В атмосферных слоях нашей планеты существует немало явлений, напрямую влияющих на климатические условия Земли. Таким явлением считается парниковый эффект, характеризующийся повышением температуры нижних атмосферных слоев земного шара в сравнении с той температурой теплового излучения нашей планеты, которое можно наблюдать из космоса.

Этот процесс считается одной из глобальных экологических проблем современности, так как благодаря нему, солнечное тепло задерживается в виде оранжерейных газов у поверхности Земли и создает предпосылки для глобального потепления.

Парниковые газы, влияющие на климат планеты

Принципы парникового эффекта впервые осветил Жозеф Фурье , рассматривая разные типы механизмов в формировании климата Земли. При этом рассматривались и факторы, оказывающие влияние на температурные условия климатических поясов и качественный теплоперенос, и факторы, которые влияют на состояние общего теплового баланса нашей планеты. Парниковый эффект обеспечивается разницей в прозрачности атмосфер в дальнем и видимом инфракрасных диапазонах. Тепловой баланс земного шара определяет климат и среднегодовые приповерхностные температуры.

Активное участие в этом процессе принимают так называемые парниковые газы, которые задерживают инфракрасные лучи, занимающиеся нагревом атмосферы Земли и ее поверхности. По степени влияния и воздействия на тепловой баланс нашей планеты основными принято считать следующие виды парниковых газов:

• Водяной пар
• Метан

Главным в этом списке является водяной пар (влажность воздуха тропосферы), который вносит в парниковый эффект земной атмосферы основной вклад. Также участвуют в действии фреоны и окись азота, но малая концентрация других газов не оказывает такого существенного влияния.

Принцип действия и причины парникового эффекта

Тепличный эффект, как еще называют парниковый, заключается в проникновении коротковолновых излучений Солнца к поверхности Земли, чему способствует углекислый газ. При этом тепловое излучение Земли (длинноволновое) задерживается. Вследствие этих упорядоченных действий осуществляется длительный нагрев нашей атмосферы.

Также суть парникового эффекта можно рассматривать как возможность повышения глобальной температуры Земли, которое может произойти в результате значительных изменений теплового баланса. Подобный процесс может обусловить постепенное накопление в атмосфере нашей планеты парниковых газов.

Самой явной причиной возникновения парникового эффекта называют попадание промышленных газов в атмосферу. Получается, что негативные результаты деятельности человека (лесные пожары, автомобильные выбросы, работа разных промышленных предприятий и сжигание топливных остатков) становятся прямыми причинами потепления климата. Выведение лесов – тоже одна из таких причин, так как именно леса являются самыми активными поглощателями углекислого газа.

Если нормированным для живых организмов, то экосистемам Земли и людям нужно будет пытаться приспособиться к измененным климатическим режимам. Однако наиболее разумным решением все же будет сокращение и последующее регулирование выбросов.

Страница 4 из 10

Образование атмосферы Земли началось в далекие времена — в протопланетный этап развития Земли, в период активных вулканических извержений с выбросом огромного количества газов. Позже, когда на Земле появились океаны и биосфера, образование атмосферы продолжилось за счет газообмена между водой, растениями, животными и продуктами их разложения.

В течение всей геологической истории атмосфера Земли претерпела ряд глубоких трансформаций.

Первичная атмосфера Земли. Восстановительная.

В состав первичной атмосферы Земли на протопланетной стадии развития Земли (более 4,2 млрд л. н.) входили преимущественно метан, аммиак и углекислый газ. Затем в результате дегазации мантии Земли и непрерывных процессов выветривания на поверхности земли, состав первичной атмосферы Земли обогатился парами воды, соединениями углерода (СO 2 , СО) и серы, а также сильными галогенными кислотами (НСI, НF, НI) и борной кислотой. Первичная атмосфера была очень тонкая.

Вторичная атмосфера Земли. Окислительная.

В дальнейшем первичная атмосфера стала трансформироваться во вторичную. Это произошло в результате тех же процессов выветривания, происходивших на поверхности земли, вулканической и солнечной активности, а также вследствие жизнедеятельности цианобактерий и сине-зеленых водорослей.

Результатом трансформации стало разложение метана на водород и углекислоту, аммиака – на азот и водород. В атмосфере Земли стали накапливаться углекислый газ и азот.

Сине-зеленые водоросли посредством фотосинтеза стали вырабатывать кислород, который практически весь тратился на окисление других газов и горных пород. В результате этого аммиак окислился до молекулярного азота, метан и оксид углерода – до углекислоты, сера и сероводород – до SO 2 и SO 3 .

Таким образом, атмосфера из восстановительной постепенно превратилась в окислительную.

Образование и эволюция углекислого газа в первичной и вторичной атмосфере.

Источники углекислого газа на ранних этапах образования атмосферы Земли:

• Окисление метана,
• Дегазация мантии Земли,
• Выветривание горных пород.

На рубеже протерозоя и палеозоя (ок. 600 млн. л.н.) содержание углекислого газа в атмосфере уменьшилось и составило всего лишь десятые доли процента от общего объема газов в атмосфере.

Современного уровня содержания в атмосфере углекислый газ достиг лишь 10-20 млн. лет назад.

Образование и эволюция кислорода в первичной и вторичной атмосфере Земли.

Источники кислорода на ранних этапах образования атмосферы Земли:

• Дегазация мантии Земли – практически весь кислород тратился на окислительные процессы.
• Фотодиссоциация воды (разложения на молекулы водорода и кислорода) в атмосфере под действием ультрафиолетового излучения — в результате в атмосфере появились свободные молекулы кислорода.
• Переработка углекислоты в кислород эукариотами. Появление свободного кислорода в атмосфере привело к гибели прокариот (приспособленных к жизни в восстановительных условиях) и появлению эукариот (приспособившихся жить в окислительной среде).

Изменение концентрации кислорода в атмосфере Земли.

Архей — первая половина протерозоя – концентрация кислорода 0,01% современного уровня (точка Юри). Практически весь возникающий кислород расходовался на окисление железа и серы. Это продолжалось до тех пор, пока все двухвалентное железо, находящееся на поверхности земли, не окислилось. С этого момента кислород стал накапливаться в атмосфере.

