Парниковый эффект и методы борьбы с ним

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение
средняя общеобразовательная школа№8
Исследовательская работа
«Парниковый эффект и методы
борьбы с ним».
Автор: Серов Дмитрий 9б класс,15 лет
Руководитель: Шевцова Елена Александровна
г. Кулебаки
2012год
1
I.
II.
III.
IV.
V.
Содержание:
Введение……………………………………………………………………………………3
Основная часть
а) Устойчивая окружающая среда
и тепловое явление…………………………………………………………………….4
б) Горячий мир Венеры………………………………………………………………….6
в) Парниковые газы……………………………………………………………………....8
г) Чем нам это грозит? ( Возможные последствия глобального потепления) ………..9
д) Другое мнение………………………………………………………………………….10
е) Что делать? …………………………………………………………………………….11
Выводы………………………………………………………………………………………12
Список литературы………………………………………………………………………….13
Приложение:
а) Моделирование парникового эффекта………………………………………………….14
Результаты опытов.
2
Введение.
Ещё в 1827 году французский физик Жозеф Фурье предположил, что атмосфера
Земли выполняет функцию своего рода стекла в теплице: воздух пропускает солнечное
тепло, не давая ему при этом испарится в космос. И он был прав. Этот эффект достигается
благодаря некоторым атмосферным газам (углекислым газом, водяным паром). Они
пропускают видимый и «ближний» инфракрасный свет, излучаемый солнцем, но поглощают
«далёкое» инфракрасное излучение, имеющее более низкую частоту и образующееся при
нагревании земной поверхности солнечными лучами. Если бы этого не происходило, Земля
была бы примерно на 30 градусов холоднее, чем сейчас, и жизнь бы на ней практически
замерла. Исходя из того, что «естественный» парниковый эффект – это устоявшийся
сбалансированный процесс, вполне логично предположить, что увеличение концентрации
«парниковых» газов в атмосфере, должно привести к усилению парникового эффекта,
который в свою очередь приведёт к глобальному потеплению климата. Уже мало кто из
учёных сомневается в том, что деятельность человека приводит к повышению концентрации
парниковых газов в атмосфере. Ведутся ожесточённые споры вокруг того, какое количество
этих газов вызовет потепление климата, в какой степени и как скоро это произойдёт. Мы
считаем, что вопрос рассмотрения парникового эффекта актуален в настоящее время, т. к.
если гипотеза об антропогенных факторах глобального потепления подтвердится, уже
поздно будет что-либо предпринимать.
3
Устойчивая окружающая среда и тепловые явления.
Понятие устойчивости вроде бы не связано с окружающей нас средой, так как в ней
постоянно происходят какие-то изменения. То ветер подул, то температура понизилась, то
гроза налетела и т.п. Под устойчивостью понимают, прежде всего, устойчивость климата,
повторяемость природных явлений, благодаря которым каждый год осенью созревают
фрукты и картофель, зимой ложится снег, а летом и осенью выпадает дождь в количестве,
достаточном, чтобы земля была плодородной. Это и устойчивость среднегодовой
температуры приземной части атмосферы, которая независимо от сезонных и всяких других
изменений вот уже почти 10 тысяч лет постоянна и равна 150С. Повышение среднегодовой
температуры всего на 10С за прошедшие 25 лет, стало причиной многих природных
катастроф (небывалых дождей, засух, ураганов, разрушения ледниковых покровов
Антарктиды и других явлений).
Устойчивость климата и природных процессов зависит от постоянства потоков
энергии в окружающей среде и процессов обмена энергией между Землёй и космосом.
Наибольшее влияние на климат оказывает энергия солнечного излучения. Часть его
отражается атмосферой, не оказывая существенного влияния на земные процессы. Большая
часть поглощается, нагревая воздух, океаны, поверхность континентов. Температура
поверхности и прилегающего воздуха зависит от количества поступившей солнечной
энергии, которая в свою очередь зависит от географической широты местности.
