Bilans energetyczny Ziemi i radiacyjne wymuszanie zmian klimatu

Przeczytaj ten artykuł, aby dowiedzieć się więcej o bilansie energii na Ziemi i radiacyjnym wymuszaniu zmian klimatu.

Wprowadzenie:

Nasza ziemia otrzymuje promieniowanie krótkofalowe od słońca; jedna trzecia z nich jest odbijana, a reszta jest pochłaniana przez atmosferę, oceany, ląd, lód i faunę. Energia, która jest pochłaniana przez promieniowanie słoneczne, jest zrównoważona długofalowo przez wychodzące promieniowanie z Ziemi i jego atmosfery.

Równowaga energii pochłoniętej i emitowanej w postaci promieniowania podczerwonego w długich falach może się zmieniać ze względu na wiele czynników naturalnych, takich jak moc promieniowania słonecznego, powolne zmiany orbity Ziemi i czynniki antropogeniczne powodujące efekt cieplarniany, globalne ocieplenie, zimę jądrową i wyczerpywanie się warstwa ozonowa i dziura ozonowa w Antarktyce. Absorpcja promieniowania podczerwonego jest ogólnie nazywana wymuszaniem radiacyjnym.

Atmosfera jest podzielona na różne warstwy poziome. Każdy charakteryzuje się nachyleniem profilu temperatury. Począwszy od powierzchni ziemi warstwy te nazywają się troposferą, stratosferą, mezosferą i termosferą. W troposferze i mezosferze temperatura spada wraz z wysokością, natomiast w stratosferze i termosferze wzrasta wraz z wysokością.

Wysokości przejściowe oddzielające te warstwy nazywane są tropopause, stratopause i mesopause. Ponad 80% masy atmosfery i wszystkich chmur pary wodnej i opadów występuje w troposferze. Na równiku może to wynosić około 18 km, ale zmniejszyć się do 10-12 km na średnich szerokościach i na biegunach może wynosić tylko około 5-6 km. W troposferze temperatura zwykle spada o 5 do 7 ° C na km.

Ten region jest zwykle bardzo turbulentnym miejscem, ponieważ występują silne pionowe ruchy, które prowadzą do szybkiego i całkowitego mieszania się powietrza. Takie mieszanie poprawia jakość powietrza, ponieważ gwałtownie zmniejsza różne zanieczyszczenia. Ponad troposferą znajduje się stratosfera, która jest stabilną warstwą suchego powietrza.

Zanieczyszczenia, które dostają się do stratosfery, mogą tam pozostać przez wiele lat, zanim zostaną odfiltrowane z powrotem do troposfery, gdzie łatwiej ulegają rozproszeniu i ostatecznie zostają usunięte poprzez osiadanie lub opady. W stratosferze krótkofalowe promieniowanie ultrafioletowe jest absorbowane przez ozon (O 3 ) i tlen (O 2 ), dzięki czemu powietrze jest ogrzewane. Wynikowa inwersja temperatury powoduje stabilność tej strefy. Troposfera i stratosfera stanowią łącznie około 99, 9% masy atmosfery.

Po stratosferze leży mesosfera. W tym regionie również powietrze miesza się dość szybko. Powyżej mezosfery znajduje się termosfera. W termosferze ogrzewanie wynika z absorpcji energii słonecznej przez atomowy tlen. W termosferze znajduje się gęste pasmo naładowanych cząstek, zwane jonosferą. Odzwierciedla fale radiowe z powrotem na Ziemię, więc przed wynalezieniem satelitów jonosfera była szczególnie ważna dla komunikacji międzynarodowej.

Efekt cieplarniany:

Krótkofalowe promieniowanie słoneczne o długości fali mniejszej niż 3 μ m może z łatwością przechodzić przez atmosferę, podczas gdy długie fale promieniowania ziemskiego emitowane przez powierzchnię ziemi (ponad 3 μm) są częściowo pochłaniane przez liczbę śladowych gazów obecnych w atmosferze. Te śladowe gazy są znane jako gazy cieplarniane. (GHG).

