Как предотвратить парниковый эффект


На главную / Экология / Парниковый эффект и его социальные последствия


| Печать |
А. А. Титлянова Парниковый эффект и его социальные последствия

Круговорот углерода, в который включены наша жизнь и смерть, осуществляется на Земле благодаря двум мощным биосферным процессам: фотосинтезу и минерализации органического вещества. Фотосинтезом называется осуществляемый растениями процесс образования органических веществ с использованием энергии солнечного излучения. Минерализацией называются всевозможные происходящие в природе процессы превращения органических веществ в неорганические.

При фотосинтезе растения поглощают двуокись углерода СО2 из атмосферы и воду из почвы. Из двуокиси углерода и водорода, освобождаемого при расщеплении воды под действием света (фотолиз воды), синтезируется глюкоза, из которой в процессах биосинтеза строятся другие органические соединения.


вободившийся при фотолизе кислород поступает в атмосферу. Часть органических веществ тратится при дыхании растений с образованием СО2. Остальная часть ассимилированного углерода строит новую биомассу растений (фитомассу). Растения суши потребляют для своего воспроизводства 86,5*109 т yглерода в год, растения океанов, морей, других водоемов — 30*109 т углерода в год (рис. 1).

Ежегодно фитомасса, содержащая 86,5*109 т углерода, отмирает или поедается всеми организмами (включая человека) и в конце концов в виде отмерших органов растений, всевозможных отходов жизнедеятельности и трупов организмов поступает в почву. Здесь огромное множество почвенных животных, грибов, бактерий перерабатывает органическое вещество и минерализует его до СО2. Подобный же процесс идет и в водоемах. В результате 116*109 т углерода в составе СО2. ежегодно вновь поступает в атмосферу. Каждый год происходят небольшие колебания «приходной и расходной частей бюджета» углерода, но в целом этот удивительно точный баланс сохраняется десятки тысячелетий. Фотосинтез и минерализация поддерживают постоянные запасы углерода в различных оболочках биосферы. Наименьшее количество углерода содержится в атмосфере, больше запасено в фитомассе суши; содержание углерода в почвенном органическом веществе (гумусе) составляет 1515*109 т и в водном органическом веществе — 3500*109 т. Лишь незначительная доля циркулирующего углерода (всего 0,05*109 т) ежегодно ускользала в глубины Земли в процессах образования осадков; в Земле сформировался огромный запас ископаемого углерода. Все это происходило год за годом, тысячелетие за тысячелетием.


Схема круговорота углерода в биосфере.

Рис. 1. Схема круговорота углерода в биосфере. Прямоугольниками обозначены резервуары углерода, стрелками сплошными — естественные потоки углерода, штриховыми — антропогенные потоки. Запасы С в 109 т, интенсивности потоков в 109 т за год.

Начиная с восемнадцатого века человек вмешался в сложившийся, сбалансированный цикл углерода и, сжигая ископаемое топливо, начал постепенно увеличивать антропогенные, то есть порожденные человеком потоки углерода. В настоящий момент антропогенный поток углерода достигает 7×109 т; он складывается из сжигания ископаемого топлива (5*109 т), минерализации древесины при сведении лесов (1,5*109 т) и дополнительной минерализации гумуса пахотных почв (0,5*109 т).

Однако ежегодное увеличение содержания углерода в атмосфере составляет не 7*109 т, а 3*109 т. В результате физико-химических процессов, идущих на поверхности моря, 100*109 т углерода выделяется в атмосферу и 104*109 т поглощается океаном. Природные процессы пока частично уравновешивают человеческую деятельность. Частично, но не полностью, в связи с чем запас СО2 в атмосфере ежегодно увеличивается приблизительно на 3*109 т, т. е. на 0,5% количества, данного нам природой. Каковы могут быть последствия этого увеличения?



Парниковый эффект

Атмосфера Земли обеспечивает нашу жизнь не только потому, что мы дышим кислородом и питаемся продуктами фотосинтеза. Она «согревает» земную поверхность. Без атмосферы средняя температура близ земной поверхности была бы около -18°С, вместо ныне существующей +15°С. Весь приходящий солнечный свет, с энергией, эквивалентной приблизительно трем 100-ваттным электрическим лампочкам на 1 м2, достигал бы земной поверхности и отражался бы от нее в виде инфракрасного излучения, как от гигантского радиатора. Это тепло беспрепятственно уходило бы в космос. Но благодаря атмосфере лишь часть тепла рассеивается в пространстве. Остальная часть захватывается нижним слоем воздуха, содержащим водяные пары, СО2, метан и другие газы. Все эти газы поглощают (абсорбируют) исходящую инфракрасную радиацию и переизлучают тепло обратно к поверхности Земли. В целом этот процесс называется парниковым эффектом; большая его часть обусловлена главным парниковым газом — парами воды.

Люди не могут контролировать содержание паров воды в атмосфере. Но мы, как показано на рис. 1, производим и выбрасываем в воздух другой парниковый газ, который увеличивает нагревание воздуха — двуокись углерода СО2.


Содержание двуокиси углерода в атмосфере в последние годы значительно увеличилось (рис. 2), причем основным фактором, обусловившим это увеличение, являются антропогенные выбросы этого газа вследствие сжигания ископаемого топлива. В 1981 году, например, было выброшено 5,3×109 т СО2. Общий выброс СО2 за период с XIX столетия до 1980 года составляет около 160×109 тонн. При этом величина выброса растет со средней скоростью 2,5% в год. Вдобавок к промышленному выбросу, сжигание лесов и древесины, а также минерализация гумуса пахотных почв, как было показано на рис. 1, вносят значительный вклад в антропогенный поток СО2. Точная оценка факторов сложна, но несомненно, что именно человеческая деятельность приводит к увеличению концентрации двуокиси углерода в атмосфере. Самый большой поставщик СО2 — США, затем следует Россия и Китай (рис. 3). В таких регионах, как Африка и Южная Америка, выброс СО2 обусловлен главным образом сведением лесов и сжиганием древесного топлива.