Предположи, что поверхность нагрета солнечным излучением. Часть энергии
нагретой поверхности передаётся прилегающим слоям воздуха за счёт теплопроводности
Нагретый воздух поднимается вверх, образуя конвективные потоки
4
Часть энергии отдаётся поверхностью в форме невидимого теплового излучения
Ещё некоторая часть количества теплоты переносится в воздух вместе с водой, испарённой с
поверхности
Земная поверхность и нагретый воздух излучают тепло. Этот поток энергии должен уходить
в космическое пространство, т.к. воздух прозрачен для теплового излучения. Но водяные
пары и углекислый газ задерживают часть уходящего в космос теплового излучения
(парниковый эффект).
И так, солнечная энергия распределяется в атмосфере в результате действия различных
5
тепловых явлений: теплопроводности, конвекции, излучения, испарения, «парникового
эффекта».
Горячий мир Венеры.
Атмосфера Венеры крайне жаркая и сухая. Температура на поверхности достигает
своего максимума примерно у отметки 4800С. В атмосфере Венеры содержится в 105
раз больше газа, чем в атмосфере Земли. Давление этой атмосферы у поверхности
очень велико, в 95 раз выше, чем у поверхности Земли. Космические корабли
приходится конструировать так, чтобы они выдерживали сокрушительную,
раздавливающую силу атмосферы. В 1970 году первый космический корабль,
прибывший на Венеру, смог выдержать страшную жару лишь около одного часа этого как раз хватило, чтобы послать на Землю данные об условиях на поверхности.
Российские летательные аппараты, совершившие посадку на Венеру в 1982 году,
послали на Землю фотографии с изображением острых скал. Благодаря парниковому
эффекту, на Венере стоит ужасная жара. Атмосфера, представляющая собой плотное
одеяло из углекислого газа, удерживает тепло, пришедшее от Солнца. В результате
скапливается такое количество тепловой энергии, что температура атмосферы горазда
выше, чем в духовке.
На Земле, где количество углекислого газа невелико, природный парниковый
эффект повышает глобальную температуру на 300С. А на Венере парниковый эффект
поднимает температуру ещё на 4000. Изучая физические последствия парникового
эффекта на Венере, мы хорошо представляем себе те результаты, к которым может
привести накапливание излишнего тепла на Земле, вызываемое растущей
концентрацией углекислого газа в атмосфере.
6
7
Парниковые газы.
Газы, вызывающие парниковый эффект, называют парниковыми газами. В
основном это углекислый газ и водяной пар, но существуют и другие газы,
поглощающие энергию, исходящую от Земли.
Природный газ. Природный газ на 98% состоит из метана. Он используется на
тепловых электростанциях и в отопительных котельных, на автомобильном транспорте.
Хотя природный газ не вызывает парникового эффекта, его можно отнести к
«парниковым» газам, т. к. при его использовании выделяется углекислый газ.
Углекислый
газ. Углекислый газ
постоянно образуется в природе при
окислении органических веществ: гниении растительных и животных остатков,
дыхании, сжигании топлива. При горении поглощается кислород и выделяется
углекислый газ. Вследствие этого процесса каждый год человечество выбрасывает в
атмосферу 7 миллиардов тонн углекислого газа! Одновременно с этим на земле
вырубаются леса - один из главных потребителей углекислого газа, причём
вырубаются со скоростью 12 гектаров в минуту!!!
Хлорфторсодержащие газы. Фтор используется при изготовлении смазочных
веществ, пластмасс. Фтор применяется в холодильных установках. Хлор служит для
отбеливания тканей, стерилизации питьевой воды и обеззараживании сточных вод. Так
как хлорфторсодержащие газы широко используются в промышленности, их добыча
непрерывно растёт, а значит, растут и выбросы в атмосферу.
Метан. Концентрация метана определяется как естественными, так и
антропогенными
причинами.
К
естественным
источникам
метана
относят
переувлажнённые почвы, в которых происходят процессы анаэробного разложения.