Вторая половина протерозоя – конец раннего венда – концентрация кислорода в атмосфере 0,1% от современного уровня (точка Пастера).

Поздний венд — силурийский период. Свободный кислород стимулировал развитие жизни — анаэробный процесс брожения сменился энергетически более перспективным и прогрессивным кислородным метаболизмом. С этого момента накопление кислорода в атмосфере происходило довольно быстро. Выход растений из моря на сушу (450 млн. л. н.) привел к стабилизации уровня кислорода в атмосфере.

Середина мелового периода . Окончательная стабилизация концентрации кислорода в атмосфере связана с появлением цветковых растений (100 млн. л. н.).

Образование и эволюция азота в первичной и вторичной атмосфере Земли.

Азот образовался на ранних стадиях развития Земли за счет разложения аммиака. Связывание атмосферного азота и захоронение его в морских осадках началось с появлением организмов. После выхода живых организмов на сушу, азот стал захороняться и в континентальных осадках. Процесс связывания азота особенно усилился с появлением наземных растений.

Таким образом, состав атмосферы Земли определял особенности жизнедеятельности организмов, способствовал их эволюции, развитию и расселению по поверхности земли. Но в истории Земли бывали порой и сбои в распределении газового состава. Причиной этого служили различные катастрофы, которые не раз возникали в течение криптозоя и фанерозоя. Эти сбои приводили к массовым вымираниям органического мира.

Состав древней и современной атмосферы Земли в процентном соотношении приведен в таблице 1.

Таблица 1. Состав первичной и современной атмосферы Земли.

Газы	Состав земной атмосферы
	Первичная атмосфера, %	Современная атмосфера, %
Азот N 2
Кислород О 2
Озон О 3
Углекислый газ СО 2
Оксид углерода СО
Водяной пар
Аргон Аr

Это была статья «Образование атмосферы Земли. Первичная и вторичная атмосфера Земли». Далее читайте: «

Парниковые газы - это газы, задерживающие инфракрасные лучи, которые нагревают поверхность Земли и атмосферу. Наиболее важными парниковыми газами являются пары воды, двуокись углерода, метан, окись азота, озон, фреоны. Парниковые газы могут иметь естественное (природное) и антропогенное происхождение. Соответственно следует различать естественный парниковый эффект и вклад в парниковый эффект, обусловленный газами, поступившими в атмосферу в результате человеческой деятельности. Двуокись углерода (С02) является основным антропогенным парниковым газом. Около 80% углекислого газа образуется в результате сжигания ископаемого топлива, остальная часть приходится на вырубку лесов, прежде всего тропических. Окись азота (N20) образуется при сжигании ископаемого топлива, биомассы, применения удобрений.[ ...]

ПАРНИКОВЫЙ ЭФФЕКТ (ТЕПЛИЧНЫЙ ЭФФЕКТ) - потепление климата на Земле в результате увеличения содержания в приземном слое атмосферы пыли, углекислого газа, метана и фтор-хлоруглеводородных соединений технического происхождения (сжигание топлива, промышленные выбросы и т. п.), которые препятствуют длинноволновому тепловому излучению с поверхности Земли. Смесь пыли и газов действует как полиэтиленовая пленка над парником: хорошо пропускает солнечный свет, идущий к поверхности почвы, но задерживает рассеиваемое почвой тепло - в результате под пленкой создается теплый микроклимат.[ ...]

Парниковый эффект заключается в следующем; углекислый газ способствует проникновению к Земле коротковолнового излучения Солнца, а длинноволновое тепловое излучение Земли задерживается. В результате происходит длительный нагрев атмосферы.[ ...]

Парниковый эффект - разогрев приземного слоя атмосферы, вызванный поглощением длинноволнового (теплового) излучения земной поверхности. Главной причиной этого процесса является обогащение атмосферы газами, поглощающими тепловое излучение. Наиболее важную роль здесь играет повышение содержания углекислого газа (СОг) в атмосфере.[ ...]

Парниковый эффект - снижение теплового излучения Земли из-за повышения содержания диоксида углерода в ей атмосфере. Диоксид углерода свободно пропускает коротковолновое солнечное излучение, но задерживает тепловые лучи, идущие от нагретой земной поверхности. Повышение концентрации диоксида углерода приводит к нарушению энергетического баланса планеты и ее перегреву.[ ...]

Под парниковым эффектом понимают возможное повышение глобальной температуры планеты в результате изменения теплового баланса, обусловленное постепенным накоплением парниковых газов в атмосфере.[ ...]

Суть парникового эффекта состоит в следующем. Солнечные лучи проникают сквозь земную атмосферу к поверхности Земли. Однако накопление в атмосфере диоксида углерода, оксидов азота, метана, паров воды, фторхлор-углеводородов (фреонов) приводит к тому, что тепловое длинноволновое излучение Земли поглощается атмосферой. Это приводит к накоплению избыточной теплоты в приземном слое воздуха, т. е. нарушается тепловой баланс планеты. Такой эффект подобен тому, который мы наблюдаем в покрытых стеклом или пленкой парниках. В результате температура воздуха у земной поверхности может возрасти.[ ...]

Основным парниковым газом является диоксид углерода (табл. 7.5). Его вклад в парниковый эффект, по разным данным, составляет от 50 до 65%. К другим парниковым газам относятся метан (около 20%), оксиды азота (примерно 5%), озон, фреоны (хлорф-торуглероды) и другие газы (около 10-25% парникового эффекта). Всего известно около 30 парниковых газов, их утепляющий эффект зависит не только от количества в атмосфере, но и от относительной активности действия на одну молекулу. Если по данному показателю С02 принять за единицу, то для метана он будет равен 25, для оксидов азота - 165, а для фреона - 11000.[ ...]

ОРАНЖЕРЕЙНЫЙ ЭФФЕКТ. См. парниковый эффект (атмосферы).[ ...]

Главную часть парникового эффекта определяют находящиеся в атмосфере и неравномерно распределенные в ней пары воды, частично сконденсированные в облаках. Около 10 % парникового эффекта обеспечиваются равномерно распределенным в атмосфере диоксидом углерода, содержание которого в 16 раз меньше, чем паров воды. Остальные газы в атмосфере (среди которых главным является метан, имеющий концентрацию, почти на два порядка меньшую концентрации диоксида углерода) определяют менее 1 % парникового эффекта.[ ...]