Рост содержания диоксида углерода в атмосфере

Рис. 2. Рост содержания диоксида углерода в атмосфере (ppmv — одна миллионная по объему). Флюктуации отражают сезонные вариации. Низкие летние значения объясняются тем, что СО2 потребляется растениями. Данные собраны в обсерватории Маунт-Лоа на Гавайских островах (данные Института океанографии Скриппса).


Мировой выброс углекислоты

Рис. 3. Мировой выброс углекислоты в результате хозяйственной деятельности в 1990 году.

За год за счет сжигания ископаемого топлива и сведения лесов в атмосферу уходит более 1 т углерода на каждого жителя Земли. Основные поставщики СО2 — развитые страны. На них приходится около 70% всего антропогенного выброса СО2. Большие выбросы в Восточной Европе связаны не только с развитием промышленности, но и с устаревшими технологиями. Так, в бывшем СССР объем производства на душу населения составлял 2/3 европейского, а объем выбросов на душу населения был в два раза выше.

Двуокись углерода — не единственный газ, который приводит к изменениям температуры. Хотя концентрации других газов достаточно низкие, их совокупный эффект может быть значительным. В таблице 1 перечислены основные газы, вносящие свой вклад в парниковый эффект.

Таблица 1.

Основные газы, обусловливающие парниковый эффект


Газ С(1880) С(1990) C(2030) Р(%) V Основные источники Т
Двуокись углерода 260-290 ppm 353 ppm 440-450 0,5 66 сжигание топлива,сведение лесов 2
Метан 1,2 ppm 1,72 ppm 2,5-2,6 ppm 0,9 15 рисовые поля,животноводство, свалки, производство горючего 7-10
Оксиды азота 290 ppb 310 ppb 340 ppb 0,25 3 азотные удобрения,сведение лесов, сжигание биомассы 140-190
Хлорфтор углерод 0 0,28 ppb 0,5 ppb 4 4 аэрозоли, холодильники 65-110

Примечание: С(1880) — предполагаемая концентрация в 1880 г.; С (1990) — концентрация в 1990 г.; С(2030) — прогнозируемая концентрация в 2030 г.; Р — среднегодовой прирост концентрации (% в год); V — вклад в потепление (%); Т- период сохранения газа в атмосфере (лет); ppm — одна миллионная часть, ppb — одна миллиардная по объему.

Кроме концентрации газа, большое значение имеют период сохранения его молекул в атмосфере и эффективность взаимодействия с тепловым излучением. Так, например, молекула метана остается в атмосфере около 11 лет и абсорбирует тепловое излучение приблизительно в 15 раз более эффективно, чем молекула СО2. Доля метана в суммарном тепличном эффекте оценивается в 15%, доля фреонов — от 15 до 20%. Вызывает тревогу увеличение концентрации метана в атмосфере. Она оставалась неизменной почти в течение 1000 лет, а с начала XIX столетия начала расти, и сейчас почти удвоилась (рис. 4). Основные источники выброса метана антропогенного происхождения: животноводство, рисовые поля, добыча угля, а также природные болота.


Увеличение концентрации метана в атмосфере

Рис. 4. Увеличение концентрации метана в атмосфере, оцененная по анализу воздуха, сохранившегося в пузырьках в глетчерном льду (Khalil, Rassmuscu, 1987). ррв — одна миллиардная часть по объему.

Содержание двуокиси азота также увеличилось в последние годы. Источниками этого вещества могут быть сжигание топлива, азотные удобрения, сведение лесов, сжигание биомассы.


Концентрация СО2 и температура атмосферы

Есть ли доказанная связь между концентрацией СО2, и температурой атмосферы? Изучение изменений климата в прошлом помогает ответить на этот вопрос. Всего 15 тысяч лет назад Северная Европа и значительная часть Северной Америки были покрыты ледниками. Играли или нет изменения в составе атмосферы какую-нибудь роль в мощных колебаниях климата, вызывающих чередование ледниковых и межледниковых периодов? Ответ на этот вопрос пока не получен, хотя кое-что ясно уже сейчас. Одно из наиболее важных достижений в этой области состоит в том, что ученые научились определять состав атмосферы по микроскопическим пузырькам воздуха, включенным в глетчерный лед. В частности, анализируя колонку льда, вырубленную на советской станции «Восток» в Антарктиде, исследователи смогли определить состав атмосферного воздуха в периоды наступления и отступления ледников (рис. 5). Аналогичные результаты получили иностранные, независимо работавшие экспедиции, так что следующие дальше выводы удовлетворяют обычным требованиям проверки научных результатов и не вызывают сомнений.


Связь между концентрацией СО2 в атмосфере и температурой

Рис. 5. Связь между концентрацией СО2 в атмосфере и температурой за последние 160 тыс. лет (данные анализа колонки «Восток»). В колонке льда содержатся пузырьки воздуха, «вмерзшие» в лед в разное время и поэтому оказавшиеся на разных глубинах.

Колонка «Восток», как ее иногда называют, имела в длину 2200 м — достаточно для того, чтобы проследить за изменениями климата, происходившими в последние 160 тысяч лет. Оказалось, что колебания температуры в указанный период достигали 10°С. Определить это удалось по изменениям изотопного состава элементов, входящих в лед. Хорошо известно, например, что отношение концентраций двух наиболее распространенных изотопов кислорода 18О и 16О в колонках морских осадков зависит от того, какой была температура в период отложения осадков.

Данные, полученные на станции «Восток», показывают, как на протяжении последних 160 тысяч лет вместе с температурой менялось содержание в атмосфере различных газов, а именно: чем выше была температура, тем больше была концентрация двуокиси углерода, и наоборот.


Несмотря на тесную связь между колебаниями содержания двуокиси углерода и температуры на всей длине «записи», изменения температуры были в 5-14 раз больше, чем если бы влияние оказывала одна двуокись углерода. Это означает, что на Земле действовали (и действуют) независимые механизмы положительной обратной связи, усиливающие климатический «отклик». Такая положительная обратная связь может обеспечиваться влиянием льда на суше и на море, облаков и водяного пара, которые также задерживают тепловое излучение Земли.