Человек добавил свои источники - рисовые плантации, добычу и транспортировку
природного газа, сжигание биомассы и другие. Есть предположения, что метан основная причина потепления. В частности доктор Н.А. Ясоманов, предполагает, что в
нынешнем глобальном потеплении «повинен» в основном метан. Углекислый газ не
поднимается в верхние слои атмосферы, а в нижнем успешно поглощается
растительностью, почвенными организмами, растворяется в реках, озёрах, морях. В то
время как метан на высоте 15-20 км под действием солнечных лучей разлагается на
водород и углерод, который, соединяясь с кислородом образует углекислый газ.
8
Чем нам это грозит?
Итак, что является причинами парникового эффекта, мы рассмотрели. Но почему, же все его
так бояться? Рассмотрим его последствия:
1. Если температура на Земле будет продолжать повышаться, это окажет
серьезнейшее воздействие на мировой климат.
2. В тропиках будет выпадать больше осадков, так как дополнительное тепло
повысит содержание водяного пара в воздухе.
3. В засушливых районах дожди станут еще более редкими и они превратятся в
пустыни в результате чего людям и животным придется их покинуть.
4. Температура морей также повысится, что приведет к затоплению низинных
областей побережья и к увеличению числа сильных штормов.
5. Повышение температуры на Земле может вызвать поднятие уровня моря, так как:
а) вода нагреваясь, становится менее плотной и расширяется, расширение морской
воды приведет к общему повышению уровня моря;
б) повышение температуры может растопить часть многолетних льдов,
покрывающих некоторые районы суши, например, Антарктиду или высокие горные цепи.
Образовавшаяся вода в конечном итоге стечет в моря, повысив их уровень. Следует, однако,
заметить, что таяние льда, плавающего в морях, не вызовет повышение уровня моря.
Ледяной покров Арктики представляет собой огромный слой плавучего льда. Подобно
Антарктиде, Арктика также окружена множеством айсбергов. Климатологи подсчитали, что
если растают гренландские и антарктические ледники, уровень Мирового океана повысится
на 70-80 м.
6. Сократятся жилые земли.
7. Нарушится водосолевой баланс океанов.
8. Изменятся траектории движения циклонов и антициклонов.
9. Если температура на Земле повысится, многие животные не смогут
адаптироваться к климатическим изменениям. Многие растения погибнут от недостатка
влаги, и животным придется переселиться в другие места в поисках пищи и воды. Если
повышение температуры приведет к гибели многих растений, то вслед за ними вымрут и
многие виды животных.
10. Изменение температуры негативно сказывается на здоровье людей.
9
Другое мнение.
Доктор физико-математических наук Олег Сорохтин и завкафедрой МГУ,
член-корреспондент
Российской
академии
н 1аук
Андрей
Копица
предполагают, что увеличение концентрации углекислого газа не ведёт к
потеплению.
- С чего началась всемирная “парниковая” история? - рассказывает
Сорохтин. - В конце прошлого века великолепный химик и серьезный ученый
Сванте Аррени ус выдвин ул гипотез у: поскольк у углекислый газ поглощает
тепловое излучение, то естественно предположить, что чем больше его в
атмосфере, тем теплее становится на Земле. Логично? Теория Аррени уса
базируется на том, что энергия, которую отдает Земля в космическое
пространство, уходит в виде излучения. В определенной степени, для верхних
слоев атмосферы это верно. Но мы живем в нижнем слое - тропосфере. Здесь
теория Аррени уса не действует: более девяноста процентов тепла выводится
вверх через конвекцию (перемешивание) воздушных масс. Теплый возд ух
поднимается, холодный оп ускается на его место. Это первое, на чем основана
теория Сорохтина. Второй “кит” - всем известный факт, что, чем теплее на
Земле, тем интенсивнее испаряется вода и больше облаков. А последние сильнее отражают солнечные лучи. Соответственно, холодеет. Такой вот
саморегулирующийся механизм.
Сорохтин с Ушаковым составили формулу для определения теплового
режима. Решили проверить ее по Венере. Рез ультаты вычислений совпали с
данными венерианской температ уры. Потом ученые взялись за Землю. Расчеты
подтвердили, что новая теория работает с погрешностью в 1 -3 процента!
Этого более чем достаточно.