Głównymi gazami cieplarnianymi są dwutlenek węgla (CO 2 ) metan (CH 4 ) podtlenek azotu (N 2 O), para wodna i ozon (O 3 ) obecne w troposferze i stratosferze. Oprócz tych naturalnych gazów cieplarnianych w ostatnich dziesięcioleciach, chlorofluorowęglowodory (CFC) i inne fluorowęglowodory są również dodawane do wykazu ze względu na różne działania człowieka.

Kiedy promieniowanie słoneczne lub promieniowanie kosmiczne przechodzi przez atmosferę, wpływają na nie różne gazy i aerozole w powietrzu. Gazy te mogą albo pozwolić promieniującej energii albo promieniom słonecznym przejść przez nieuszkodzone, albo rozproszyć promienie przez odbicie albo mogą je powstrzymać absorbując te przychodzące promieniowanie.

Podobnie, gazy te absorbują również wychodzące promieniowanie podczerwone (1R) emitowane przez powierzchnię ziemi. Większość emitowanych przez Ziemię promieni słonecznych o długich falach jest pochłaniana przez radioaktywnie aktywne gazy cieplarniane. Para wodna (H 2 O), która jest bardzo ważnym gazem cieplarnianym, silnie pochłania promienie cieplne w zakresie poniżej 8 μm i powyżej 18 μm, a także pasma wyśrodkowane na 2, 7 μm i 4, 3 μm.

Między 7 a 12 μm znajduje się okno atmosferyczne, które jest stosunkowo czystym niebem dla wychodzących promieniowań naziemnych. Promieniowanie w tych długościach fal łatwo przechodzi przez atmosferę, z wyjątkiem małego, ale dość ważnego pasma absorpcji między 9, 5 μm a 10, 6 μm, co jest związane z ozonem. Całe napływające promieniowanie słoneczne o długości fali mniejszej niż 0, 3 μm, tj. Promieniowanie ultrafioletowe (UV), jest pochłaniane przez tlen i ozon.

Ta absorpcja promieniowania UV występuje w stratosferze, która chroni powierzchnię Ziemi przed szkodliwymi promieniami ultrafioletowymi. Radioaktywnie aktywne gazy cieplarniane absorbują fale o długości większej niż 4 μm. Z powodu tej absorpcji atmosfera jest ogrzewana, co powoduje emisję energii z powrotem do ziemi, a także przestrzeń, jak pokazano na schemacie (rys. 1). Te gazy cieplarniane działają jak termiczny koc na całym świecie, podnosząc temperaturę powierzchni Ziemi.

Pojęcie efektu cieplarnianego opiera się na koncepcji konwencjonalnej szklarni wykonanej ze szkła. Szkło łatwo przenosi krótkofalowe promieniowanie słoneczne do zielonego domu i pochłania całe promieniowanie długofalowe emitowane przez wnętrze zielonego domu. To pułapkowanie promieniowania jest częściowo odpowiedzialne za podwyższone temperatury wewnątrz zielonego domu. Znaczna część tego efektu wynika jedynie ze zmniejszenia konwekcyjnego chłodzenia przestrzeni wewnętrznej spowodowanego przez obudowę. Ogrzewanie wnętrza samochodu po zaparkowaniu w słońcu to kolejny prosty przykład efektu cieplarnianego.

Gdyby Ziemia nie miała naturalnego efektu cieplarnianego, jego średnia temperatura wyniesie -19 ° C. Tak więc możemy powiedzieć, że efekt cieplarniany jest odpowiedzialny za ocieplenie ziemi. Choć efekt zielonego domu jest zjawiskiem naturalnym i był obecny od niepamiętnych czasów, ale po rewolucji przemysłowej lub możemy powiedzieć, że od 1950 roku z powodu szybkiego uprzemysłowienia, cięcia lasów na użytek ziemi i, ogromny wzrost pojazdów itp. Ilość zielony dom, gazy w środowisku zwiększają się wielokrotnie, dzięki czemu temperatura ziemi wzrasta znacznie szybciej. Jest to poważna przyczyna niepokoju zarówno dla krajów rozwiniętych, jak i rozwijających się.

