов ниже.

«Видение (инфракрасного) красного (в теплице № 1)» Палеонтологического исследовательского института (YouTube).

«Теплица в стакане (В теплице № 2)» Палеонтологического исследовательского института (YouTube).

Климат, инфракрасное излучение, паяльная лампа, действие!» Корнельского университета наук о Земле и атмосфере (YouTube).

Статья в тему:  Какой газ усиливает парниковый эффект

Почему вся эта суета вокруг углекислого газа?

Углекислый газ (СО2) представляет собой молекулу, состоящую из одного атома углерода и двух атомов кислорода.

Одна молекула углекислого газа. Модель "decay_dance" (Sketchfab).

В диапазоне температур на Земле CO2 обычно принимает форму газа. Это естественный компонент атмосферы Земли, выдыхаемый аэробный организмов, таких как растения, животные, грибы, протисты и многие бактерии, и используемые растениями в процессе фотосинтеза. Таким образом, концентрации CO2 в атмосфере меняются в зависимости от сезона лиственные растения в северном полушарии, которые летом поглощают больше CO2 чем выпускают.

СО2 является частью цикл углерода (узнайте больше здесь), включая углерод, содержащийся в живых существах, атмосфере, океанах и земной коре — в известняк, И в масло, природный газ, а также каменный уголь депозиты. Поскольку углерод обычно медленно циркулирует в океане (тысячи лет) и земной коре (миллионы или миллиарды лет), их называют «поглотители углерода». Без вмешательства человека углеродный цикл обычно находится в равновесие, при этом ежегодно в атмосферу выбрасывается примерно столько же углерода, сколько поглощается поглотителями во всем мире.

Большие леса являются поглотителями углерода, хранящими углерод в своей биомассе до тех пор, пока они не умрут и не разложатся.Некоторые большие леса, такие как тропические леса Амазонки, сокращаются из-за деятельности человека, такой как вырубка лесов. Когда леса уничтожаются, они выбрасывают свой углерод обратно в атмосферу и переходят от поглотителей углерода к источникам углерода.

Статья в тему:  Почему явление глобального потепления называют парниковым эффектом

Человеческое сжигание ископаемое топливотаких как нефть, природный газ и уголь, высвобождает углерод, хранившийся в древних органическая материя как CO2 газ. Поскольку эти поглотители долгое время были хранилищами углерода, их быстрое высвобождение в атмосферу вызвало дисбаланс, что привело к увеличению уровня CO.2 в нашей атмосфере и океанах.

Эта дополнительная эмиссия CO2 в окружающую среду, а сокращение некоторых поглотителей углерода нарушает равновесие углеродного цикла, так что каждый год концентрация CO2 в атмосфере возрастает примерно на 1%. Считается, что это основная причина нынешнего изменения климата.

Среди парниковых газов водяной пар на самом деле обладает наибольшей способностью поглощать длинноволновое излучение. Однако при изучении изменений температуры поверхности Земли во временном масштабе более нескольких недель больше внимания обычно уделяется CO.2 потому что концентрация водяного пара в атмосфере меняется гораздо быстрее, чем CO2. Например, молекула водяного пара, которая могла бы испаряться из океана, будет оставаться в атмосфере примерно две недели, тогда как средняя молекула CO2, такие, какие вы могли бы выдохнуть, останутся в атмосфере на сотни лет. Следовательно, резко повышенный уровень CO2 в результате деятельности человека могут влиять на климат в течение тысяч лет.

«Почувствуй теплоемкость (в теплице № 5)» Палеонтологического научно-исследовательского института (YouTube).

голоса
Рейтинг статьи
Статья в тему:  Какой газ используется при парниковом эффекте
Ссылка на основную публикацию
0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x