Изменение климата в настоящем

Начнем с вопроса, имеются ли доказательства тому, что климат действительно изменяется в настоящее время. Слова «в настоящее время» подчеркивают здесь тот факт, что в геологической летописи действительно имеются доказательства прошлых изменений климата (например, ископаемые находки фауны теплых вод в Антарктиде).

Убедительные свидетельства глобального потепления появились лишь к концу 1988 г. Наиболее наглядные из них основаны на записях температуры в различных точках земного шара, которые велись с 1860 г. (рис. 6). Анализ данных показал, что средняя температура на земном шаре повысилась за этот период примерно на 0,5-0,7°С. Наибольшее увеличение приходится на последнее десятилетие (1987-1997 гг.): это потепление статистически значимо и подтверждается результатами теоретических исследований и расчетов по моделям глобального климата. Повышение температуры отмечается не во всех регионах: анализ записей климатических характеристик не обнаружил повышения температуры на большей части территории США. Такое неоднородное проявление потепления на земном шаре не является чем-то удивительным, поскольку указанные районы занимают лишь 1,5% поверхности планеты.


Кроме записей температуры, имеются и другие свидетельства ускоряющегося потепления. В последние десятилетия на Аляске и в Канадской Арктике возросла глубина залегания слоя вечной мерзлоты. Увеличивается средняя температура воды в канадских озерах, сдвигаются к полюсам границы плавучих льдов в Антарктике и в Арктике, отступают ледники, расположенные в Европе и в других районах.

Потеплели в основном зимние месяцы, зимы стали явно не такими холодными, как раньше. Летние сезоны ненамного жарче, чем прежде. В течение суток распределение потепления неравномерно: теплее стали ночи. Есть некоторые признаки того, что увеличилась влажность воздуха, а, следовательно, и облачность. Облака затеняют землю в летние жаркие дни, поэтому потепление затрагивает преимущественно ночи и зимние месяцы. Однако есть основания думать, что летние месяцы тоже стали жарче. Действительно, девять из наиболее жарких одиннадцати лет данного столетия пришлись на последнее десятилетие, причем 1997 г. был настолько знойным, что он, по мнению климатологов, войдет в историю как год жары и засухи.

Среднегодовые глобальные температуры

Рис. 6. Среднегодовые глобальные температуры, 1880-1988 гг.

Все эти явления не были неожиданностью для ученых. Грубое, но зато самое надежное предсказание изменения климата вследствие выброса парниковых газов следует из законов физики. Общие методы астрофизики, основанные на законе излучения Стефана — Больцмана, позволяют предсказать, насколько возникающая от выброса СО2 непрозрачность атмосферы для инфракрасного излучения должна повысить температуру поверхности Земли. Если, как это можно предвидеть на основании измерений, содержание двуокиси углерода в атмосфере будет возрастать в том же темпе, что сейчас, то в течение нескольких десятилетий (от 50 до 100 лет) доля энергии, не выпущенной из атмосферы парниковым эффектом, достигнет величины порядка 1%. И тогда, как следует из законов физики, средняя температура земной поверхности повысится на 0,75%. В дальнейшем — если не будут приняты очень серьезные меры по сокращению выбросов — температура будет возрастать в геометрической прогрессии, то есть, например, за каждые 50 лет в 1,075 раза.

Методы климатологии позволяют подтвердить эти предсказания более детально, с помощью компьютерного моделирования климата Земли. За последние несколько лет значительное большинство климатологов также подтвердили связь между промышленным выбросом парниковых газов и повышением температуры поверхности Земли и согласны между собой в предсказаниях возможных последствий этого процесса. Межправительственная группа по изменениям климата (Introgovemmental Panel on Climate Change, IPCC), включающая примерно 2000 ученых из десятков стран и финансируемая ООН, пришла к выводу, что если в течение нескольких ближайших десятилетий не будут сделаны оченьзначительные сокращения выбросов парниковых газов, то до 2100 года средняя температура земной поверхности в целом повысится на величину от I до 3,5 градуса Цельсия.


Что ждет нашу планету в будущем?

Каковы же могут быть последствия непрерывного повышения концентрации парниковых газов? Этот вопрос ученые также пытаются решить с помощью компьютерных моделей. Как уже было сказано, модели предсказали, что накопление двуокиси углерода в атмосфере будет приводить к постепенному потеплению, причем скорость потепления будет зависеть от темпов глобального потребления энергии. При реалистических предположениях относительно потребления энергии в будущем модели предсказывают, что количество СО2 в атмосфере удвоится к середине следующего столетия. А насколько возрастет температура в результате такого удвоения? На этот вопрос разные модели дают разные ответы: от 1 до 5°С. Наиболее реалистичным является прогноз: на 1° к 2025 г. и на 3° к концу XXI столетия.

Предсказываемые изменения температуры могут показаться незначительными, поскольку колебания такой величины мы ощущаем на себе на протяжении сезона и даже суток. Однако действительное значение таких изменений можно понять, например, из того факта, что снижение температуры в Европе на 1°С привело к похолоданию, длившемуся в течение нескольких веков (примерно с 1400 по 1800 гг.) и получившему название «малого ледникового периода». Изменение на 5°С — это та разница, которая отделяет конец последнего ледникового периода (12 тыс. лет назад) от настоящего времени. Более того, расчеты показывают, что повышение температуры в Северном полушарии произойдет всего за полвека — в 10-50 раз быстрее, чем изменения, происходившие после окончания последнего ледникового периода.

При минимальной расчетной величине потепления обычная приспособляемость человеческого сообщества была бы достаточной для того, чтобы адаптироваться к изменениям климата, хотя это потепление и вынудило бы людей во многом изменить свой образ жизни. Потепление максимальной расчетной величины привело бы к последствиям разрушительного характера.

Последствия изменения климата разнообразны и включают как природные, так и социальные аспекты.

Одно из самых угрожающих последствий — подъем уровня моря. В табл. 2 представлены варианты оценок и причины повышения уровня моря.

Таблица 2

Варианты оценок повышения уровня моря (в см) к 2100 г.