Promieniotwórcze wymuszanie zmian klimatu:

Chociaż efekt cieplarniany jest zjawiskiem naturalnym, które jest odpowiedzialne za to, aby temperatura ziemi była o 34 ° C wyższa niż byłaby, gdyby nie posiadała radiacyjnie aktywnych gazów w atmosferze. Jest całkiem jasne, że sztuczne źródła emisji wielu gazów i aerozoli wpływają na efekt cieplarniany, co prowadzi do niepewności prognozowania przyszłego globalnego klimatu. Jak pokazano w modelu globalnego średniego przepływu energii

Przyjmująca energia słoneczna, która jest pochłaniana przez Ziemię i jej atmosferę, wynosi 235 w / m 2, co jest równoważone przez 235 w / m 2 wychodzącego promieniowania długofalowego. Jeśli z jakiegoś powodu dodatkowa ilość energii zostanie dodana do przychodzącej energii promieniowania, wówczas tymczasowo ta równowaga zostanie zakłócona, z upływem czasu system klimatyczny dostosuje się do tej zmiany, zwiększając lub zmniejszając temperaturę powierzchni Ziemia, dopóki równowaga nie zostanie odzyskana. Matematycznie możemy przedstawić proces w następujący sposób. Początkowo zrównoważony system ma równe wchłonięte pochłanianie energii słonecznej (Qabs) i wychodzącą energię promieniowania (Qrad)

Kiedy system zostanie zakłócony przez wymuszenie radiacyjne, tj. AF (w / m 2 ), do wchłoniętej energii pochłoniętej, nowa równowaga zostanie ustalona z czasem tak, że

tutaj delty odnoszą się do zmian w ilości pochłoniętych i promienistych energii. Odejmowanie 1 od 2 daje

Do tej pory opisaliśmy efekt cieplarniany jako zjawisko naturalne, dzięki któremu średnia temperatura Ziemi jest o 34 ° C wyższa niż wtedy, gdyby nie posiadała radiacyjnie aktywnych gazów w atmosferze. Pojęcie radiacyjnego wymuszania zmian klimatycznych można zastosować do akumulacji gazów cieplarnianych (GHG) w atmosferze, dzięki czemu zaburzona zostaje równowaga między napływającym promieniowaniem słonecznym a wychodzącym promieniowaniem naziemnym.

Można go również stosować do zmian aerozoli i cząstek stałych ze względu na źródła naturalne i wytworzone przez człowieka, zubożenie ozonu w stratosferze, nagromadzenie fotochemicznie wytwarzanego ozonu w troposferze i zmienność promieniowania słonecznego docierającego do atmosfery ziemskiej.

Z powodu tych czynników możliwe są zarówno pozytywne, jak i negatywne forsowania. Pozytywne wymuszanie przyczynia się do globalnego ocieplenia, podczas gdy ujemne wymuszenie przyczynia się do chłodzenia ziemi. Gazy i cząstki stałe obecne w atmosferze mogą wywierać zarówno bezpośrednie, jak i pośrednie skutki wymuszania radiacyjnego.

Bezpośrednie wymuszenie jest spowodowane przez substancje w atmosferze, które zostały faktycznie wyemitowane z jakiegoś źródła. Pośrednie wymuszenie to te, które występują, gdy substancje te powodują takie inne zmiany atmosferyczne, które wpływają na właściwości radiacyjne atmosfery.

Na przykład aerozole wpływają bezpośrednio na wymuszenie przez pochłanianie lub odbijanie promieniowania słonecznego, podczas gdy wywierają również pośredni wpływ poprzez wywoływanie zmian w albedo chmur. Podobnie związki halowęglowodorów, takie jak chlorofluorowęglowodory (CFC) również wywierają bezpośrednie i pośrednie skutki. Bezpośrednim skutkiem działania halogenowęglowodorów jest wzrost wymuszania promieniowania, ponieważ gazy takie, jak węgiel i fluor, chlor i / lub brom absorbują duże fale promieniowania naziemnego z ziemi. Powodują również pośredni efekt niszczenia ozonu (O 3 ) w stratosferze.

