168743 (Динамика биосферы. Парниковый эффект), страница 2

2. Парниковый эффект

Парниковый эффект – подъем температуры на поверхности планеты в результате тепловой энергии, которая появляется в атмосфере из-за нагревания газов. Основные газы, которые ведут к парниковому эффекту на Земле – это водяные пары и углекислый газ.

Явление парникового эффекта позволяет поддерживать на поверхности Земли температуру, при которой возможно возникновение и развитие жизни. Если бы парниковый эффект отсутствовал, средняя температура поверхности земного шара была бы значительно ниже, чем она есть сейчас. Однако при повышении концентрации парниковых газов увеличивается непроницаемость атмосферы для инфракрасных лучей, что приводит к повышению температуры Земли.

В 2007 году Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) – наиболее авторитетный международный орган, объединяющий тысячи ученых из 130 стран мира – представила свой Четвертый оценочный доклад, в котором содержались обобщенные выводы о прошлых и нынешних климатических изменениях, их воздействии на природу и человека, а также о возможных мерах по противодействию таким изменениям.

Согласно опубликованным данным, за период с 1906 по 2005 годы средняя температура Земли поднялась на 0,74 градуса. В ближайшие 20 лет рост температуры, по мнению экспертов, составит в среднем 0,2 градуса за десятилетие, а к концу XXI века температура Земли может повыситься от 1,8 до 4,6 градусов (такая разница в данных – результат наложения целого комплекса моделей будущего климата, в которых учитывались различные сценарии развития мировой экономики и общества).

По мнению ученых, с 90-процентой вероятностью наблюдаемые изменения климата связаны с деятельностью человека – сжиганием углеродного ископаемого топлива (т.е. нефти, газа, угля и др.), промышленными процессами, а также сведением лесов – естественных поглотителей углекислого газа из атмосферы.

Возможные последствия изменения климата:

1. Изменение частоты и интенсивности выпадения осадков.

В целом климат на планете станет более влажным. Но количество осадков не распространится по Земле равномерно. В регионах, которые и так на сегодняшний день получают достаточное количество осадков, их выпадение станет интенсивнее. А в регионах с недостаточным увлажнением участятся засушливые периоды.

2. Повышение уровня моря.

В течение ХХ века средний уровень моря повысился на 0,1-0,2 м. По прогнозам ученых, за XXI век повышение уровня моря составит до 1 м. В этом случае наиболее уязвимыми окажутся прибрежные территории и небольшие острова. Такие государства как Нидерланды, Великобритания, а также малые островные государства Океании и Карибского бассейна первыми подпадут под опасность затопления. Кроме этого участятся высокие приливы, усилится эрозия береговой линии.

3. Угроза для экосистем и биоразнообразия.

Существуют прогнозы исчезновения до 30 40% видов растений и животных, поскольку их среда обитания будет изменяться быстрее, чем они могут приспособиться к этим изменениям.

При повышении температуры на 1 градус прогнозируется изменение видового состава леса. Леса являются естественным накопителем углерода (80% всего углерода в земной растительности и около 40% углерода в почве). Переход от одного типа леса к другому будет сопровождаться выделением большого количества углерода.

4. Таяние ледников.

Современное оледенение Земли можно считать одним из самых чутких индикаторов происходящих глобальных изменений. Спутниковые данные показывают, что начиная с 1960-х годов произошло уменьшение площади снежного покрова примерно на 10%. С 1950-х годов в Северном полушарии площадь морского льда сократилась почти на 10-15%, а толщина уменьшилась на 40%. По прогнозам экспертов Арктического и Антарктического научно-исследовательского института (Санкт-Петербург), уже через 30 лет Северный ледовитый океан в течение теплого периода года будет полностью вскрываться из под льда.

По данных ученых, толща Гималайских льдов тает со скоростью 10-15 м в год. При нынешней скорости этих процессов две трети ледников исчезнут к 2060 году, а к 2100 все ледники растают окончательно.

Ускоренное таяние ледников создает ряд непосредственных угроз человеческому развитию. Для густонаселенных горных и предгорных территорий особую опасность представляют лавины, затопления или, наоборот, снижение полноводности рек, а как следствие сокращение запасов пресной воды.

5. Сельское хозяйство.

Влияние потепления на продуктивность сельского хозяйства неоднозначно. В некоторых районах с умеренным климатом урожайность может увеличиться в случае небольшого увеличения температуры, но снизится в случае значительных температурных изменений. В тропических и субтропических регионах урожайность в целом, по прогнозам, будет снижаться.