Под термином “парниковый эффект” понимается специфическое явление. Солнечная радиация, падающая на Землю, частично поглощается поверхностью суши и океана, а 30 % ее отражается в космическое пространство. Чистая” атмосфера прозрачна для ИК-излучения, а атмосфера, содержащая пары трехатомных (парниковых) газов (воды, углекислого газа, оксидов серы и др.), поглощает инфракрасные лучи, благодаря чему происходит разогрев воздуха. Поэтому парниковые газы выполняют функцию стеклянного покрытия в обычных садовых парниках.[ ...]

Озон (Оз) - важный парниковый газ, находящийся как в стратосфере, так и в тропосфере. Он влияет как на коротковолновую, так и на длинноволновую радиацию, и потому итоговые направление и величина его вклада в радиационный баланс в сильной степени зависят от вертикального распределения содержания озона, в особенности на уровне тропопаузы, где надежных наблюдений пока недостаточно. Поэтому определение вклада озона в парниковый эффект сложнее по сравнению с хорошо перемешиваемыми газами. Оценки указывают на по-ложительную результирующую(приблизительно +0,4 ватт/м).[ ...]

Такое замедление энергетической экспансии стало полной неожиданностью для аналитиков, просмотревших чрезвычайно важный факт: за последние 25 лет все развитые страны мира перестали наращивать потребление всех видов топлива, вместе взятых, в расчете на душу населения. Это, несомненно, отразилось и на динамике глобального энергопотребления, которое имеет явную тенденцию к стабилизации на уровне 2,5 т.у.т. в год на одного человека. На наш взгляд, это связано с тенденцией угасания демографического взрыва, которая наметилась в 1988 г. (в этом же году было максимальное потребление энергии на душу населения).[ ...]

Другим газом, создающим парниковый эффект на планете, является метан. Рост его концентрации в воздухе подтвержден экспериментально путем анализа пузырьков газа в полярных льдах (рис. 9.4, б). Основная природная причина образования метана - деятельность особых бактерий, разлагающих в анаэробных условиях (без доступа кислорода) углеводы. Это происходит прежде всего на болотах и в пищеварительном тракте животных. Метан образуется в кучах компоста, на свалках, рисовых полях (везде, где вода и грязь изолируют остатки растений от доступа воздуха), а также при добыче ископаемого топлива.[ ...]

Наиболее значимыми природными парниковыми газами являются пары воды, содержащиеся в атмосфере в большом количестве, а также диоксид углерода, который попадает в атмосферу как естественным, так и искусственным путем и является основным компонентом, вызывающим парниковый эффект антропогенного происхождения. Известно, что при отсутствии диоксида углерода в атмосфере температура поверхности Земли была бы, примерно, на 3,3 градуса ниже, чем в настоящее время, что создало бы крайне неблагоприятные условия для жизни животных и растений.[ ...]

Нихто не оспаривает сегодня, что "парниковый эффект" усиливается. Однако прогнозы по поводу влияния потепления на экологическую систему -.ланеты не однозначны.[ ...]

Для понимания природы и механизма парникового эффекта важно также знать, что вклад одного и того же компонента в общий поток излучения сильно зависит от его распределения в толще атмосферы. Проиллюстрируем это на примере трех главных "парниковых” газов - паров воды, озона и С02. Из рис. 3.1 видно, что полоса поглощения молекулы диоксида углерода с центром при 15 мкм в значительной степени перекрыта полосами водяного пара. Отсюда можно было бы сделать вывод, что роль С02 в поглощении радиации не столь уж и велика. Однако, если мы обратимся к рис. 3.3, на котором приведены полученные в ходе реальных наблюдений в январе 1972 г. вертикальные профили Н,0 и 03, то увидим, сколь велик градиент концентрации паров воды. Напротив, диоксид углерода довольно равномерно перемешан в слое воздуха от примерно 1 до 70 км. Следовательно, выше 2-3 км главным поглотителем восходящего тепловогоИзлучения подстилающей поверхности может оказаться именно С02, и это умозаключение подкрепляется представленными в табл. 3.2 результатами расчетов.[ ...]

Вронский В.А. Экологические последствия парникового эффекта // Биология в шк. - 1993. - № 3. - С. 15-17.[ ...]

В отличие от глобального воздействия газов с парниковым эффектом эффект атмосферных аэрозолей является локальным. Географическое распространение сульфатных аэрозолей в воздухе в основном совпадает с промышленными районами мира. Именно там локальный охлаждающий эффект аэрозолей может значительно уменьшить и даже свести практически на нет глобальный парниковый эффект.[ ...]

Метан является вторым по удельному содержанию парниковым газом и оценивается в настоящее время в 20-25 %. Вклад углекислого газа в парниковый эффект составляет 43 %, фреона - 14 %, закиси азота - 5%, прочих газов (фторхлоридуглеводорода, тропосферного озона и др.) - 13 %.[ ...]

Необходимо иметь в виду, что точность оценок как парникового эффекта в целом, так и его составляющих все еще не является абсолютной. Неясно, например, как можно безошибочно учесть парниковую роль паров воды, которые при возникновении облаков становятся мощным фактором повышения альбедо Земли. Стратосферный озон является не столько парниковым, сколько антипарниковым газом, так как отражает примерно 3% приходящей солнечной радиации. Пыль и другие аэрозоли, в особенности соединения серы, ослабляют нагревание земной поверхности и нижней атмосферы, хотя для теплового баланса пустынных территорий они выступают в обратной роли.[ ...]

Необходимо отметить, что на явление, ныне называемое парниковым эффектом газообразных примесей атмосферы, впервые указал в 1824 г. французский ученый Ж.Фурье, а в 1861 г. английский физик Дж.Тиндалл открыл, что подобно водяному пару молекулы СО2 экранируют инфракрасное излучение. Это геофизическое свойство углекислого газа не является однако его единственным глобальным рычагом воздействия на биосферу. О других сопоставимых качествах С02 - таких как удобрительный и антитранспирационный эффекты, говорится в главе “Живое вещество”. Вернемся к основной теме.[ ...]

В настоящее время льдами покрыто около 10% суши. Приближение парникового эффекта зависит от количества выбросов диоксида углерода.[ ...]

