Климатические проблемы биосферы

Климатические проблемы биосферы

План

Введение

1. Изменение климата

2. Парниковый эффект

3. Тенденции влияния деятельности человека на изменение климата

4. Пути предотвращения глобальной климатической и экологической катастрофы

Заключение

Литература

Введение

Биосфера – обозначает область существования живых организмов на Земле. Она объединяет все экосистемы Земли. Верхняя граница ее проходит на расстоянии нескольких километров над поверхностью растительного покрова на суше или над уровнем океана. Нижняя граница определяется максимальной глубиной проникновения корней растений и ходов роющих животных. В водной среде она соответствует максимальной глубине сохранения биологической активности в донных осадках. Живые организмы не только живут, но и преобразовывают биосферу. В результате эволюции человеческого общества произошло развитие производства, научно-технического потенциала, техники. Все это повлекло за собой ряд проблем в области экологии. В результате деятельности человека происходит нарушение окружающей нас природной среды, изменение естественных процессов, происходящих в природной среде, что ведет к изменению нашего мира, а чаще всего – к экологическим катастрофам.

1. Изменение климата

В настоящее время не вызывает сомнения тот факт, что хозяйственная деятельность человека оказывает необратимое воздействие на окружающую среду, ухудшая ее качество и являясь причиной ряда) связанных с этим, жизненно важных для человечества проблем, таких как, возможное изменение климата, загрязнение атмосферы и гидросферы, деградация (опустынивание, засоление, отчуждение) земельных ресурсов, обеднение генетического разнообразия видов, ухудшение здоровья людей и др. Большинство (включая украинских) ученых придерживается той точки зрения, что промышленное развитие остановить нельзя, и оно совместимо с охраной и улучшением качества окружающей среды.

Климат на нашей планете в прошлом периодически изменялся — чередовала периоды значительного похолодания (ледниковый период) и потепления. В настоящее время ученые очень обеспокоены фактом значительного потепления. На сегодня вопрос о том, имеет ли место долгосрочные изменения климата планете остается спорным, хотя неожиданные погодные изменения в ряде г настораживают. С этими явлениями, до конца еще не изученными, связано количее выпадающих осадков, облачность, площадь снежного и ледового покрова, температурь изменения и т. д., что в первую очередь оказывает влияние на производительно сельскохозяйственного производства.

Теория климата чрезвычайно сложна из-за многообразия определяющих его природных факторов. Наложение на них так называемых антропогенных факторов дел прогноз еще более сложной задачей. Известно, что свойства атмосферы определяют различные земные и внеземные факторы. К ним относятся изменения солнечной активности, приливные возмущения, вулканическая деятельность, изменения температуры; поверхности океана, растительного покрова, полярных льдов и т. д. Среди других антропогенных факторов, могущих повлиять на климат — рост запыленности атмосферное уменьшение содержания озона, изменения поверхности, тепловые загрязнения, особенно выделяют увеличение содержания углекислого газа в атмосфере. [1, с.54-55]

2. Парниковый эффект

Согласно опытным данным концентрация СО₂ в атмосфере за 140 лет увеличилась с 0,027% до 0,033% и продолжает расти. По прогнозу концентрация углекислого газа в атмосфере к 2005 г. может составить от 0,04 до 0,05%, что может привести к повышению средней температуры земной поверхности и нижних слоев атмосферы на 10 °С и подъему уровня океана за счет таяния полярных льдов на 1,5 м. Подобное явление связано с так называемым „парниковым эффектом", который заключается в свойстве атмосферы пропускать солнечную радиацию, но задерживать земное излучение и тем самым способствовать аккумуляции тепла Землей. Лишь в так называемых окнах прозрачности отдача тепла осуществляется почти беспрепятственно (при отсутствии облаков). Наиболее важное окно прозрачности расположено в интервале длины 7—14 мкм. Главный вклад в формирование парникового эффекта вносят водяной и углекислый газ, содержащиеся в атмосфере. Известно, также, что спектр поглощения атмосферы в окнах прозрачности определяется не только влиянием углекислого газа и таких газовых компонентов как озон, фреоны и многие другие, включая и аэрозоли. Схематически явление парникового эффекта представлено на рис. 1. Одни ученые, как, например, У. Болдерс — президент Национального центра изучения атмосферы (США), считают, что парниковый эффект неизбежен, другие ученые-климатологи настроены более оптимистически. Изобилие факторов, оказывающих влияние на климат, не дает возможности определить преимущества каждого из них. Кривая природных колебаний климата сегодня идет вниз к похолоданию, что превышает тенденцию увеличения температуры за счет парникового эффекта. Но по прогнозам в ближайшее время результат взаимовлияния этих факторов должен сместиться в сторону роста температуры.

