Парниковый эффект и изменение климата

Министерство  образования и науки РФ

ФГБОУ ВПО  «Бурятский Государственный Университет»

Кафедра физической географии 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат

Парниковый  эффект и изменение климата. 
 
 
 

      Выполнила: Жаркова Любовь Сергеевна,

                                                       группа 13380

                                       Проверила: Григорьева М.А 
 
 
 
 

                                            
 
 
 

г. Улан-Удэ

2011г

     Оглавление

     Введение…………………………………………………………………….2

     Глава 1.История изучения парникового эффекта………………………..3

     Глава 2.Количественное определение парникового  эффекта…………...5

     Глава 3.Влияние парникового эффекта  на климат планет………………7

     Заключение………………………………………………..………………11

     Список  используемой литературы………………………………………12 

 

      Введение

     Актуальность  темы исследования. В последнее время деятельность человека оказывает беспрецедентное по масштабам и интенсивности воздействие на окружающую среду и глобальные системы жизнеобеспечения. Доказательство тому - одна из многих экологических проблем - глобальное потепление климата - парниковый эффект. Скоро атмосфера станет непроницаемой для тепла, и последствия могут быть очень глобальными - неизбежное повышение уровня мирового океана в результате таяния материковых и горных ледников, морских льдов, теплового расширения вод океана. Такое потепление климата вызовет серьёзные изменения экологических условий в тундре, в зонах «вечной мерзлоты»: увеличится сезонное протаивание грунтов, что создаст угрозу дорогам, строениям и коммуникациям, активизируется процессы термокарста и заболачивания, ухудшится состояние лесных массивов на вечной мерзлоте.

Опасаются, что бесконтрольная деятельность человека может окончательно уничтожить жизнь  на нашей планете, поэтому работа так актуальна.

     Объектом  исследования является материал, в котором рассмотрена данная проблема

     Предметом исследования - парниковый эффект, его природа и влияние на климат планеты

     Цель  исследования данной работы состоит в том, чтобы исследуя различные данные, выяснить природу парникового эффекта и его влияние на климат Земли.

     Задачи  исследования:

     - рассмотреть понятие и механизм  парникового эффекта;

     - определить причины влияния парникового  эффекта на климат Земли;

     - рассмотреть как рассчитывается  количественное определение парникового  эффекта;

     - рассмотреть основные парниковые газы 

Глава 1. История изучения парникового эффекта.

     Парниковый  эффект - повышение температуры нижних слоёв атмосферы планеты по сравнению с эффективной температурой, т.е  температурой теплового излучения планеты, наблюдаемого из космоса.

     Идея о механизме парникового эффекта была впервые изложена в 1827 году Жозефом Фурье встатье «Записка о температурах земного шара и других планет», в которой он рассматривал различные механизмы формирования климата земли.

     Сам Фурье родился в марте 1768, умер 16 мая 1830. французкий матемематик и физик. В 1794 на него обращают внимание учёные: Лангранж, Лаплас и Монжа. В 1798г Наполеон берёт в свой египетский поход, в составе легиона культуры,  1801 возвращается во францию и назначается префектом департамента Изер, в 1812 получает большую премию за аналитическую теорию теплопроводности. При этом Фурье рассматривал как факторы, влияющие на общий тепловой баланс Земли (нагрев солнечным излучением, охлаждение за счёт лучеиспускания, внутреннее тепло Земли), так и факторы, влияющие на теплоперенос и температуры климатических поясов (теплопроводность, атмосферная и океаническая циркуляция).

     При рассмотрении влияния атмосферы  на радиационный баланс Фурье проанализировал  опыт М. де Соссюра с зачернённым  изнутри сосудом, накрытым стеклом. Де Соссюр измерял разность температур внутри и снаружи такого сосуда, выставленного на прямой солнечный свет. Фурье объяснил повышение температуры внутри такого «мини-парника» по сравнению с внешней температурой действием двух факторов: блокированием конвективного теплопереноса (стекло предотвращает отток нагретого воздуха изнутри и приток прохладного снаружи) и различной прозрачностью стекла в видимом и инфракрасном диапазоне. Именно последний фактор и получил в позднейшей литературе название парникового эффекта — поглощая видимый свет, поверхность нагревается и испускает тепловые (инфракрасные) лучи; поскольку стекло прозрачно для видимого света и почти непрозрачно для теплового излучения, то накопление тепла ведёт к такому росту температуры, при котором количество проходящих через стекло тепловых лучей достаточно для установления теплового равновесия.

