Проблема потепления климата на Земле

лет. Средняя температура  по территории России была максимальной в 1995 году (отклонение от нормы — 1,9°С).              '

Изменение климата — процесс  неоднородный. В целом по России потепление более заметно зимой  и весной (тренд составил соответственно 4,7 и 2,9°С за 100 лет), в теплое время года рост температуры слабее. Кроме того, районы потепления чередуются с районами заметного похолодания.

 
 
 
 
2. Парниковый эффект и глобальное  потепление.

Идею о разогреве земной атмосферы парниковыми газами в  конце XIX века впервые высказал шведский учёный Сванте Аррениус. Тогда же возникла классическая теория парникового эффекта, утверждающая, что в связи с развитием промышленного производства увеличивается выделение углекислоты в атмосферу, и  на Земле создаётся гигантская теплица. Увеличение среднегодовой температуры вызывает таяние льдов, и как следствие повышение уровня мирового океана, затопления низменных прибрежных территорий, а также экстремализацию климата и исчезновение многих видов животных и растений. /13, стр. 40/

Поскольку проблема глобального  потепления является актуальной и информативной, ей выделена значительная часть данного  реферата.

В современной отечественно и зарубежной науке существует множество  часто взаимоисключающих и противоречащих друг другу теорий. Многие учёные рассматривают  проблему глобального потепления традиционно, выделяя причиной концентрацию парниковых газов в атмосфере из-за антропогенного воздействия на природу. Но существуют также точки зрения с точностью  да наоборот утверждающие, что глобальное потепление процесс естественный и  вызван вовсе не чрезмерным объёмом  углекислоты в атмосфере.

В реферате рассматриваются  две теории глобального потепления климата:        

1) антропогенно-естественная теория роста температуры в геометрической прогрессии (А. Карнаухов)        

2) теория зависимости  климата от альбедо Земли (В.  Найдёнов, В Швейкина)                  

 Наиболее радикальной  является теория, разработанная  физиком-теоретиком Института биофизики  клетки РАН Алексеем Карнауховым.

В XIX веке средняя температура  на Земле повысилась на 0,2°С, в XX –   примерно на 1°С. Отчет комиссии ООН по проблеме изменения климата утверждает, что к концу этого века температура на планете повысится на 5,8°С, что почти в два раза превышает цифру, рассчитанную пять лет назад. Таким образом, температура растёт в геометрической прогрессии, увеличиваясь за столетие в 5 раз. Совсем несложно оценить, она сколько она повысится через двести или триста лет.

А. Карнаухов считают, что  главной причиной глобального потепления является загрязнение атмосферы  промышленными парниковыми газами. Он утверждает, что смог построить  сравнительно простую, но вместе с тем  строгую аналитическую модель парникового  эффекта, позволяющую рассчитывать изменение основных климатических  параметров на несколько сотен лет  вперед. Согласно этой модели, при сохранении нынешних тенденций развития мировой энергетики (когда техногенный выброс углекислого газа удваивается каждые 50 лет) среднепланетарная температура будет расти в геометрической прогрессии примерно до  2250 года — к этому времени на Земле потеплеет примерно на 50°С. Дальше температура атмосферы будет увеличиваться линейно и в 2350 году достигнет значения 100°С. А 150°С рубеж будет преодолен только в 2450 году. /4, стр. 32/

А. Карнаухов предполагает, что радикальное изменение климата  может наступить ещё раньше, если к техногенному выбросу углекислоты  добавится выброс СО₂, из природных источников, например, из Мирового океана. В Мировом океане сегодня растворено углекислого газа в 60 раз больше, чем его содержится в атмосфере. Но из-за повышения температуры морской воды неизбежно будет снижаться растворимость углекислоты, и излишек станет бурно выделяться в атмосферу, что вызовет дополнительное потепление климата.

Изначально климатическая  система Земли была стабильна  из-за компенсации положительных  обратных связей отрицательными. Данную схему легко разобрать на примере биоценозов болот и тропических морей. Рост среднепланетарной температуры вызывал увлажнение климата, что приводило к увеличениб площади болот и связыванию атмосферной углекислоты в результате образования торфа. Следовательно, концентрация углекислого газа падала, а температура уменьшалась.

Но сегодня данная отрицательная  связь не работает из-за сокращения более чем на половину площади  болот в результате антропогенного воздействия. Также существуют гипотезы, что к 2100 году погибнут коралловые рифы из-за всё того же потепления.  /4, стр. 33/

Роль лесов в долговременном извлечении углекислого газа из атмосферы  крайне мала, и они не смогут компенсировать интенсивное выделение углекислоты.