Рис.1. Явление парникового эффекта в атмосфере Земли

Рис.2. Увеличение температуры атмосферы Земли за счет СН₄(а), N₂O(б), фреона (в) и в целом(г)

На рис.2 приведены графики изменения температуры Земли за счет изменения газовых компонентов в атмосфере.

Моделирование на ЕВМ говорит о том, что удвоение содержания в атмосфере закиси азота (N₂O) повысило бы температуру на 0,7 °С, метана (СН₄) — на 0,4 °С, водяного пара — на 0,3 °С, фторхлорметанов или фреонов — на 0,8 °С.

Расчеты возможного потепления на Земле за счет увеличения концентрации. СО₂ с учетом обратной связи с содержанием влаги в атмосфере, повышающимся при потеплении климата, показали, что этот эффект наиболее сильно выражен в холодных районах. Так, увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере в 2 раза, например к 2050 году, может привести к потеплению поверхности на 50 °С. Важнейшие предполагаемые последствия повышения температуры — таяние полярных льдов и установление тропического климата на всей Земле. В конечном итоге, если растает весь антарктический лед, то уровень моря всего за 400 лет поднимется более чем на 120 м, что будет иметь катастрофические последствия для человека — в первую очередь отопление большей части наиболее пригодных для жизни и возделывания земель.

Следует отметить, что к парниковому эффекту, хотя и в меньшей степени, может привести рост концентраций в атмосфере многих газовых компонентов, присутствующих в промышленных выбросах: оксидов азота, серы, метана, четыреххлористого и четырехфтористого углерода, фреонов и других.

Парниковый эффект изменит количество осадков, ветра, туч, океанские течения - внутренние районы континентов станут более сухими, а побережья — влажными, зимы — короче и теплее, а лето — длиннее и жарче. Основные климатические зоны сместятся на север приблизительно на 400 км, что может вызвать потепление в зоне тундры, таяние льда вечной мерзлоты в высоких широтах. С одной стороны — улучшатся условия мореплавания в полярных морях, которые освободятся от ледяного панциря а с другой — значительно возрастет количество айсбергов (особенно в Атлантическом и Индийском океанах).

Аналогом климата „парникового эффекта" является климат Венеры, атмосфера которой на 98% состоит из углекислого газа, и поэтому температура ее поверхности составляет 500 °С.

Основной причиной роста концентрации углекислого газа в атмосфере является сжигание ископаемого топлива для производства энергии. В настоящее время таким образом производится более 90% энергии, потребляемой человеком. Производство энергии увеличивается по экспоненциальному закону и удваивается в мире примерно каждые 10 лет. Соответственно растет добыча ископаемого топлива и поступление углекислого газа и других загрязнителей в атмосферу. Ежегодно человечество сжигает такое количество ископаемого топлива, которое создавалось природой более чем за миллион лет. [1, с.54-56] Со второй половины XIX в. наблюдается постепенное повышение среднегодовой температуры, что связывают с накоплениями в атмосфере так называемых «парниковых газов» — диоксида углерода, метана, фреонов, озона, оксида азота и др.

Парниковые газы, и в первую очередь СО₂, препятствуют длинноволновому тепловому излучению с поверхности Земли, и атмосфера, насыщенная ими, действует как крыша теплицы. Она, пропуская внутрь большую часть солнечного излучения, почти не пропускает наружу тепло, переизлучаемое Землей.