Некоторые газы в атмосфере, включая водяной пар, отличаются парниковым эффектом, то есть способностью в большей степени пропускать к поверхности Земли солнечную радиацию по сравнению с тепловым излучением, испускаемым нагретой Солнцем Землей. В результате температура поверхности Земли и приземного слоя воздуха выше, чем она была бы при отсутствии парникового эффекта. Парниковый эффект - один из механизмов жизнеобеспечения на Земле.[ ...]

Комбинация первых двух факторов носит название “Относи-тель-ный парниковый потенциал” и выражается в единицах от потенциала СО2. Она является удобным показателем текущего состояния парникового эффекта и используется в международных дипломатических переговорах. Относительная роль каждого из парниковых газов весьма чувствительна к изменению каждого фактора и к их взаимозависимости, и потому определяется весьма приближенно.[ ...]

Основа построений сторонников парникового эффекта - наблюдения за климатом. Часто фигурирует число потепления за 100 лет 0,5-0,6 градуса Цельсия. Но в указанных выше климатических отчетах ясно говорится, что "все виды данных, используемых для изучения климатических изменений и изменчивости, страдают проблемами качества и неадекватности". Настораживает и то обстоятельство, что с начала спутниковых наблюдений (конец 70-х годов прошлого века) глобальные изменения температуры тропосферы почти не наблюдаются. По спутниковым и радио-зондовым данным за этот период глобальная температура в нижней и средней тропосфере почти не менялась: ее рост - всего 0,05 градуса Цельсия за десятилетие, что вдвое меньше ошибки этой оценки (± 0,1 градуса за 10 лет). В верхней же тропосфере с начала 60-х годов прошедшего столетия вообще не наблюдается статистически значимых глобальных температурных трендов.[ ...]

Отметим также следующее важное обстоятельство: надежно зафиксировать парниковый эффект антропогенного происхождения при небольшом числе наблюдений в принципе вряд ли возможно, так как числе тепла, необходимое на нагрев атмосферы, скажем, на 1 градус, на три порядка меньше, чем количество тепла, ушедшее в космическое пространство за счет излучения с верхних слоев атмосферы.[ ...]

Еще два-три десятилетия назад о глобальном потеплении климата вследствие парникового эффекта знали только ученые-экологи. Сегодня это стало проблемой, которой озабочено человечество.[ ...]

Диоксид углерода, или углекислый газ (СО2), отличается, по сравнению с другими парниковыми газами, относительно низким потенциалом парникового эффекта, но довольно значительной продолжительностью существования в атмосфере - 50-200 лет и сравнительно высокой концентрацией. Доля диоксида углерода в парниковом эффекте составляет в настоящее время около 64%, но эта относительная величина неустойчива, поскольку зависит от изменяющейся роли других парниковых газов.[ ...]

Быстрыми темпами растет в атмосфере содержание углекислого газа и метана. Эти газы обусловливают «парниковый эффект» (рис. 13.4).[ ...]

По данным российских, французских и американских исследователей, уровень газов, создающих в атмосфере Земли парниковый эффект, в настоящее время является самым высоким за последние 420 тыс. лет. Исследования проводились на российской антарктической базе «Восток», где, разбуривая льды, исследователи достигли рекордной глубины 3620 м, которая соответствует слою, образовавшемуся 420 тыс. лет назад. Пузырьки воздуха, содержащиеся в толще льда, стали своеобразным архивом состояния атмосферы. В период глобального потепления уровень газов, вызывающих парниковый эффект (углекислый газ, метан и др.), повышался, а во время похолодания - уменьшался.[ ...]

А нам грозит не только нехватка энергии, но и тепловая смерть от избытка тепловыделений при ее получении (так называемый «парниковый эффект»).[ ...]

Однако около 3 млрд. лет назад количество атмосферной углекислоты стало убывать из-за связывания ее в карбонатных породах. Парниковый эффект снизился ко времени 2,8 млрд. лет так сильно, что возникло материковое оледенение. Это была первая (?) гляциоэра в истории Земли. Средне глобальная температура, по В. А.Зубакову, не превышала тогда 4-10°С. В дальнейшем светимость Солнца повысилась, а парниковый эффект радиационно-активных газов и газообразных веществ атмосферы стал убывать, но процесс этот шел скачками.[ ...]

Инструментально доказано накопление в атмосфере углекислого газа на 0,4 % в гоп, метана на I % и окиси азота Л/0 на 0,2%. что обусловливает "парниковый эффект". Он состоит в том,что эти газы,попадая в атмосферу, затрудняют отдачу тепла с поверхности Земли и действуют как стекг или пленка теплице.[ ...]

Целью Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата является стабилизация концентраций газов, вызывающих парниковый эффект в атмосфере, на таких уровнях, которые гге вызовут опасного дисбаланса в мировой климатической системе. Это потребует от нас сокращения выбросов таких газов, как двуокись углерода побочного продукта использования топлива для производства энергии.[ ...]

Хлорфторуглероды (ХФУ) - это вещества, синтезируемые человеком, и содержащие хлор, фтор и бром. Они обладают очень сильным относительным парниковым потенциалом и значительной продолжительностью жизни в атмосфере. Их итоговая роль в парниковом эффекте составляет, на середину 1990-х гг., приблизительно 7%. Производство хлорфторуглеродов в мире в настоящее время контролируется международными соглашениями по защите озонового слоя, включающими и положение о постепенном снижении производства этих веществ, замене их на менее озонразрушающие с последующим полным его прекращением. В результате концентрация ХФУ в атмосфере начала сокращаться.[ ...]

Выше отмечалось, к каким отрицательным последствиям может привести интенсивное увеличение содержания диоксида углерода в атмосфере вследствие проявления парникового эффекта (потепление климата, таяние ледников, поднятие уровня Мирового океана и т.д.). Кроме того, повышение концентрации углекислого газа усиливает разложение строительных материалов - известняков, доломитов, бетона, камня. НекотЬрые памятники древности, пережив тысячелетия, не могут пережить болезнь, вызванную загрязнением окружающей среды. Разрушающе действует на них та же азотная кислота, образующаяся при взаимодействии оксидов азота и воды.[ ...]