     Фурье постулировал, что оптические свойства атмосферы Земли аналогичны оптическим свойствам стекла, то есть её прозрачность в инфракрасном диапазоне ниже, чем прозрачность в диапазоне оптическом, однако количественные данные по поглощению атмосферы в инфракрасном диапазоне долгое время являлись предметом дискуссий. 

 

Глава 2. Количественное определение парникового эффекта.

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

,

где   - солнечная постоянная, и   - расстояние до Солнца.

     Парниковый  эффект существенен для планет с плотными атмосферами, содержащими газы, поглощающие излучение в инфракрасной области спектра, и пропорционален плотности атмосферы. Следствием парникового эффекта является также сглаживание температурных контрастов как между полярными и экваториальнымизонами планеты, так и между дневными и ночными температурами.

↑ Температуры даны в Кельвинах,   — средняя максимальная температура в полдень на экваторе,   — средняя минимальная температура.  - эффективная температура планеты. 

 определяется как разница между средней приповерхностной температурой атмосферы планеты   и её эффективной температурой   

     Парниковый  эффект атмосфер обусловлен их различной  прозрачностью в видимом и  дальнем инфракрасном диапазонах. На диапазон длин волн 400—​1500 нм в видимом свете и ближнем инфракрасном диапазоне приходится 75 % энергии солнечного излучения, большинство газов не поглощают в этом диапазоне; рэлеевское рассеяние в газах и рассеяние на атмосферных аэрозолях не препятствуют проникновению излучения этих длин волн в глубины атмосфер и достижению поверхности планет. Солнечный свет поглощается поверхностью планеты и её атмосферой (особенно излучение в ближней УФ- и ИК-областях) и разогревает их. Нагретая поверхность планеты и атмосфера излучают в дальнем инфракрасном диапазоне: так, в случае Земли при   равном 300 K, 75 % теплового излучения приходится на диапазон 7,8—28 мкм, для Венеры при   равном 700 K — 3,3—12 мкм.

     Вследствие  такой непрозрачности атмосфера  становится хорошим теплоизолятором, что, в свою очередь, приводит к тому, что переизлучение поглощённой солнечной энергии в космическое пространство происходит в верхних холодных слоях атмосферы. В результате эффективная температура Земли как излучателя оказывается более низкой, чем температура её поверхности. 

 

Глава 3.Влияние парникового эффекта на климат планет

     Степень влияния парникового эффекта  на приповерхностные температуры планет (при оптической толщине атмосферы < 1) зависит от оптической плотности парниковых газов и, соответственно, их парциального давления у поверхности планеты. Таким образом, парниковый эффект   наиболее выражен у планет с плотной атмосферой, составляя у Венеры ~500 K.

Вместе  с тем следует отметить, что  величина парникового эффекта зависит  от количества парниковых газов в  атмосферах и, соответственно, зависит  от химической эволюции и изменений состава планетарных атмосфер.

Парниковый эффект и климат Земли

Климатические индикаторы за последние 0,5 млн лет: изменение уровня океана (синий), концентрация ¹⁸O в морской воде, концентрация CO₂ в антарктическом льду. Деление временной шкалы — 20 000 лет. Пики уровня моря, концентрации CO₂ и минимумы ¹⁸O совпадают с межледниковыми температурными максимумами.

     По  степени влияния на климат парникового  эффекта Земля занимает промежуточное  положение между Венерой и  Марсом: у Венеры повышение температуры приповерхностной атмосферы в ~13 раз выше, чем у Земли, в случае Марса в ~5 раз ниже, эти различия являются следствием различных плотностей и составов атмосфер этих планет.

     При неизменности солнечной постоянной и, соответственно, потока солнечной радиации, среднегодовые приповерхностные температуры и климат, определяются тепловым балансом Земли. Для теплового баланса выполняются условия равенства величин поглощения коротковолновой радиации и излучения длинноволновой радиации в системе Земля-атмосфера. В свою очередь, доля поглощенной коротковолновой солнечной радиации определяется общим (поверхность и атмосфера) альбедо Земли, на величину потока длинноволновой радиации, уходящей в космос, существенное влияние оказывает парниковый эффект, в свою очередь, зависящий от состава и температуры земной атмосферы.

     Основными парниковыми газами, в порядке  их оцениваемого воздействия на тепловой баланс Земли, являются водяной пар, углекислый газ, метан и озон