Но даже если люди откажутся  от промышленного производства и  автомобилей, то через двести лет  углекислый газ из океанов всё  равно сделают Землю непригодной  для жизни.

В целом, теория А. Карнаухова весьма пессимистическая. Автор теории считает, что для стабилизации климата  Земли необходимо реализовать крупные  технологические проекты, однако не уточняет, в чём эти проекты  заключатся.

Следующей теорией является разработка физика В. Найдёнова и географа В.Швейкиной. Они предлагают  новую концепцию глобального потепления климата, в которой главную роль играет возрастающая сейчас влажность суши.

Последние 10 – 15 лет оказались  самым теплым и влажным периодом не только в минувшем столетии, но и  тысячелетии. Современные исследования убедительно доказывают, что воды в жидкой фазе на Земле становится больше.

Модель глобального климата  Земли В. Найдёнова и В. Швейкиной, содержит три переменные: температуру приземного слоя атмосферы, влагозапас суши и речной сток в Мировой океан. Модель состоит из трех нелинейных уравнений: двух - динамики теплового и водного баланса Земли и еще одного –  динамики глобального речного стока в Мировой океан. Предположение, что количество воды на планете постоянно, позволило исключить из модели водный баланс океана.

Говоря о  тепловом балансе Земли,  давно доказано, что значительную часть получаемой от Солнца энергии планета отражает обратно в космическое пространство – иначе Земля давно бы сгорела. Эта отраженная энергия — сильно меняющаяся величина, так как зависит от состояния поверхности Земли. Общая масса льда и снега на суше и облаков в небе, площадь океана, степень увлажненности суши и характер ее растительности — все это влияет на величину

уходящей в космос солнечной  энергии.

Решение проблемы климата,  на взгляд В. Найдёнова и В. Швейкиной, заключается в разгадке механизма отражательной способности земной поверхности, которая характеризуется величиной альбедо – отношением величины отраженной энергии к падающей.

Наша планета устроена так, что из всех природных веществ  вода имеет максимальную теплоемкость и наибольшую способность к поглощению солнечной энергии. Таким образом, альбедо суши – один из важнейших  параметров климатической системы  Земли,  показывающий, какое количество солнечной энергии поглощает её поверхность. Эта величина существенно зависит от типа почвы, ее цвета и структуры, влажности и растительного покрова.

Можно примерно оценить, как  влияет альбедо суши на тепловой баланс планеты и её глобальную температуру. Например, влажность почвенного покрова  Земли увеличится на 0,1 метра. Тогда  альбедо уменьшится на 0,01 – 0,12, что  приведёт к росту глобальной температуры  на 2,3 – 4,6°С.

Однако влагозапас суши можно определить из уравнения глобального водного баланса Земли, входящего в модель. Таким образом. сильная зависимость альбедо суши от ее влагозапасов делает тепловой баланс Земли незамкнутым и приводит к необходимости рассматривать водный баланс. (второе уравнение модели). Он же, в свою очередь, зависит от динамики речного стока в Мировой океан, и следовательно, для описания этого процесса необходимо третье уравнение предложенной модели. В основе его лежит закон изменения энергии.

Состоящая из трех указанных  уравнений, эта простейшая модель климата  принадлежит к классу нелинейных динамических систем. Её решения являются сложными и неустойчивыми из-за того, что скорость накопления влагозапасов суши превышает скорость их стока в океан, что приводит к увлажнённости суши.

Далее реализуется положительная  обратная связь, что ведёт к неустойчивости климата. По существу это означает: наша планета либо постоянно переохлаждается, либо перегревается.

В настоящее время наблюдается  уменьшение альбедо Земли за  счёт переувлажнения суши, и увеличения объёма СО₂ в атмосфере, поэтому угроза глобального потепления реальна. Но она является следствием естественных природных процессов, а не антропогенного воздействия и абсолютно закономерна, поэтому всякие ограничения промышленных выбросов углекислого газа едва ли приведут к заметному снижению глобальны температур воздуха.   

3. Озоновые дыры.

В 1985 г. специалисты по исследованию атмосферы из Британской Антарктической Службы сообщили о совершенно неожиданном  факте: весеннее содержание озона в  атмосфере над станцией Халли-Бей в Антарктиде уменьшилось за период с 1977 по 1984 г. на 40%. Вскоре этот вывод подтвердили другие исследователи, показавшие также, что область пониженного содержания озона простирается за пределы Антарктиды и по высоте охватывает слой от 12 до 24 км, т.е. значительную часть нижней стратосферы. В начале 80-х по измерениям со спутника «Нимбус-7» аналогичная дыра была обнаружена и в Арктике, правда она охватывала значительно меньшую площадь и падение уровня озона в ней было не так велико - около 9%. В среднем по Земле с 1979 по 2000 г. содержание озона упало на 8%.