Источник данных В результате теплового расширения воды В результате таяния Всего
Альпийских ледников льдов Гренландии льдов Антарктиды
Нац. АН США, 1985 30 12 12 50 104
Hoffman, 1980 28-83 27 27 12-220 57-368

Под угрозой затопления, штормовых волн и проникновения соленой воды в реки находится 5 млн. км2 береговой суши. Это всего лишь 3% земной поверхности, но здесь проживает 1 миллиард населения, и здесь собирают одну треть мирового урожая. Пострадают многие страны — лишь 30 государств полностью изолированы от моря. В зоне наибольшего риска находится 27 стран: Нидерланды, Бангладеш, Египет, Гамбия, Индонезия и др. Большинство из них — бедные страны с огромной плотностью населения, неразвитой промышленностью и наименьшим вкладом в парниковый эффект. И эти народы будут платить своим благополучием и жизнями за богатство Америки и Европы и бесхозяйственность бывшего СССР и нынешней России!

Одно из важнейших изменений может произойти в круговороте воды. Даже небольшое глобальное потепление может значительно увеличить влажность воздуха в связи с тем, что при подъеме температуры всего на 1°С содержание водяных паров в атмосфере возрастает на 6%. К каким же последствиям это приведет? По этому вопросу у климатологов существуют разные мнения, но большинство согласно с тем, что:

а) в среднем будет больше облаков и дождей, но выпадение осадков будет очень неравномерным по пространству;

б) в одних регионах увеличится риск проливных и штормовых дождей и наводнений;

в) в других регионах увеличится частота и продолжительность засух.

Так, для большей части Америки прогноз предсказывает уменьшение влажности почвы на 10-30%.

Еще меньше дождей будет в полупустынных и пустынных регионах, отчего пустыни начнут расширяться.

Значительные изменения произойдут и в сельском хозяйстве. В целом в связи с повышением осадков не прогнозируется снижения урожаев и уменьшения количества пищи. Однако многие благодатные для сельского хозяйства регионы будут потеряны — залиты морской водой или обезвожены засухами. Сельскохозяйственные зоны сдвинутся в Канаду и Сибирь. Но при этом наиболее благоприятные по климату зоны окажутся в регионах с бедными почвами. Потребуется много времени и капиталовложений, чтобы сделать эти почвы плодородными. В связи с повышением температуры в тропических регионах под угрозой окажется вся культура риса в Азии, а в Азии 60% населения потребляют рис как основной продукт питания.

Глобальное потепление заставит изменить привычные сельскохозяйственные культуры и методы земледелия. Фермеры приспособятся со временем к новым условиям, но для перестройки сельского хозяйства понадобятся большие инвестиции, и вследствие этого цены на пищевые продукты возрастут.

Глобальное потепление, вследствие затопления территории и голода, который будет сопровождать эти катаклизмы, вызовет, по прогнозам, бегство около 50 миллионов человек из прибрежных регионов. Потоки беженцев в другие страны неизбежно приведут к внутринациональным и межнациональным трениям и конфликтам. Таким образом, экологические изменения вызовут экономические последствия, а вместе с тем и неизбежные политические потрясения.


«Большой климатический спор»

Итак, эксперты говорят, что климат становится теплее и человечество хотя бы частично несет за это ответственность. Однако многие фрагменты информации не складываются в мозаику, а другие остаются неопределенными или неясными.

1. Несовпадение измеряемых величин.

Датчики на поверхности земли и океана показывают стабильное за последние 20 лет повышение температуры. В то же время спутники, которые следят за температурой в нижних слоях атмосферы, а также метеорологические зонды указывают на слабый тренд похолодания. Споры по этому поводу продолжаются.

2. Неточность моделей, дающих прогнозы.

Компьютерные модели тестируются по «предсказанию» прошлого — это единственный метод их проверки: в такую модель вводятся данные в некотором прошедшем году, и по ним рассчитывается климат в другом, также прошедшем году. Лишь та модель считается пригодной для предсказания будущего, которая удачно «предсказывала» прошлое. Но все выводы, получаемые из моделей, зависят от тех предположений, которые вводятся в модель. А наши знания во многих областях ограничены: ученые не знают точно и детально, как океан взаимодействует с атмосферой или как повышающаяся температура влияет на поведение облаков. Тем самым предсказания могут быть неточны.

3. Поведение облаков.

Считается, что увеличивающийся парниковый эффект повысит количество облаков, но последствия этого явления остаются неясными. Может сложиться такой механизм обратной связи, который приведет не к дальнейшему потеплению, а к похолоданию.

4. Выбросы аэрозолей.

Некоторые аэрозоли, выбрасываемые промышленностью, в основном твердью частицы и сульфатные компоненты (которые вносят свой вклад и в кислые дожди), делают облака более светящимися. Чем больше аэрозолей, тем больше их отражающая способность и тем меньше света они пропускают. Эксперты считают, что их охлаждающая активность на 20% компенсирует потепление, связанное с увеличивающимся парниковым эффектом.

5. Влияние растений.

Известно, что растения растут быстрее при повышении концентрации СО2. Насколько за счет этого может возрасти фонд углерода, который депонируется в фитомассе, и понизиться концентрация СО2 в воздухе — неизвестно. Конечно, физиологические ограничения не позволяют растениям неограниченно повышать свою производительность, между тем как концентрация СО2, в атмосфере экспоненциально возрастает.

Несмотря на существование неясностей и противоречивых сведений, после многих лет исследований Межправительственная комиссия по изменению климата, финансируемая ООН, еще в 1955 г. пришла к заключению, что наблюдается заметное глобальное влияние человека на климат.

Вопрос о потеплении климата и возможных последствиях этого процесса для человечества давно перешел из науки в СМИ и в политику. Возник «Большой климатический спор» (Уайт, 1990). Дальше приводятся выдержки из статьи Уайта, демонстрирующие, в каком тоне все эти вопросы предлагаются в печати общественному мнению.

«Глобальное потепление климата, говорят одни, угрожает самой жизни на планете. Прогнозы ухудшения окружающей среды, возражают другие, недостаточно обоснованы и толкают на преждевременные политические шаги. Действительно ли «Земля под угрозой», как гласит заголовок статьи, открывающей последний номер журнала «Time» в 1988 г.? Или же дело обстоит так, как утверждает журнал «Forbes»: «Страх перед глобальным потеплением — классический пример преувеличения»?