Ozon jest pochłaniany w południowym oknie promieniowania atmosferycznego, więc zniszczenie ozonu otwiera okno i pozwala Ziemi łatwiej się ochładzać, więc możemy powiedzieć, że bezpośredni wpływ halowęglowodorów przyczynia się do globalnego ocieplenia, gdzie ich pośredni efekt niszczenia ozonu pomaga w chłodzeniu planeta. W poniższej tabeli podano podsumowanie bieżących szacunków wymuszenia radiacyjnego, które wynikają z bezpośrednich i pośrednich skutków gazów cieplarnianych, aerozoli i cząstek stałych oraz promieniowania słonecznego.

Główne gazy cieplarniane wymienione w powyższej tabeli dobrze mieszają się w atmosferze, a ich radiacyjne wymuszanie jest dobrze znane. Ryc. (2) pokazuje względne znaczenie tych głównych gazów cieplarnianych (GHG) w kategoriach zmian ich radiacyjnego wymuszania od czasów przedindustrialnych tj. Od 1850 po dzień dzisiejszy. Z łącznej liczby 2, 45 W / m 2 forsowania od 1850 r. Największy udział ma dwutlenek węgla, który stanowi 64%, drugi to metan (CH 4 ) w 19%, niż halowęglowodory w 11% i podtlenek azotu (N 2 O) tylko dla 6%.

Udział halowęglowodorów jest na tym rysunku uproszczony, ponieważ dane nie zawierają pośredniego efektu chłodzenia związanego ze zniszczeniem ozonu. Jeżeli uwzględnione zostaną te pośrednie efekty, całkowite wymuszenie zawartości halowęgli staje się mniej niż 11%. Teraz omówimy szczegółowo te podstawowe gazy cieplarniane.

Dwutlenek węgla (CO 2 ):

Jest to główny gaz cieplarniany o największej proporcji, tj. 50-60%, odpowiadający prawie dwóm trzecim obecnego natężenia promieniowania. Pierwsze dokładne i bezpośrednie pomiary atmosferycznego dwutlenku węgla rozpoczęto w 1957 r. Na biegunie południowym, aw 1958 r. W Monaloa na Hawajach.

Stężenie CO 2 w tym czasie wynosiło około 315 ppm i wzrastało prawie w tempie 1 ppm na rok do połowy osiemdziesiątki, a obecnie rośnie w tempie około 1, 6 ppm / rok. CO2 jest pobierany z atmosfery przez rośliny w procesie fotosyntezy, jak pokazano w tym równaniu

W okresie wiosenno-letnim wzrost roślin jest maksymalny. Poziom CO 2 spada i osiąga najniższy punkt około października na półkuli północnej. W oddychaniu, żywe istoty procesowe używają do uzyskania energii, powyższe równanie jest odwrócone. W kompleksie oddychania cząsteczki organiczne ulegają rozkładowi, oddając węgiel do atmosfery.

W miesiącach jesiennych i zimowych tempo oddychania przewyższa tempo fotosyntezy. Jest wymiana netto węgla do atmosfery, która powoduje maksymalne stężenie CO 2 na półkulach północnych w okolicach maja. Tak więc węgiel przesuwa się nieustannie z atmosfery do łańcucha pokarmowego (w procesie fotosyntezy) i powraca do atmosfery (w oddychaniu).

Reakcja oddychania jest następująca:

Stężenie CO 2 jest obecnie o prawie 30% wyższe niż przed rewolucją przemysłową.