Какой самый весомый довод в защиту классической теории парникового
эффекта? При бурении в Антарктиде и Гренландии из учался лед с разных
гл убин, реконструировался газовый состав и температ урный режим земной
атмосферы многовек овой давности. Ученые установили, что, когда количество
углекислого газа в атмосфере увеличивалось, на Земле было потепление, и
наоборот. Казалось бы,
вот оно – главное доказательство правильности
традиционных взглядов!
- На деле все иначе: сначала тепле ет, а потом в атмосфере становится
больше углекислого газа! Океан - это гигантский резервуар растворенного
углекислого газа. Помните, что бывает, когда открываешь нагрет ую б утылк у с
шампанским? Все гости в пене, с пить нечего. Точно так же океан "дышит, с
увеличением температ уры воды выделяя углекислый газ в воздух. Отсюда
видно, что классическая теория сп утала причин у со следствием.
Какие же практические выводы делают авторы новой теории?
- Выбросы углекислого газа как минимум не наносят вреда Земле, - говорит
Сорохтин.
Когда я слушаю, как дерутся
делегации разных стран в Киото, на
конференции по глобальному потеплению, как спорят, кому сокращать объемы
промышленных выбросов, мне становится грустно. Детская логика: искать
игрушк у не там, где потерял, а там, где светлее. Сказали нам, что все беды от
парниковых газов, ну и давайте с ними бороться. Наши расчеты показывают,
что, даже если через сто лет случится предсказанное экологами увеличение
концентрации углекислого газа в два раза, это никак не по влияет на
глобальн ую температ уру. А вот если мысленно представить, что мы заменили
всю атмосферу планеты на углекислый газ, то температ ура на планете
понизится на целых пять градусов!
- Как же быть тогда с глобальным потеплением?
10
- С уществование этого явле ния еще не доказано. Появляются факты, ему
противоречащие. Но даже если потепление и идет, тому есть масса других
объяснений: колебания солнечной активности, изменение режима океанических
течений и прочее. Более того, потепление и выбросы углекислого газ а в
атмосферу, как доказал академик Яншин, приносят только польз у экологии и
сельскому хозяйству!
Как и все новое, теория Сорохтина -Ушакова большинством специалистов
встречена настороженно. Ее поддержали отдельные ученые, например,
вед ущий российский клима толог академик Кондратьев. Но есть и такие, что
сраз у кричат: "Ерунда!". Причины этого часто далеки от науки. Теория
парникового эффекта - хороший пример научной гипотезы, плавно
перетекающей в большую политическ ую и экономическ ую
проблему.
Огромные индус триальные державы спорят о том, кто больше чадит в
атмосферу. Громадное количество научных инстит утов и лабораторий кормятся
на средства, выделенные под "углекислый газ".
ЧТО ДЕЛАТЬ?
В настоящее время обсуждаются различные меры, которые
воспрепятствовать нарастающему "антропогенному перегреву" Земли.
могли
бы
Существует предложение извлекать избыток СО2 из воздуха, сжижать и нагнетать в
глубоководные слои океана, используя его естественную циркуляцию. Другое предложение
заключается в том, чтобы рассеивать в стратосфере мельчайшие капельки серной кислоты и
уменьшать тем самым приход солнечной радиации на земную поверхность.
Огромные масштабы антропогенной редукции биосферы уже сейчас дают основание
считать, что решение проблемы СО2 должно осуществляться путем "лечения" самой
биосферы, т.е. восстановления почвенного и растительного покрова с максимальными
запасами органического вещества всюду, где это возможно.
Должен быть усилен поиск, направленный на замену ископаемого топлива другими
источниками энергии, в первую очередь экологическими безвредными, не требующими
расхода кислорода, шире использовать водную, ветровую, солнечную энергию, а для
дальнейшей перспективы - энергию реакцию вещества и антивещества.