Велика роль атмосферы в жизни: поддержание процессов дыхания (кислород), перенос газообразных веществ - основы жизни растительных организмов и регулирование температуры на земле («парниковый эффект»).[ ...]

В 1896 г. С. Аррениус (1859-1927) опубликовал основополагающую работу, в которой количественно оценил влияние изменения концентрации атмосферного СО2 на температуру земной поверхности. В калькуляции парникового эффекта он учитывал эффект важной положительной обратной связи между ростом температуры и увеличением содержания паров воды в воздухе, что также должно вести к потеплению климата.[ ...]

К середине XXI столетия (2050 г.) можно ожидать удвоения концентрации С02 в атмосфере Земли по сравнению со временем, предшествовавшим индустриализации (примерно 1850 г.). Таким образом, несомненно существует угроза антропогенного парникового эффекта при сжигании ископаемого топлива.[ ...]

Климат можно охарактеризовать некоторой средней глобальной температурой приземного слоя атмосферы и уровнем Мирового океана. В настоящее время увеличение этих параметров интерпретируют как глобальное потепление, обусловленное антропогенным парниковым эффектом (за счет эмиссии диоксида углерода вследствие сжигания углеродсодержащих топлив). Однако если тепловой и водный балансы планеты неустойчивы, то предположения о постоянстве глобальной температуры и уровня океана оказываются неверными, и эти величины все время находятся в нестационарном состоянии, меняясь сложным образом.[ ...]

Глобальный уровень управления экологической безопасностью предполагает прогнозирование и отслеживание процессов в состоянии биосферы в целом и составляющих ее сфер. Во второй половине XX в. эти процессы выражаются в глобальных изменениях климата, возникновении «парникового эффекта», разрушении озонового экрана, опустынивании планеты и загрязнении Мирового океана. Суть глобального контроля и управления - в сохранении и восстановлении естественного механизма воспроизводства ОС биосферой, который направляется совокупностью входящих в состав биосферы живых организмов.[ ...]

Однако огромная мощность, развиваемая биотой Земли, таит в себе скрытую опасность быстрого разрушения окружающей среды. Если целостность биоты будет нарушена, то окружающая среда может полностью исказиться за десятки лет. Известно, что концентрация диоксида углерода (С02) в атмосфере быстро увеличивается, что усиливает парниковый эффект и может привести к росту приземной температуры (глобальному потеплению). Этот процесс долгое время связывали только со сжиганием ископаемого топлива. Однако глобальный анализ землепользования показывает, что на значительных территориях континентальной биосферы количество органического углерода не увеличивается, а уменьшается, причем скорость выброса углерода из континентальной биоты и органических запасов почвы совпадает по порядку величины со скоростью выброса ископаемого углерода от сжигания угля, нефти и газа. Следовательно, современная биота нарушает принцип Ле-Шателье. С начала нашего столетия биота суши перестала поглощать избыток диоксида углерода из атмосферы. Наоборот, она начала выбрасывать углерод в атмосферу, увеличивая, а не уменьшая загрязнение окружающей среды, производимое промышленными предприятиями. Это означает, что структура естественной биоты суши оказалась нарушенной в глобальных масштабах.[ ...]

Давайте посмотрим, почему эта железная теория для садовых домиков не подходит. Итак, вы сделали фундамент из бетонных блоков, посадив его ниже расчетной глубины промерзания грунта. В Подмосковье, например, такая глубина - 1,5 м, впрочем, достаточно и 1,4, даже 1,3 м: уже многие годы зимы в Подмосковье, да, пожалуй, и повсюду бывают гораздо теплее, чем в те времена, когда эта расчетная глубина устанавливалась. Дальше, говорят, будет еще теплее из-за парникового эффекта от высокого содержания С02 в атмосфере.[ ...]

Для сохранения озонового слоя Земли проводят мероприятия, направленные на снижение выбросов фреонов, замену их на экологически безопасные вещества. В настоящее время решение проблемы сохранения озонового экрана и уничтожения озоновых дыр необходимо для сохранения земной цивилизации. На Конференции ООН по окружающей среде и развитию, прошедшей в Рио-де-Жанейро, был сделан вывод, что наша атмосфера во все большей степени испытывает воздействие газов, вызывающих парниковый эффект и грозящих изменением климата, а также химических веществ, уменьшающих озоновый слой.[ ...]

Если не принять мер, то накопление С02, приведет к аккумуляции тепла в нижних слоях тропосферы (поскольку, С02 не пропускает тепловые лучи, излучаемые Землей). Наряду с колоссальными (до ЗхЮ14 МДж в год) выделениями энергии от теплоисточников это может привести к нагреву атмосферы, таянию льдов, повышению влажности, изоляции от Солнца, похолоданию и т. д. В конце этой цепочки не исключен потоп с последующим ледниковым периодом. Этот механизм, часто называемый гипотезой «парникового эффекта», подтверждается многопараметрическими расчетами на ЭВМ. Ученые считают, что процесс уже начался: 1987 г. - самый теплый по средней мировой температуре, зима 1989 - самая жаркая, 80-е гг. - самое теплое десятилетие. Драматические последствия может принести мировое потепление всего на 2-3 градуса.[ ...]

В результате бурной техногенной деятельности, необдуманного отношения к окружающей среде, бесконтрольного научно-технического прогресса, усиленного давления на природу, хищнического использования природных ресурсов Земли отчетливо видны возникшие глобальные экологические проблемы, составляющие общего экологического кризиса: загрязнение атмосферы, гцдросферы, литосферы вредными техногенными отходами; изменение климата, в первую очередь, его потепление за счет «парникового эффекта», с последующей возможностью затопления значительных заселенных территорий; разрушение озонового слоя в атмосфере и возникновение опасности воздействия коротковолнового ультрафиолетового (УФ) излучения, губительного для всего живого на Земле; истощение материальных и природных ресурсов; уничтожение лесов, образование пустынь; обеднение биологических видов флоры и фауны; рост населения планеты и обеспечение его продовольствием, жилищем, одеждой; распространение вирусной заболеваемости среди регионов; нарушение генетической целостности ландшафтов; эстетические и этические аспекты деградации окружающей природной среды; несоответствие восстановительных способностей природы и техногенного воздействия и т. д.[ ...]