Неопределенность научных выводов объясняет разнообразие политических призывов к действию. Одна точка зрения такова: если есть вероятность, что прогнозы, даваемые моделями, верны, то последствия могут быть настолько удручающими, что необходимы немедленные шаги, направленные на приостановление изменений климата. Другая точка зрения, также достаточно распространенная, состоит в следующем: принятие каких-либо срочных мер, влекущих за собой коренные изменения в экономике и социальной сфере, не может быть обоснованным как ввиду неопределенности научных выводов, так и из-за отсутствия ясных представлений о необходимых экономических затратах.

Что можно сказать о споре, который ведут специалисты по атмосфере, активисты движений за сохранение окружающей среды, политические организации? Окружающая среда подвергается воздействиям со многих сторон. Потепление климата — это лишь одно из таких воздействий, возможно, наиболее сложное по характеру. Если мы считаем, что изменения, происходящие в атмосфере, грозят определенными негативными последствиями, мы должны изучить эти проблемы и разработать разумные политические меры для «лечения». Неразумными были бы только две крайности: удариться в апокалиптические настроения или, подобно страусу, спрятать голову в песок, чтобы ничего не слышать и не видеть».

Очевидно, нет недостатка и в корыстно искаженных мнениях, отражающих интересы производителей углеродных топлив, нефти, газа и угля. Риск, о котором предупреждают все серьезные ученья, не угрожает их нынешним хозяевам: как известно, планы капиталистических фирм составляются, самое большее, на пять-семь лет вперед. Этот риск угрожает нашим детям и внукам. Когда все будущие опасности станут в точности известны, может оказаться, что принимать меры против них будет уже поздно. Риск — по самому смыслу понятия — это еще не достоверная опасность, и все мы в своей повседневной жизни считаемся с такими вероятными опасностями. Чтобы реагировать на достоверную опасность, не требуется много ума.


Есть ли у нас альтернатива?

Сегодня ископаемые топлива обеспечивают 78% всех энергетических нужд: на нефть приходится 33%, на уголь — 27% и на газ — 18%. Одно из предлагаемых решений — заменить нефть и уголь газом, который на единицу получаемой энергии выделяет в полтора раза меньше СО2 чем нефть, и в два раза меньше, чем уголь. Однако расчеты показали неэффективность такого пути, поскольку утечки газа, главным образом метана, дадут повышение парникового эффекта, которое сведет на нет весь выигрыш. Среди возможных механизмов, смягчающих «парниковый эффект», рассматривается, наряду со снижением выбросов «парниковых» газов, депонирование углерода во вновь посаженных лесах. Но, конечно,кардинальное решение — смена источников энергии, переход к энергии солнца, ветра и геотермальных вод.

Для уменьшения выбросов необходимо международное соглашение об ограничении выбросов СО2, в атмосферу для каждой страны и установление квот на эти выбросы для основных источников выброса. Страны-производители подписали Рамочную конвенцию об изменении климата. Она предусматривает стабилизацию выброса СО2 в 2000 г. на уровне 1990 г. Однако конструктивная работа в этом направлении сдерживается противоречиями между развивающимися и развитыми странами. На сессии Межправительственного комитета в 1995 г. промышленные страны заблокировали решение о снижении к 2005 г. выбросов парниковых газов на 20%. В 1997 г. в Киото был одобрен договор о глобальном потеплении, согласно которому США и другие промышленные страны должны резко уменьшить выбросы СО2 и других газов, способствующих потеплению. Но администрация Дж. Буша в 2001 г. отказалась ратифицировать это соглашение.

Ясно, что все соглашения об уменьшении выбросов вступают в резкие противоречия с интересами гигантских промышленных компаний, использующих в своих технологиях ископаемое топливо.

Второй возможный путь — расширить резервуар фитомассы (рис. 1), то есть попытаться «загнать» углерод в растительность. На земном шаре имеется около 8,5 млн. км2 пахотных и брошенных земель, где раньше произрастали леса. Из них 3,5 млн. км2 можно вернуть лесам и в течение 70-80 лет ежегодно депонировать 2*109 т углерода в растущую древесину. Но это лишь несколько смягчило бы проблему (см. рис. 1) и при этом потребовало бы огромных капиталовложений. Стоимость создания и выращивания одного га лесных насаждений — 300-400 долларов и соответственно одного миллиона км2 — 4 миллиарда долларов.

Следовательно, единственные пути решения проблемы — развитие технологий, сберегающих энергию, т. е. повышающих эффективность использования энергии, и разработка технологий, основанных на привлечении альтернативных источников энергии — энергии солнца, ветра и геотермальной энергии. Что касается атомной энергии, то многие ученые именно ее рассматривают как энергию будущего. Но после Чернобыля число сторонников АЭС понизилось. Мы рассмотрим проблему атомной энергии СО2 в статье Ю. Дублянского.

Энергия солнца может быть преобразована в электрическую энергию через тепловую. Такая гелиотермальная установка уже построена в Лос-Анджелесе и преобразует в электрический ток 22% падающей солнечной энергии. Энергия солнца преобразуется в тепло в солнечных панелях. Считается, что в 2030 г. солнечные панели будут подогревать воду для бытового потребления во всех странах. Они уже работают в Японии и Израиле. Энергия солнца прямо преобразуется в электроэнергию в фотогальванических солнечных батареях. Уже разработаны фотогальванические кровельные покрытия, позволяющие сделать крышу источником энергии.

Геотермальная энергия. Уже сегодня Кения, Никарагуа и Филиппины получают большую часть своей энергии за счет природных горячих вод. Фактически все страны Тихоокеанского кольца обладают большими, а Япония, Исландия, Индонезия — очень большими запасами геотермальной энергии.

Энергия ветра использовалась человеком давно в ветряных мельницах. Сегодня ветровые турбины работают в Калифорнии и в других местах, в ущельях с сильным ветром. Продажа полученной энергии оказалась выгоднее, чем сельское хозяйство на тех же землях. Ветряные турбины могут работать везде, где дуют постоянные ветры.