Самый серьезный удар может быть нанесен беднейшим странам, наименее всего готовым приспособиться к изменениям климата. По данным МГЭИК, к 2080 г. число людей, сталкивающихся с угрозой голода, может увеличиться на 600 млн.чел., что вдвое больше числа людей, которые сегодня живут в бедности в Африке к югу от Сахары.

6. Водопотребление и водоснабжение.

Одним из последствий климатических изменений может стать нехватка питьевой воды. В регионах с засушливым климатом (Центральная Азия, Средиземноморье, Южная Африка, Австралия и т. п.) ситуация еще более усугубиться из-за сокращения уровня выпадения осадков.

Из-за таяния ледников существенно снизиться сток крупнейших водных артерий Азии – Брахмапутры, Ганга, Хуанхэ, Инда, Меконга, Салуэна и Янцзы. Недостаток пресной воды коснется не только здоровья людей и развития сельского хозяйства, но также повысит риск политических разногласий и конфликтов за доступ к водным ресурсам.

7. Здоровье человека.

Изменение климата, по прогнозам ученых, приведет к повышению рисков для здоровья людей, прежде всего менее обеспеченных слоев населения. Так, сокращение производства продуктов питания неизбежно приведет к недоеданию и голоду. Аномально высокие температуры могут привести к обострению сердечнососудистых, респираторных и других заболеваний.

Повышение температуры может привести к изменению географического распространения различных видов, являющихся переносчиками заболеваний. С повышением температуры ареалы теплолюбивых животных и насекомых (например, энцефалитных клещей и малярийных комаров) будут распространяться севернее, в то время как люди, населяющие эти территории, не будут обладать иммунитетом к новым заболеваниям.

По мнению экологов, предотвратить полностью прогнозируемые изменения климата человечеству вряд ли удастся. Однако в человеческих силах смягчить климатические изменения, сдержать темпы роста температуры с тем, чтобы избежать опасных и необратимых последствий в будущем. В первую очередь, за счет:

1. Ограничения и сокращения потребления ископаемого углеродного топлива (угля, нефти, газа);

2. Повышения эффективности потребления энергии;

3. Внедрения мер по энергосбережению;

4. Более широкого использования неуглеродных и возобновляемых источников энергии;

5. Развития новых экологически чистых и низкоуглеродных технологий;

6. Через предотвращение лесных пожаров и восстановление лесов, поскольку леса – естественные поглотители углекислого газа из атмосферы.

Парниковый эффект имеет место не только на Земле. Сильный парниковый эффект – на соседней планете, Венере. Атмосфера Венеры почти целиком состоит из углекислого газа, и в результате поверхность планеты разогрета до 475 градусов. Климатологи полагают, что Земля избежала такой участи благодаря наличию на ней океанов. Океаны поглощают атмосферный углерод, и он накапливается в горных породах, таких как известняк – посредством этого углекислый газ удаляется из атмосферы. На Венере нет океанов, и весь углекислый газ, который выбрасывают в атмосферу вулканы, там и остается. В результате на планете наблюдается неуправляемый парниковый эффект.

Оказывается, благодарить за возникновение жизни на Земле мы должны парниковый эффект и азот в частности. Все дело в том, что когда-то, около 4,5 млрд лет назад, молодая Земля не имела Луны и слабо обогревалась молодым тусклым Солнцем.

По расчетам ученых, тогда наша планета получала солнечного тепла на 20-30% меньше, чем сегодня, и если бы не парниковый эффект, шансы на зарождение жизни были бы очень малы.

Тем не менее, жизнь возникла, и возникла она благодаря парниковому эффекту. Ученым давно известно, что он образовался из определенных газов в атмосфере, однако какой основной газ участвовал в создании парникового эффекта на только зарождавшейся Земле — долгое время было загадкой.

И вот недавно в результате компьютерного моделирования ученые получили новые данные, позволяющие утверждать, что это был азот. Хотя азот и не является парниковым газом, тем не менее, его большое содержание в атмосфере создает чрезмерное давление, вследствие которого нижние слои воздуха становятся плотнее, удерживая тепло. Именно таким образом поддерживалась достаточная для возникновения жизни температура на Земле в ту пору, когда Солнце было тусклым.

Напомним, ранее российские ученые опровергли гипотезу о том, что земная жизнь появилась в океане. По мнению исследователей, препятствием к возникновению живого является наличие солей натрия в океанической воде. А натрий губительно сказывается на обменных белковых процессах, необходимых для зарождения клетки.