Тепловое равновесие наступает, когда температуры участвующих в теплообмене тел становятся одинаковыми, т.е. каждое из них начинает отдавать столько энергии, сколько получает от других тел. Поэтому зимой, например, когда поверхность Земли излучает в мировое пространство энергии больше, чем получает от Солнца, ее температура начинает понижаться. Летом наблюдается обратное явление. Таким же образом объясняется тот факт, что в безоблачную ночь температура понижается сильнее, чем в облачную. В последнем случае часть излучения Земли отражается облаками на ее поверхность. Меньшей облачностью обусловливается также относительно резкое ночное понижение температуры в горных местностях по сравнению с равнинными. Наличие в атмосфере примесных газов антропогенного происхождения с большими, чем у ее основных компонентов (азот, кислород) размерами молекул (СС>2, СН4, Б02 и др.), снижает инфракрасное излучение в мировое пространство. Это может способствовать развитию «парникового» эффекта (разд. 1.6.1).[ ...]

Приземный слой тропосферы в наибольшей степени испытывает антропогенное воздействие, основным видом которого является химическое и тепловое загрязнение воздуха. Температура воздуха испытывает наиболее сильное влияние урбанизации территории. Температурные различия между урбанизированной территорией и окружающими ее неосвоенными человеком участками связаны с размерами города, плотностью застройки, синоптическими условиями. Тенденция к повышению температуры имеется в каждом маленьком и большом городе. Для крупных городов умеренной зоны контраст температуры между городом и пригородом составляет 1-3° С. В городах уменьшается альбедо подстилающей поверхности (отношение отраженной радиации к суммарной) в результате появления зданий, сооружений, искусственных покрытий, здесь более интенсивно поглощается солнечная радиация, накапливается конструкциями зданий поглощенное днем тепло с его отдачей в атмосферу в вечернее и ночное время. Уменьшается расход тепла на испарение, так как сокращаются площади с открытым почвенным покровом, занятым зелеными насаждениями, а быстрое удаление атмосферных осадков системами дождевой канализации не позволяет создавать запас влаги в почвах и поверхностных водоемах. Городская застройка приводит к формированию зон застоя воздуха, что приводит к ее перегреву, в городе также изменяется прозрачность воздуха из-за увеличенного содержания в нем примесей от промышленных предприятий и транспорта. В городе уменьшается суммарная солнечная радиация, а также встречного инфракрасного излучения земной поверхности, которое совместно с теплоотдачей зданий приводит к появлению местного «парникового эффекта», т. е. город «накрывается» покрывалом из парниковых газов и аэрозольных частиц. Под влиянием городской застройки изменяется количество выпадаемых осадков. Основным фактором этого служит радикальное снижение проницаемости для осадков подстилающей поверхности и создание сетей по отводу поверхностного стока с территории города. Велико значение огромного количества сжигаемого углеводородного топлива. На территории города в теплое время наблюдается снижение значений абсолютной влажности и обратная картина в холодное время - в черте города влажность выше, чем за городом.

Атмосфера – это воздушная оболочка Земли. Простирающаяся вверх на 3000 км от земной поверхности. Ее следы прослеживаются до высоты до 10 000 км. А. имеет неравномерную плотности 50 5 ее массы сосредоточены до 5 км, 75 % – до 10 км, 90 % до 16 км.

Атмосфера состоит из воздуха – механической смеси нескольких газов.

Азот (78 %) в атмосфере играет роль разбавителя кислорода, регулируя темп окисления, а, следовательно, скорость и напряженность биологических процессов. Азот – главный элемент земной атмосферы, который непрерывно обменивается с живым веществом биосферы, причем составными частями последнего служат соединения азота (аминокислоты, пурины и др.). Извлечение азота из атмосферы происходит неорганическим и биохимическим путями, хотя они тесно взаимосвязаны. Неорганическое извлечение связано с образованием его соединений N 2 O, N 2 O 5 , NO 2 , NH 3 . Они находятся в атмосферных осадках и образуются в атмосфере под действием электрических разрядов во время гроз или фотохимических реакций под влиянием солнечной радиации.

Биологическое связывание азота осуществляется некоторыми бактериями в симбиозе с высшими растениями в почвах. Азот также фиксируется некоторыми микроорганизмами планктона и водорослями в морской среде. В количественном отношении биологическое связывание азота превышает его неорганическую фиксацию. Обмен всего азота атмосферы происходит примерно в течение 10 млн. лет. Азот содержится в газах вулканического происхождения и в изверженных горных породах. При нагревании различных образцов кристаллических пород и метеоритов азот освобождается в виде молекул N 2 и NH 3 . Однако главной формой присутствия азота, как на Земле, так и на планетах земной группы, является молекулярная. Аммиак, попадая в верхние слои атмосферы, быстро окисляется, высвобождая азот. В осадочных горных породах он захороняется совместно с органическим веществом и находится в повышенном количестве в битуминозных отложениях. В процессе регионального метаморфизма этих пород азот в различной форме выделяется в атмосферу Земли.

Геохимический круговорот азота (

Кислород (21 %) используется живыми организмами для дыхания, входит в состав органического вещества (белки, жиры, углеводы). Озон О 3 . задерживает губительную для жизни ультрафиолетовую радиацию Солнца.

Кислород – второй по распространению газ атмосферы, играющий исключительно важную роль во многих процессах биосферы. Господствующей формой его существования является О 2 . В верхних слоях атмосферы под влиянием ультрафиолетовой радиации происходит диссоциация молекул кислорода, а на высоте примерно 200 км отношение атомарного кислорода к молекулярному (О: О 2) становится равным 10. При взаимодействии этих форм кислорода в атмосфере (на высоте 20- 30 км) возникает озоновый пояс (озоновый экран). Озон (О 3) необходим живым организмам, задерживая губительную для них большую часть ультрафиолетовой радиации Солнца.

На ранних этапах развития Земли свободный кислород возникал в очень малых количествах в результате фотодиссоциации молекул углекислого газа и воды в верхних слоях атмосферы. Однако эти малые количества быстро расходовались на окисление других газов. С появлением в океане автотрофных фотосинтезирующих организмов положение существенно изменилось. Количество свободного кислорода в атмосфере стало прогрессивно возрастать, активно окисляя многие компоненты биосферы. Так, первые порции свободного кислорода способствовали прежде всего переходу закисных форм железа в окисные, а сульфидов в сульфаты.