В связи со сжиганием человеком все большего количества ископаемого топлива (ежегодно более 9 млрд. т условного топлива) концентрация СО₂ в атмосфере постоянно увеличивается. За счет выбросов в атмосферу при промышленном производстве и в быту растет содержание фреонов (хлорфторуглеродов), метана, в меньшей степени — оксида азота.

«Парниковый эффект» является причиной роста средней глобальной температуры воздуха у земной поверхности. Так, в 1988 г. среднегодовая температура оказалась на 0,4°Свыше, чем в 1950—1980 гг., а к 2005 г. ученые прогнозируют ее повышение на 1,3°С. В докладе Международной группы ООН по проблемам климатических изменений утверждается, что к 2100 г. температура на Земле увеличится на 2—4 градуса. Масштабы потепления за этот относительно короткий срок будут сопоставимы с потеплением, произошедшим на Земле после ледникового периода, а значит, экологические последствия могут быть катастрофическими. В первую очередь это связано с повышением уровня Мирового океана, вследствие таяния полярных льдов, сокращения площадей горного оледенения и т.д. Повышение уровня океана всего лишь на 0,5—2,0 м к концу XXI в., приведет к нарушению климатического равновесия, затоплению приморских равнин в более чем 30 странах, деградации многолетнемерзлых пород, заболачиванию обширных территорий и т.п. [2, с.184]

Наряду с локальным загрязнением атмосферы над городами в последнее время вес большую тревогу вызывает проблема ее глобального загрязнения. Распространяясь воздушными течениями, загрязнения вызывают нарушения глобального характера, оказывают воздействие на процессы в биосфере. Важнейшим сейчас является вопрос об увеличении в атмосфере диоксида углерода и пыли.

За последние 100 лет за счет сжигания ископаемого топлива в атмосферу поступило дополнительно 400 млрд. т СО₂. Содержание диоксида углерода в атмосфере возросло за счет лесных и степных пожаров. В то же время поглощение СО₂ из атмосферы основными его потребителями - лесными растениями и фитопланктоном Мирового океана - сократилось за счет уменьшения площадей лесов, гибели фитопланктона. В результате этого поступление углерода в атмосферу стало превышать его потребление растениями.

Потеплению климата Земли способствует также поступление тепла в атмосферу за счет сжигания нефтепродуктов, угля, торфа, работы разнообразных двигателей. Повышение средних температур на земном шаре может вызвать существенные изменения в ходе естественных природных процессов биосферы. Например, известно, что повышение средних температур приземного слоя воздуха в 1930-е годы на 0,4 °С сопровождалось сокращением площади льдов в Арктике на 10%, жестокими засухами, имевшими место во многих странах, сдвигами границ ландшафтных зон до 200 км к северу.

В противоположном направлении на климат влияет запыленность атмосферы. Пылевые частицы, скапливаясь в верхних слоях атмосферы, отражают часть солнечных лучей и тем самым сокращают количество тепла, поступающего на Землю от Солнца. Ученые полагают, что, несмотря на увеличение концентрации СО₂ в атмосфере в 1940-е годы, потепление сменилось похолоданием именно за счет увеличения запыленности воздуха. [3, с.50-53]

В связи с этими данными акад. К. Я. Кондратьев (1993) считает, что нет никаких оснований для выдвижения задачи по сокращению выбросов парниковых газов, как центральной в проблеме предотвращения нежелательных изменений глобального климата. По его мнению, важнейшим фактором антропогенного воздействия на глобальный климат является деградация биосферы, а, следовательно, в первую очередь необходимо заботиться о сохранении биосферы как основного фактора глобальной экологической безопасности.

На Международной конференции в Торонто (Канада) в 1985 г. перед энергетикой всего мира была поставлена задача сократить к 2005 г. на 20% промышленные выбросы углерода в атмосферу. На конференции ООН в Киото (Япония) в 1997 г. подтвержден установленный ранее барьер для выбросов парниковых газов. [2, с.183-185]