Чтобы эти процессы были запущены, необходим другой элемент – калий. А он находится в глинистых соединениях. Такие соединения могли появиться в скоплениях пресной воды, например, в лужах, озерах. Тем более, что ,согласно религиозным представлениям, человек создан из глины. Ученые также предполагают космическое происхождение первых клеток.

Динамика биосферы под влиянием индустриальных выбросов CO2, вырубки лесов и эрозии почв

Примем в рассмотрение следующие антропогенные воздействия на биосферу, приводящие к росту CO2 в атмосфере: сжигание ископаемых органических топлив (индустриальные выбросы), вырубка лесов, эрозия почв.

Моделировалась динамика биосферы с 1860 г. по 2050 г. Рассмотрим следующий сценарий. Антропогенное поступление CO2 в атмосферу происходит в результате индустриальных выбросов, вырубки лесов и эрозии почв. После 1996 г. темпы роста индустриальных выбросов сохраняются такими же, какими они были в предыдущем десятилетии.

Основной эффект вырубки лесов проявляется в тропических лесах. Согласно сценарию с 1950 по 2050 г. идет вырубка и последующее уничтожение тропических лесов. В этот период масса тропических лесов каждый год уменьшается на 0.6%. Величина вырубки на единицу площади одинакова во всех ячейках.

Рассматривается эрозия почв, связанная с неправильным сельскохозяйственным землепользованием. Эрозия начинается в 1860 г. и составляет 0.15% в год. Задаются типы экосистем, в которых идет эрозия. Величина эрозии на единицу площади во всех ячейках предполагается одинаковой.

Расчет динамики биосферных параметров показан на рисунке. Биосферная реакция на воздействия приводит к росту продуктивности растений суши и увеличению их биомассы и поглощению выбросов СО2. Количество гумуса почвы длительное врем снижается, затем по мере увеличения годичной продукции растительности, связанного с ростом концентрации CO2 и температуры, начинает увеличиваться. В целом экосистемы суши и океан поглощают около половины выбросов, и результат воздействия частично компенсируется. Следоватеьно, в биосфере выполняется принцип Ле-Шателье.

Последствия глобального потепления для России

В целом территория России в течение 1860-1995 гг. стоком СО2 , хотя отдельные экосистемы СО2 выделяли. Больше всего СО2 поглощали лесные экосистемы, а выделяли травяные системы. Фитомасса увеличивалась во всех типах экосистем. Уменьшение гумуса в некоторых экосистемах объясняется эрозией почв и влиянием изменений климата. Расчеты показывают, что в настоящее время и в последующие годы на территории России будет происходить увеличение годичной продукции растений, увеличение их биомассы и поглощение СО2 из атмосферы. В целом будет увеличиваться количество гумуса, за исключением ряда территорий, находящихся в зоне активного сельскохозяйственного использования, преимущественно находящихся в южных районах (см. анимационную карту изменения гумуса).

2. Единая государственная система экологического мониторинга

В настоящее время вопросам экологии во всем мире придается большое значение. Создаются международная научно-образовательная программа, единая государственная система экологического мониторинга (ЕГСЭМ). В Белгородской области действуют свыше 12 контролирующих государственных органов. Каждая из этих служб имеет свою самостоятельную программу. Широко осуществляется в области образовательная экологическая программа. Экологическим воспитанием занимаются в детских садах, лицеях, гимназиях, школах и вузах. В учебных заведениях введены предметы “Экология” и “Природопользование”. Традиционными стали областные, городские олимпиады по экологии, слеты и лагеря юных экологов. Учащиеся школ ежегодно становятся призерами Всероссийских экологических олимпиад и конкурсов.

Частью общей системы экологического образования является экологический мониторинг. В реализации этой проблемы важное значение придается созданию системы школьного мониторинга. Такой подход позволяет активно приобщать учащихся к исследовательской работе по изучению природы родного края, развивать наблюдательность, навыков исследований, к участию в конкурсах, олимпиадах, конференциях. Кроме того, он позволяет обеспечить учет показателей экологического состояния тех территорий, которые не охвачены государственными экологическими службами. Иногда такой мониторинг проводится по заданию городских экологических служб.

Задача экологического мониторинга заключается не только в воспитании бережного отношения к природе, но и в использовании теоретических знаний в постановке и в осуществлении экспериментов. Обычно рекомендуется вести исследования по трем направлениям:

а) теоретическому;