Это открытие обеспокоило  как ученых, так и широкую общественность, поскольку из него следовало, что  слой озона, окружающий нашу планету, находится  в большей опасности, чем считалось  ранее. Утончение этого слоя может  привести к серьезным последствиям для человечества. Содержание озона  в атмосфере менее 0,0001%, однако именно озон полностью поглощает жесткое ультрафиолетовое излучение солнца. Падение концентрации озона на 1% приводит в среднем к увеличению интенсивности жесткого ультрафиолета у поверхности земли на 2%.

По своему воздействию  на живые организмы жесткий ультрафиолет близок к ионизирующим излучениям, однако, из-за большой длины волны  он не способен проникать глубоко  в ткани, и поэтому поражает только поверхностные органы. Жесткий ультрафиолет обладает достаточной энергией для  разрушения ДНК и других органических молекул, что может вызвать рак  кожи, в особенности быстротекущую  злокачественную меланому, катаракту  и иммунную недостаточность

В мае 1985 года британские ученые объявили о резком сокращении концентраций озона в стратосфере над Антарктикой  каждой весной южного полушария. Это  явление получило название «озоновой  дыры».

Существуют объективные  причины, по которым «дыры» в первую очередь образуются над Антарктикой. Бром и хлор, несущие главную ответственность  за разрушение озона, в среднем равномерно распределены в атмосфере Земли. Однако в Антарктике условия таковы, что эти вещества, вступая в  химические реакции, способны уничтожить больше озона, чем в районах с  более теплым климатом.

Маршруты движения антарктических циркумполярных ветров строго ограничены полярным регионом. В дополнение к  этому антарктическая атмосфера  долгие месяцы остается в темноте (в  течение полярной ночи), при этом значительно охлаждаясь. С падением температуры атмосферы в стратосфере  начинают образовываться ледяные облака.

Когда в августе первые лучи Солнца начинают проникать в  стратосферу, то в ней начинают происходить  химические реакции, отличающихся от реакций  в стратосфере умеренных широт.

По данным, приведенным  в отчете Межправительственной группы экспертов по проблемам изменениям климата за 1992 год, в весенний период в стратосфере Антарктики отмечается падение концентраций озона более  чем на 90 процентов. Данные американского  спутника Нимбус-7 показали, что площадь поверхности озоновой дыры, по грубым подсчетам, соизмерима с площадью Западной Европы или континентальной части США.

С момента открытия фреонов  в 30-40-х годах все говорило о  том, что они слишком уж хороши для того, чтобы в них не таилась  какая-нибудь опасность. Фреоны или  хлофторуглеоды сравнительно недороги, высокоэффективны, стабильны в атмосфере и нетоксичны для человека. Эти свойства способствовали широкому распространению фреонов в различных областях современного производства. Производители электроники, например, стали использовать их в начале 80-х годов в качестве промывочных растворов. Это позволило им снять проблему загрязнения грунтовых вод, связанную с использованием в производстве метилхлорида и трихлорэтилена. Для различных областей производства хлорфторуглероды стали главным сырьем из-за своей стойкости к воздействию внешних факторов.

Проблема, конечно же, заключается  в «ахиллесовой пяте» фреонов. Когда  хлорфторуглероды попадают в атмосферу, они начинают мигрировать в стратосферу, где более интенсивное солнечное излучение воздействует на них и в результате реакции выделяется хлор. Этот хлор действует как катализатор, постоянно вступая в реакцию с молекулами озона с образованием молекул кислорода (О₂) и молекул оксида хлора (ClO₂). Молекулы оксида хлора затем вступают в реакцию с атомарным кислородом, с образованием молекул кислорода и свободных атомов хлора. И все начинается сначала. Посредством этого повторяющегося процесса одна молекула хлора может разрушить тысячи молекул озона, прежде чем сама будет нейтрализована. Это свойство фреонов и выделяемого ими хлора делает хлорфторуглероды очень опасными для озонового слоя стратосферы. Хотя следует отметить, что не все фреоны и не все растворители имеют одинаковый озоноразрушающий потенциал. 

1974 г. М. Молина и  Ф. Роуленд из Калифорнийского университета в Ирвине показали, что хлорфторуглероды могут вызывать разрушение озона. Начиная с этого времени так называемая фреоновая проблема стала одной из основных в исследованиях по загрязнению атмосферы. Хлорфторуглероды уже более 60 лет используются как хладагенты в холодильниках и кондиционерах, пропелленты для аэрозольных смесей, пенообразующие агенты в огнетушителях, очистители для электронных приборов, при химической чистке одежды, при производстве пенопластиков.