Но для начала просто уменьшить потребление ископаемого топлива. Резко сократить
использование угля и нефти, которые выделяют на 60 % больше диоксида углерода на
единицу производимой энергии, чем любое другое ископаемое топливо в целом;
использовать вещества (фильтры, катализаторы) для удаления диоксида углерода из выброса
дымовых труб углесжигающих электростанций и заводских топок, а также автомобильных
выхлопов; повысить энергетический коэффициент полезного действия; требовать, чтобы в
новых домах использовались более эффективные системы отопления и охлаждения; удалить
с прибрежных территорий резервуары для хранения опасных веществ; расширить площади
существующих заповедников и парков; создавать законы, обеспечивающие предупреждение
глобального потепления; выявлять причины глобального потепления, наблюдать за ними и
устранять их последствия.
Большое место в борьбе с загрязнением атмосферы принадлежит орошению пустынь
и организации тут культурного земледелия, созданию мощных лесозащитных полос.
11
Выводы.
Деятельность человека столь грандиозна по размаху, что уже приобрела глобальный
природообразующий масштаб. До сих пор мы по преимуществу искали, как можно больше
взять у природы. И поиск в этом направлении будет продолжаться. Но наступает пора столь
же целеустремленно поработать и над тем, как отдать природе то, что мы у нее забираем. Нет
сомнения, что гений человечества способен решить и эту грандиозную задачу. Уверен, что
мы своим отношением к природе уподобляемся рубящему сук под собой. Испортили, а
потом начинаем кричать об этом.
Я считаю, что сейчас все силы надо бросить на то, чтобы на каждом производстве
был разработан замкнутый цикл, то есть чтобы ничего не выбрасывалось ни в воздух, ни в
реки, а все перерабатывалось и использовалось. От этого все только выиграют. Государство
получит дополнительную продукцию, а люди будут дышать чистым воздухом.
Вероятно, перспектива парникового эффекта может стать катализатором всемирного
осознания срочной необходимости начала действий по защите нашей Земли.
12
Литература.
1. А.П. Рыженков. Физика. Человек. Окружающая среда, М. Просвещение, 2000г.
2. М.З. Фёдорова, В.С. Кучменко, Экология человека. Культура здоровья. 8 класс, М.
«Вентена-Граф» 2004г
3. С.В. Алексеев Экология 10-11, С-Петербург, Смио-Пресс 1999г
4. В.Н Кузнецов Экология. Справочные и дополнительные материалы к урокам
экологии, Дрофа, М. 2002г
5. С. Миттон, Ж. Миттон «Астрономия» Москва «РОСМЭН» 1995
6. А.В.Перышкин «Физика 8»
13
Приложение.
Моделирование механизма « Парникового эффе кта».
Оборудование: Прозрачная пластмассовая коробка или аквари ум, песок
(почва), п ульверизатор с водой, термометр, лампа накаливания, прозрачная
крышка (пленка) играющая роль парниковых газов.
Выполнение работы.
1. Насыпьте на дно прозрачной пластм ассовой коробки или небольшого
аквари ума светлы грунт (песок или почву) слоем 2 -3 см. Увлажните
песок или почву водой п ульверизатора.
2.Установите в грунт термометр на картонной подставке шариком
вверх.
Накройте коробк у прозра чной крышкой. Установите ламп у в 20 -30 см
над сосудом таким образом, чтобы свет падал на шарик термометра.
Выключите ламп у, дайте температ уре установиться на уровне комнатной
температ уры. Оставив крышк у на сосуде, включив ламп у и фиксируйте
значение температ уры через каждую минут у в течение 20 мин ут.
3. Выключите ламп у, дайте температ уре упасть до комнатной. Снова
увлажните грунт водой и повторите эксперимент, сняв крышк у с сосуда.
4. Повторите все этапы работы, заменив светлый грунт темны м.
Результат эксперимента со светлым грунтом
(в координатах «температура-время»)
25
20
15
без крышки
10
с крышкой
5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Результат эксперимента с темным грунтом
(в координатах «температура-время»)
14
25
20
15
без крышки
10
с крышкой
5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Вывод:
Явление «парникового» эффекта наблюдается в случаях, когда коробки закрыты прозрачной
крышкой.
Результаты сравнения температуры в коробках со светлым и темным грунтом
(в координатах «температура-время»)
25
20
светлый
15
темный
10
5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Вывод:
Повышение температуры в коробке с темным грунтом происходит быстрее, чем в коробке со
светлым грунтом.
15