В конце концов количество свободного кислорода в атмосфере Земли достигло определенной массы и оказалось сбалансированным таким образом, что количество производимого стало равно количеству поглощаемого. В атмосфере установилось относительное постоянство содержания свободного кислорода.

Геохимический круговорот кислорода (В.А. Вронский, Г.В. Войткевич)

Углекислый газ , идет на образование живого вещества, а вместе с водяным паром создает так называемый «оранжерейный (парниковый) эффект».

Углерод (углекислота) – его большая часть в атмосфере находится в виде СО 2 и значительно меньшая в форме СН 4 . Значение геохимической истории углерода в биосфере исключительно велико, поскольку он входит в состав всех живых организмов. В пределах живых организмов преобладают восстановленные формы нахождения углерода, а в окружающей среде биосферы – окисленные. Таким образом, устанавливается химический обмен жизненного цикла: СО 2 ↔ живое вещество.

Источником первичной углекислоты в биосфере является вулканическая деятельность, связанная с вековой дегазацией мантии и нижних горизонтов земной коры. Часть этой углекислоты возникает при термическом разложении древних известняков в различных зонах метаморфизма. Миграция СО 2 в биосфере протекает двумя способами.

Первый способ выражается в поглощении СО 2 в процессе фотосинтеза с образованием органических веществ и в последующем захоронении в благоприятных восстановительных условиях в литосфере в виде торфа, угля, нефти, горючих сланцев. По второму способу миграция углерода приводит к созданию карбонатной системы в гидросфере, где СО 2 переходит в Н 2 СО 3 , НСО 3 -1 , СО 3 -2 . Затем с участием кальция (реже магния и железа) происходит осаждение карбонатов биогенным и абиогенным путем. Возникают мощные толщи известняков и доломитов. По оценке А.Б. Ронова, соотношение органического углерода (С орг) к углероду карбонатному (С карб) в истории биосферы составляло 1:4.

Наряду с глобальным круговоротом углерода существует еще ряд его малых круговоротов. Так, на суше зеленые растения поглощают СО 2 для процесса фотосинтеза в дневное время, а в ночное – выделяют его в атмосферу. С гибелью живых организмов на земной поверхности происходит окисление органических веществ (с участием микроорганизмов) с выделением СО 2 в атмосферу. В последние десятилетия особое место в круговороте углерода занимает массовое сжигание ископаемого топлива и возрастание его содержания в современной атмосфере.

Круговорот углерода в географической оболочке (по Ф. Рамаду, 1981)

Аргон – третий по распространению атмосферный газ, что резко отличает его от крайне скудно распространенных других инертных газов. Однако аргон в своей геологической истории разделяет судьбу этих газов, для которых характерны две особенности:

1. необратимость их накопления в атмосфере;
2. тесная связь с радиоактивным распадом определенных неустойчивых изотопов.

Инертные газы находятся вне круговорота большинства циклических элементов в биосфере Земли.

Все инертные газы можно подразделить на первичные и радиогенные. К первичным относятся те, которые были захвачены Землей в период ее образования. Они распространены крайне редко. Первичная часть аргона представлена преимущественно изотопами 36 Аr и 38 Аr, в то время как атмосферный аргон состоит полностью из изотопа 40 Аr (99,6%), который, несомненно, является радиогенным. В калийсодержащих породах происходило и происходит накопление радиогенного аргона за счет распада калия-40 путем электронного захвата: 40 К + е → 40 Аr.

Поэтому содержание аргона в горных породах определяется их возрастом и количеством калия. В такой мере концентрация гелия в породах служит функцией их возраста и содержания тория и урана. Аргон и гелий выделяются в атмосферу из земных недр во время вулканических извержений, по трещинам в земной коре в виде газовых струй, а также при выветривании горных пород. Согласно расчетам, выполненным П. Даймоном и Дж. Калпом, гелий и аргон в современную эпоху накапливаются в земной коре и в сравнительно малых количествах поступают в атмосферу. Скорость поступления этих радиогенных газов настолько мала, что не могла в течение геологической истории Земли обеспечить наблюдаемое содержание их в современной атмосфере. Поэтому остается предположить, что большая часть аргона атмосферы поступила из недр Земли на самых ранних этапах ее развития и значительно меньшая добавилась впоследствии в процессе вулканизма и при выветривании калийсодержащих горных пород.

Таким образом, в течение геологического времени у гелия и аргона были разные процессы миграции. Гелия в атмосфере весьма мало (около 5*10 -4 %), причем «гелиевое дыхание» Земли было более облегченным, так как он, как самый легкий газ, улетучивался в космическое пространство. А «аргоновое дыхание» – тяжелым и аргон оставался в пределах нашей планеты. Большая часть первичных инертных газов, как неон и ксенон, была связана с первичным неоном, захваченным Землей в период ее образования, а также с выделением при дегазации мантии в атмосферу. Вся совокупность данных по геохимии благородных газов свидетельствует о том, что первичная атмосфера Земли возникла на самых ранних стадиях своего развития.

В атмосфере содержится и водяной пар и вода в жидком и твердом состоянии. Вода в атмосфере является важным аккумулятором тепла.

В нижних слоях атмосферы содержится большое количество минеральной и техногенной пыли и аэрозолей, продуктов горения, солей, спор и пыльцы растений и т.д.

До высоты 100- 120 км, вследствие полного перемешивания воздуха состав атмосферы однороден. Соотношение между азотом и кислородом постоянно. Выше преобладают инертные газы, водород и др. В нижних слоях атмосферы находится водяной пар. С удалением от земли содержание его падает. Выше соотношение газов изменяется, например на высоте 200- 800 км, кислород преобладает над азотом в 10-100 раз.

Состав Земли. Воздух

Воздух - это механическая смесь из различных газов, составляющих атмосферу Земли. Воздух необходим для дыхания живых организмов, находит широкое применение в промышленности.