Энергия биомассы. Можно засаживать брошенные земли быстро растущими растениями, дающими много биомассы (например, амарантусом). Эта биомасса может сжигаться и давать энергию. Конечно, при этом будет выделяться СО2 но в процессе фотосинтеза на следующий год на этих же полях он будет депонироваться в биомассе.

Таблица 3

Затраты на производство энергии

Альтернатива ископаемому топливу Стоимость производства энергии, цент/кВт/час Снижение выбросов, С *Затраты на предотвращение выбросов, С доллар/т
Повышение эффективности использования энергии 2,0-4,0 100 0-16
Энергия ветра 6,4 100 95
Геотермальная энергия 5,8 99 110
Энергия биомассы 6,3 100 125
АЭС 12,5 80 535
Гелиотермальная энергия 12 100 400
Солнечные батареи 28,4 100 819

*По сравнению с затратами по производству электроэнергии на ТЭС, работающей на угле, где стоимость производства энергии 2 цента за 1 кВт/час

Атомная энергия. Важнейшим из применяемых в настоящее время видов неуглеродной энергии является атомная энергия. При соблюдении мер безопасности она не приводит ни к катастрофам, ни к загрязнению окружающей среды. Чернобыльская трагедия вовсе не была следствием действительной опасности атомной энергии: она произошла из-за преступной безответственности чиновников, управлявших реактором. В других странах за сорок лет применения атомных реакторов не было ни одного смертельного случая. Атомные электростанции работают вблизи населенных мест, причем радиоактивное заражение среды от них значительно меньше, чем от дыма тепловых электростанций: не все знают, что этот дым тоже радиоактивен. Радиоактивные отходы можно собирать и хранить в безопасных местах по крайней мере сотни лет, тем временем разрабатывая меры по их устранению. Главную трудность представляет обезврежение атомных станций, отслуживших свой срок. Для этого пока нет дешевых и эффективных путей.

В принципе, мы можем обойтись без ископаемого топлива и даже без атомной энергии. По оценкам Минэнерго США, одни только восполняемые ресурсы могут давать энергию в 250 раз больше, чем ее ежегодно требуется.

Так в чем же дело? Почему эти замечательные технологии до сих пор лишь испытываются, а не замещают ископаемое топливо? Ответ прост: они дороже угля и нефти (табл. 3).

Можно надеяться на то, что быстрый технический прогресс приведет к снижению стоимости энергии, получаемой от альтернативных источников. Давление общественности, политическая воля правительств, адекватные налоговые законы, международные договоры и новые технологические решения заставят, может быть, человечество перейти на другие пути развития и спастись от надвигающейся экологической катастрофы.

 

Источник: www.modernproblems.org.ru

Суть

Что такое парниковый эффект? Так называют повышение температуры поверхности планеты благодаря тому, что газы в атмосфере имеют свойство удерживать тепло. Земля нагревается излучением Солнца. Видимые короткие волны от источника света беспрепятственно проникают к поверхности нашей планеты. Нагреваясь, Земля начинает излучать длинные тепловые волны. Частично они проникают сквозь слои атмосферы и «уходят» в космос. Парниковые газы снижают пропускную способность, отражают длинные волны. Тепло остаётся у поверхности Земли. Чем больше концентрация газов, тем выше парниковый эффект.

Впервые явление было описано Жозефом Фурье ещё в начале 19 века. Он предположил, что процессы, происходящие в земной атмосфере, аналогичны тому, что существует под стеклом.

Парниковые газы – это пар (от воды), диоксид углерода (углекислота), метан, озон. Основное участие в формировании парникового эффекта принимает первый (до 72%). Следующий по значимости – углекислый газ (9-26%), доля метана и озона 4-9 и 3-7% соответственно.

В последнее время часто можно услышать про парниковый эффект как серьёзную экологическую проблему. Но у этого явления есть и положительная сторона. Благодаря тому, что парниковый эффект существует, средняя температура нашей планеты примерно 15 градусов выше нуля. Без него жизнь на Земле была бы невозможна. Температура могла быть только «минус» 18.

Причина появления эффекта – активная деятельность множества вулканов на планете миллионы лет назад. При этом в атмосфере значительно повысилось содержание пара воды, углекислого газа. Концентрация последнего достигла такого значения, что возник сверхсильный парниковый эффект. Вследствие этого практически вскипела вода Мирового океана, настолько высока стала её температура.

Появление растительности повсеместно на поверхности Земли вызвало достаточно быстрое поглощение диоксида углерода. Накопление тепла снизилось. Установилось равновесие. Среднегодовая температура на поверхности планеты оказалась на уровне, близком к настоящему.

Причины

Усилению явления способствуют:

  • Развитие промышленности – главная причина того, что углекислота и другие газы, усиливающие парниковый эффект, активно выбрасываются и накапливаются в атмосфере. Результат деятельности человека на Земле – рост среднегодовой температуры. За столетие она поднялась на 0,74 градуса. Учёные прогнозируют, что в дальнейшем этот рост может составить 0,2 градуса за каждые 10 лет. То есть, интенсивность потепления увеличивается.
  • Вырубка лесов – причина роста концентрации СО2 в атмосфере. Этот газ поглощается растительностью. Массовое освоение новых земель, сопряжённое с вырубкой лесов, ускоряет темп накопления углекислоты, и одновременно изменяет условия обитания животных, растений, ведёт к вымиранию их видов.
  • Сжигание топлива (твёрдого и нефти), отходов ведёт к выбросу углекислоты. Отопление, производство электроэнергии, транспорт – основные источники этого газа.
  • Рост энергопотребления – признак и условие технического прогресса. Численность населения планеты увеличивается примерно на 2% в год. Рост энергопотребления – 5%. Интенсивность ежегодно увеличивается, человечеству нужно всё больше энергии.
  • Рост числа свалок ведёт к увеличению концентрации метана. Другой источник газа – деятельность животноводческих комплексов.