Metan (CH 4 ):

Akumulacja metanu w atmosferze stanowi 0, 47w / m 2 wymuszenia radiacyjnego, co stanowi 19% całkowitej siły wymuszonej przez zielony dom. W czasach przedprzemysłowych koncentracja metanu w atmosferze wynosiła w przybliżeniu 700 części na miliard (ppb) przez wiele setek lat, ale w XIX wieku. jego stężenie gwałtownie wzrosło. W 1992 r. Osiągnęła 1714 ppb, czyli prawie dwa i pół razy więcej niż poziomy przedindustrialne.

Metan jest naturalnie występującym gazem w atmosferze, ale jego koncentracja gwałtownie rośnie z powodu działalności człowieka. Naturalne źródła metanu to tereny podmokłe, a oceany uwalniają 160 milionów ton metanu rocznie, podczas gdy źródła wytworzone przez człowieka odpowiadają za około 375 milionów ton uwalniania metanu. Około 50% antropogenicznych emisji CH4 jest wynikiem produkcji żywności przeznaczonej dla ludzi, a około 27% wynika z użycia paliw kopalnych.

Ponieważ produkcja żywności i energii wzrasta, aby zaspokoić popyt rosnącej populacji, emisje metanu będą nadal stanowić znaczną część całkowitego wymuszania promieniowania. Poniższy wykres słupkowy (ryc. 3) przedstawia procentowy udział różnych antropogenicznych źródeł emisji metanu.

Metan wywiera zarówno bezpośredni, jak i pośredni wpływ na wymuszanie radiacyjne. Ponieważ CH 4 ma dłuższą żywotność w atmosferze, nadal absorbuje promieniowanie podczerwone przez dłuższy czas, zwiększając jego potencjał globalnego ocieplenia. Istnieje również obawa, że ​​ze względu na globalne ocieplenie, duża ilość metanu, który jest obecnie zamrożony w wiecznej zmarzlinie w odległych północnych regionach świata, może zostać uwolniona i może pozwolić na beztlenowy rozkład materii organicznej zamrożonej w wiecznej zmarzlinie, wytwarzając w ten sposób więcej metanu. Ocieplenie z powodu zwiększonego uwalniania metanu może przyczynić się do pierwotnego ocieplenia.

Podtlenek azotu:

Jest to kolejny naturalnie występujący gaz cieplarniany, który wzrasta w koncentracji z powodu działalności człowieka. W czasach przed przemysłem jego stężenie wynosiło 275 ppb. obecnie wynosi 312 ppb, co oznacza wzrost o 13%. Podtlenek azotu uwalniany jest do atmosfery podczas nitryfikacji w obiegu azotu.

Podtlenek azotu stanowi 6% wymuszenia promieniowania. Naturalne źródła N2O uwalniają około 9 milionów ton azotu w atmosferze rocznie, z czego znaczna część pochodzi z oceanów i wilgotnych gleb leśnych. Źródła wyprodukowane przez człowieka przyczyniają się do około 40% całkowitej emisji N 2 O, tj. 5, 7 mln ton rocznie (IPCC, 1995), co wynika głównie z rolnictwa tropikalnego.

Konwersja lasów na łąki i stosowanie nawozów azotowych na ziemiach uprawnych są głównymi źródłami emisji N 2 O. Inne źródła to spalanie paliw zawierających N 2, 3-drożnych katalizatorów w samochodach i wiele procesów przemysłowych, takich jak produkcja nylonu. N 2 O ma również długi czas życia w atmosferze oszacowany na około 120 lat, co oznacza, że ​​perturbacje w jego naturalnym cyklu będą miały długotrwałe następstwa. Powoli ulega degradacji w stratosferze poprzez fotolizę.

Halokarbony:

Są to cząsteczki oparte na węglu, które zawierają chlor, fluor lub brom. Są to silne gazy cieplarniane. Są one również bardzo ważne z punktu widzenia środowiska, ponieważ przyczyniają się do globalnego ocieplenia, a także z powodu obecności atomów chloru i bromu, które trafiają do stratosfery i mają zdolność niszczenia ozonu w tej warstwie. Halowęglowodory obejmują chlorofluorowęglowodory. (CFC) i wodorochlorofluorowęglowodory (HCFC).