То, что воздух представляет собой именно смесь, а не однородную субстанцию, было доказано в ходе экспериментов шотландского учёного Джозефа Блэка. В ходе одного из них учёный обнаружил, что при нагревании белой магнезии (углекислый магний) выделяется «связанный воздух», то есть углекислый газ, и образуется жжёная магнезия (окись магния). При обжиге известняка, напротив, происходит удаление «связанного воздуха». На основе этих экспериментов учёный сделал вывод, что различие между углекислыми и едкими щелочами заключается в том, что в состав первых входит углекислый газ, являющийся одной из составных частей воздуха. Сегодня же мы знаем, что кроме углекислого, в состав земного воздуха входят:

Указанное в таблице соотношение газов в земной атмосфере характерно для её нижних слоёв, до высоты 120 км. В этих областях лежит хорошо перемешанная, однородная по составу область, называемая гомосферой. Выше гомосферы лежит гетеросфера, для которой характерно разложение молекул газов на атомы и ионы. Области отделены друг от друга турбопаузой.

Химическая реакция, при которой под воздействием солнечного и космического излучения происходит разложение молекул на атомы, называется фотодиссоциацией. При распаде молекулярного кислорода образуется атомарный кислород, являющийся основным газом атмосферы на высотах свыше 200 км. На высотах от 1200 км начинают преобладать водород и гелий, являющиеся наиболее лёгкими из газов.

Поскольку основная масса воздуха сосредоточена в 3 нижних атмосферных слоях, изменения состава воздуха на высотах более 100 км не оказывают заметного влияния на общий состав атмосферы.

Азот - самый распространенный газ, на долю которого приходится более трёх четвертей объёма земного воздуха. Современный азот образовался при окислении ранней аммиачно-водородной атмосферы молекулярным кислородом, который образуется в процессе фотосинтеза. В настоящее время небольшое количество азота в атмосферу поступает в результате денитрификации - процесса восстановления нитратов до нитритов, с последующим образованием газообразных оксидов и молекулярного азота, который производится анаэробными прокариотами. Часть азота в атмосферу поступает при вулканических извержениях.

В верхних слоях атмосферы при воздействии электрических разрядов при участии озона молекулярный азот окисляется до монооксида азота:

N 2 + O 2 → 2NO

В обычных условиях монооксид тотчас же вступает в реакцию с кислородом с образованием закиси азота:

2NO + O 2 → 2N 2 O

Азот является важнейшим химическим элементом земной атмосферы. Азот входит в состав белков, обеспечивает минеральное питание растений. Он определяет скорость биохимических реакций, играет роль разбавителя кислорода.

Вторым по распространённости газом атмосферы Земли является кислород. Образование этого газа связывают с фотосинтезирующей деятельностью растений и бактерий. И чем более разнообразными и многочисленными становились фотосинтезирующие организмы, тем более значительным становился процесс содержания кислорода в атмосфере. Небольшое количество тяжёлого кислорода выделяется при дегазации мантии.

В верхних слоях тропосферы и стратосферы под воздействием ультрафиолетового солнечного излучения (обозначим его как hν) образуется озон:

O 2 + hν → 2O

В результате действия того же ультрафиолетового излучения происходит и распад озона:

О 3 + hν → О 2 + О

О 3 + O → 2О 2

В результате первой реакции образуется атомарный кислород, в результате второй - молекулярный кислород. Все 4 реакции носят название «механизм Чепмена», по имени британского учёного Сидни Чепмена открывшего их в 1930 году.

Кислород служит для дыхания живых организмов. С его помощью происходят процессы окисления и горения.

Озон служит для защиты живых организмов от ультрафиолетового излучения, которое вызывает необратимые мутации. Наибольшая концентрация озона наблюдается в нижней стратосфере в пределах т.н. озонового слоя или озонового экрана, лежащего на высотах 22-25 км. Содержание озона невелико: при нормальном давлении весь озон земной атмосферы занимал бы слой толщиной всего 2,91 мм.

Образование третьего по распространенности в атмосфере газа аргона, а также неона, гелия, криптона и ксенона связывают с вулканическими извержениями и распадом радиоактивных элементов.

В частности гелий является продуктом радиоактивного распада урана, тория и радия: 238 U → 234 Th + α, 230 Th → 226 Ra + 4 He, 226 Ra → 222 Rn + α (в этих реакция α-частица является ядром гелия, которая в процессе потери энергии захватывает электроны и становится 4 He).

Аргон образуется в процессе распада радиоактивного изотопа калия: 40 K → 40 Ar + γ.

Неон улетучивается из изверженных пород.

Криптон образуется как конечный продукт распада урана (235 U и 238 U) и тория Th.

Основная масса атмосферного криптона образовалась ещё на ранних стадиях эволюции Земли как результат распада трансурановых элементов с феноменально малым периодом полураспада или поступила из космоса, содержание криптона в котором в десять миллионов раз выше чем на Земле.

Ксенон является результатом деления урана, но основная масса этого газа осталась с ранних стадий образования Земли, от первичной атмосферы.

Углекислый газ поступает в атмосферу в результате вулканических извержений и в процессе разложения органического вещества. Его содержание в атмосфере средних широт Земли сильно различается в зависимости от сезонов года: зимой количество CO 2 возрастает, а летом - снижается. Связано данное колебание с деятельностью растений, которые используют углекислый газ в процессе фотосинтеза.

Водород образуется в результате разложения воды солнечным излучением. Но, будучи самым лёгким из газов, входящих в состав атмосферы, постоянно улетучивается в космическое пространство, и потому содержание его в атмосфере очень невелико.

Водяной пар является результатом испарения воды с поверхности озёр, рек, морей и суши.

Концентрация основных газов в нижних слоях атмосферы, за исключением водяных паров и углекислого газа, постоянна. В небольших количествах в атмосфере содержатся оксид серы SO 2 , аммиак NH 3 , монооксид углерода СО, озон O 3 , хлороводород HCl, фтороводород HF, монооксид азота NO, углеводороды, пары ртути Hg, йода I 2 и многие другие. В нижнем атмосферном слое тропосфере постоянно находится большое количество взвешенных твёрдых и жидких частиц.

Источниками твёрдых частиц в атмосфере Земли являются вулканические извержения, пыльца растений, микроорганизмы, а в последнее время и деятельность человека, например, сжигание ископаемого топлива в процессе производства. Мельчайшие частицы пыли, которые являющиеся ядрами конденсации, служат причинами образования туманов и облаков. Без твёрдых частиц, постоянно присутствующих в атмосфере, на Землю не выпадали бы осадки.