Угрозы

Последствия парникового эффекта могут быть губительны для человека:

  • Тают полярные льды, а это причина повышению уровня моря. В результате прибрежные плодородные земли оказываются под водой. Если затопление будет происходить высокими темпами, возникнет серьёзная угроза сельскому хозяйству. Гибнут посевы, сокращается площадь пастбищ, исчезают источники пресной воды. Прежде всего, пострадают малообеспеченные слои населения, жизнь которых зависит от урожая, роста домашних животных.
  • Многие прибрежные города, в том числе и высокоразвитые, в будущем могут оказаться под водой. Например, Нью-Йорк, Санкт-Петербург. Или целые страны. Например, Голландия. Такие явления вызовут необходимость массового перемещения поселений людей. Учёные предполагают, что через 15 лет уровень океана может подняться на 0,1-0,3 метра, а к концу 21 века – на 0,3-1 метр. Чтобы под водой оказались вышеназванные города, уровень должен подняться примерно на 5 метров.
  • Рост температуры воздуха ведёт к тому, что внутри континентов сокращается период лежания снега. Таять он начинает раньше, как и быстрее заканчивается сезон дождей. В результате почвы оказываются пересушенными, непригодными для выращивания сельскохозяйственных культур. Недостаток влаги – причина опустынивания земель. Специалисты утверждают, что рост средней температуры на 1 градус через 10 лет приведёт к сокращению лесных территорий на 100-200 миллионов гектаров. Эти земли станут степями.
  • Океан покрывает 71% площади поверхности нашей планеты. С ростом температуры воздуха нагревается и вода. Значительно увеличивается испарение. А это одна из основных причин усиления парникового эффекта.
  • При повышении уровня воды в мировом океане, температуры появляется угроза биоразнообразию, может исчезнуть множество видов живой природы. Причина – изменения в среде их обитания. Не каждый вид может успешно приспособиться новым условиям. Следствие исчезновения некоторых растений, животных, птиц, других живых существ – нарушение цепей питания, равновесия экосистем.
  • Рост уровня воды вызывает изменения климата. Сдвигаются границы сезонов, увеличивается количество и интенсивность штормов, ураганов, осадков. Стабильность климата – основное условие существования на Земле жизни. Остановить парниковый эффект – значит сохранить человеческую цивилизацию на планете.
  • Высокая температура воздуха может негативно сказаться на здоровье людей. При таких условиях обостряются сердечно-сосудистые заболевания, страдают органы дыхания. Тепловые аномалии приводят к увеличению числа травм, некоторых психологических расстройств. Рост температуры влечёт за собой более быстрое распространение многих опасных заболеваний, например, малярии, энцефалита.

Парниковый эффект

Что делать?

Сегодня проблема парникового эффекта – глобальный вопрос экологии. Специалисты считают, что решить проблему поможет повсеместное принятие следующих мер:

  • Изменения в использовании источников энергии. Сокращение доли и количества ископаемых (содержащих углерод торфа, угля), нефти. Переход на природный газ значительно уменьшит выделение СО2.Увеличение доли альтернативных источников (солнца, ветра, воды) снизит выбросы, ведь эти способы позволяют получать энергию без вреда для экологии. При их использовании газы не выделяются.
  • Изменение политики в сфере энергетики. Увеличение коэффициента полезного действия на электростанциях. Снижение энергоёмкости выпускаемых продуктов на предприятиях.
  • Внедрение технологий энергосбережения. Даже обычное утепление фасадов домов, оконных проёмов, теплоцентралей даёт существенный результат – экономию топлива, а, значит, меньший объём выбросов. Решение вопроса на уровне предприятий, производств, государств влечёт за собой глобальное улучшение ситуации. Каждый человек может внести свой вклад в решение проблемы: экономия электроэнергии, правильная утилизация мусора, утепление собственного жилища.
  • Развитие технологий, направленных на получение продуктов новыми, экологически чистыми способами.
  • Использование вторичных ресурсов – одна из мер по сокращению отходов, числа и объёма свалок.
  • Восстановление лесов, борьба с пожарами в них, увеличение площади как способ уменьшения концентрации углекислоты в атмосфере.

Борьба с выбросом парниковых газов сегодня ведётся на международном уровне. Проводятся мировые саммиты, посвящённые этой проблеме, создаются документы, направленные на организацию глобального решения вопроса. Многие учёные мира занимаются поиском способов уменьшения парникового эффекта, сохранения баланса и жизни на Земле.

Источник: legkopolezno.ru

В наше время проблема парникового эффекта возрастает и провоцирует возникновение масштабных катастроф. Уже хорошо изучены все факторы, вызывающие накопление парниковых газов, и известно, что нужно предпринимать для предотвращения этих выбросов. Не нужно закрывать глаза на данную проблему, а начинать борьбу за существование планеты после нас.

Проблема парникового эффекта особенно актуальна в нашем веке, когда мы уничтожаем леса, чтобы построить еще один промышленный завод, а многие из нас не представляют жизни без машины. Мы, как страусы, прячем голову в песок, не замечая вреда от нашей деятельности. Тем временем парниковый эффект усиливается и приводит к глобальным катастрофам. Явление парникового эффекта существовало с момента появления атмосферы, хотя и не было столь заметным. Тем не менее изучение его началось задолго до активного использования автомобилей и сжигания топлива.

Парниковый эффект – повышение температуры нижних слоев атмосферы планеты вследствие накопления парниковых газов. Механизм его таков: солнечные лучи проникают в атмосферу, нагревают поверхность планеты.

Тепловое излучение, которое исходит от поверхности, должно вернуться в космос, но нижний слой атмосферы слишком плотный для их проникновения. Причина этому – парниковые газы. Тепловые лучи задерживаются в атмосфере, повышают ее температуру.

История исследований парникового эффекта

Впервые о явлении заговорили в 1827 году. Тогда появилась статья Жана Батиста Жозефа Фурье «Записка о температурах земного шара и других планет», где он подробно изложил свои представления о механизме парникового эффекта и причины его появления на Земле. В своих исследованиях Фурье опирался не только на собственные эксперименты, но и на суждения М. Де Соссюра. Последний проводил опыты с зачерненным изнутри стеклянным сосудом, закрытым и поставленным под солнечный свет. Температура внутри сосуда была гораздо выше, чем снаружи. Это объясняется таким фактором: тепловое излучение не может пройти сквозь затемненное стекло, а значит, остается внутри емкости. При этом солнечный свет смело проникает через стенки, так как снаружи сосуд остается прозрачным.

Несколько формул

Суммарная энергия солнечного излучения, поглощаемого в единицу времени планетой радиусом R и сферическим альбедо A, равна:

E = πR2 { E_0 over R2} (1 — A),

где E_0 – солнечная постоянная, и r – расстояние до Солнца.

В соответствии с законом Стефана–Больцмана равновесное тепловое излучение L планеты с радиусом R, то есть площадью излучающей поверхности 4πR2:

L=4πR2 σТЕ^4,

где ТЕ – эффективная температура планеты.

Причины возникновения

Природа явления объясняется различной прозрачностью атмосферы для излучения из космоса и от поверхности планеты. Для солнечных лучей атмосфера планеты прозрачна, как стекло, и поэтому они легко проходят сквозь нее. А для теплового излучения нижние слои атмосферы «непробиваемы», слишком плотные для прохождения. Потому-то часть теплового излучения остается в атмосфере, постепенно опускаясь к самым нижним ее слоям. При этом количество парниковых газов, уплотняющих атмосферу, растет.

Еще в школе нас учили, что основная причина парникового эффекта – деятельность человека. Эволюция привела нас к промышленности, мы сжигаем тонны угля, нефти и газа, получаем топливо, дороги заполнены автомобилями. Следствие этого – выделение парниковых газов и веществ в атмосферу. Среди них – водяной пар, метан, углекислый газ, оксид азота. Почему они так названы, понятно. Поверхность планеты нагревается солнечными лучами, но обязательно «отдает» часть тепла обратно. Тепловое излучение, которое исходит от поверхности Земли, называется инфракрасным.
Как предотвратить парниковый эффект

Парниковые газы в нижней части атмосферы не дают тепловым лучам вернуться в космос, задерживают их. Вследствие этого средняя температура планеты увеличивается, и это ведет к опасным последствиям.

Неужели ничто не может урегулировать количество парниковых газов в атмосфере? Конечно, может. С этим заданием отлично справляется кислород. Но вот беда – количество населения планеты неумолимо растет, а значит, поглощается все больше кислорода. Единственное наше спасение – растительность, особенно леса. Они поглощают избыточный углекислый газ, выделяют гораздо большее количество кислорода, чем потребляют люди.

Парниковый эффект и климат Земли

Когда мы говорим о последствиях парникового эффекта, мы понимаем влияние его на климат Земли. В первую очередь — это глобальное потепление. Многие отождествляют понятия «парниковый эффект» и «глобальное потепление», но они не равны, а взаимосвязаны: первое – причина второго.

Глобальное потепление напрямую связано с Мировым океаном. Вот пример двух причинно-следственных связей.

  1. Средняя температура планеты растет, жидкость начинает испаряться. Это касается и Мирового океана: некоторые ученые боятся, что через пару сотен лет он начнет «высыхать».
  2. При этом из-за высокой температуры ледники и морские льды начнут активно таять уже в ближайшее время. Это приведет к неизбежному росту уровня Мирового океана.

Мы уже наблюдаем регулярные потопы в прибрежных районах, но если уровень Мирового океана существенно возрастет, затоплены будут все приближенные участки суши, погибнет урожай.

Влияние на жизнь людей

Не стоит забывать, что повышение средней температуры Земли отразится и на нашей жизни. Последствия могут быть очень серьёзными. Многие территории нашей планеты, и так склонные к засухе, станут абсолютно не жизнеспособными, люди начнут массово мигрировать в другие регионы. Это неизбежно приведет к социально-экономическим проблемам, к началу третьей и четвертой мировых войн. Недостаток продовольствия, уничтожение урожаев – вот что ждет нас в ближайшее столетие.

Но обязательно ли ждет? Или все-таки можно что-то изменить? Может ли человечество снизить вред от парникового эффекта? Болотистые земли способны предотвращать парниковый эффект, самое большое болото в мире, Васюганское.

Действия, способные спасти Землю

На сегодняшний день известны все вредные факторы, которые приводят к накоплению парниковых газов, и мы знаем, что нужно делать, чтобы это остановить. Не стоит думать, что один человек ничего не изменит. Конечно, эффекта может добиться только все человечество, но кто знает – может, еще сотня людей в этот момент читает подобную статью?

Сохранение лесов

Остановка вырубки лесов. Растения – наше спасение! Кроме того, нужно не только сохранять существующие леса, но и активно высаживать новые.

Понять эту проблему должен каждый человек.

Фотосинтез настолько силен, что способен обеспечить нас огромным количеством кислорода. Его хватит для нормальной жизни людей и устранения вредных газов из атмосферы.

Использование электромобилей

Отказ от использования автомобилей на топливе. Каждый автомобиль выделяет огромное количество парниковых газов в год, так почему бы не сделать выбор в пользу здоровья окружающей среды? Ученые уже предлагают нам электромобили – экологически чистые машины, которые не используют топливо. Минус «топливный» автомобиль – еще один шаг к устранению парниковых газов. Во всем мире пытаются ускорить этот переход, но пока современные разработки таких машин далеки от совершенства. Даже в Японии, где наибольшее использование таких автомобилей, не готовы полностью переходить на их использование.

Альтернатива углеводородному топливу

Изобретение альтернативной энергии. Человечество не стоит на месте, так почему же мы «застряли» на использовании угля, нефти и газа? Сжигание этих природных компонентов приводит к накоплению парниковых газов в атмосфере, поэтому пора перейти на экологически чистый вид энергии.

Мы не можем полностью отказаться от всего того, что выделяет вредные газы. Зато мы можем способствовать увеличению кислорода в атмосфере. Не только настоящий мужчина должен посадить дерево – это обязан сделать каждый человек!

Что главное в решении любой проблемы? Не закрывать на нее глаза. Возможно, мы не замечаем вреда от парникового эффекта, но это точно заметят последующие поколения. Мы можем прекратить сжигать уголь и нефть, сохранить природную растительность планеты, отказаться от обычного автомобиля в пользу экологически чистого – и все для чего? Для того чтобы наша Земля существовала и после нас.

Источник: greenologia.ru

Источник: greentruth.ru


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.