CFC są nietoksyczne, niereaktywne i niepalne i nierozpuszczalne w wodzie. Ze względu na swoją bezwładną naturę nie są niszczone przez reakcje chemiczne i nie są usuwane z troposfery przez deszcze. Tak więc mają długi czas życia w atmosferze. Można je usunąć jedynie poprzez fotolizę, tj. Rozbicie przez krótkofalowe promieniowanie słoneczne, które ma miejsce, gdy cząsteczki docierają do stratosfery.

Ale chlor uwolniony przez fotolizę CFC niszczy ozon stratosferyczny. Aby zapobiec spadkowi ozonu w stratosferze, zamiast CFC wprowadzane są HCFC. Dodatek wodoru przerywa ich obojętność, tak że ulegają zniszczeniu w wyniku reakcji chemicznych w troposferze, zanim zostaną przeniesieni do stratosfery. Ale nadal mają potencjał dźwiękowy
zubożają warstwę ozonową. Hydrofluorowęglowodory (HFC) nie zawierają chloru, więc są nawet lepsze niż HCFC.

Halony zawierają brom, który jest również elementem niszczącym warstwę ozonową. Są to bardzo stabilne cząsteczki i nie rozkładają się w troposferze, więc uwalniają ten brom tylko po dotarciu do stratosfery i zostają rozbite przez fotolizę. Są one stosowane w gaśnicach.

Ozon (O 3 ):

Ozon ma silne pasmo absorpcji przy 9 μm, czyli w środku okna atmosferycznego, co czyni go ważnym gazem cieplarnianym Jest to główny gaz w smogu fotochemicznym, ponieważ wytwarzanie smogu wiąże się z dużym uprzemysłowieniem, a więc jego koncentracja jest bardziej w krajach rozwiniętych tj. na półkuli północnej niż na półkuli południowej.

Ich koncentracja zmienia się także sezonowo przy wyższych stężeniach latem w miesiącach letnich pobudza tworzenie ozonu Radiacyjne wymuszanie ozonu troposferycznego również jest dość niepewne, co stanowi 0, 2-0, 6 w / m 2 . Straty ozonu w stratosferze zmniejszają się z powodu ataków chloru i bromu uwalnianych przez CFC i halony wystawione na promieniowanie UV.

Zgodnie z szacunkami, straty w stratosferze ozonu wykazują globalne średnie ujemne wymuszenie około -0, 1 w / m 2 z 2 niepewnością. To zubożenie warstwy ozonowej jest pośrednio wynikiem użycia CFC i halonów. Tak więc negatywne wymuszanie zwykle kompensuje pewne pozytywne wymuszenie spowodowane emisją halowęglowodorów. Ponieważ po tym, jak Protokół z Montrealu obniżył emisje CFC i halonów do atmosfery, oczekuje się, że ozon zacznie się odbudowywać w nadchodzących latach, a to negatywne wymuszenie zmniejszy się.

W ten sposób widzimy, że wymuszanie radiacyjne tych gazów cieplarnianych wpływa na globalną temperaturę i klimat. Dodatnie wymuszenie zwiększa temperaturę, podczas gdy ujemne wymuszenie zmniejsza się. Jak już mówiliśmy, te przymusy oprócz tego, że są zjawiskiem naturalnym, są również indukowane przez działalność człowieka, więc musimy dwa razy pomyśleć przed użyciem takiej technologii, która przyczynia się do wzrostu emisji gazów cieplarnianych i globalnego ocieplenia prowadzącego do zmian klimatu.

Gazy Green House i globalny klimat:

Wzrost stężenia CO 2 mierzony w Obserwatorium Maunalao na Hawajach w 1958 r. Jako 315 ppm do 345 ppm w 1985 r. Wynika głównie z dwóch głównych działań człowieka, tj. Spalania paliw kopalnych w alarmującym tempie i zniszczenia pokrywy leśnej, które są uważane za CO 2 zlew planety. Zużycie węgla i oleju wzrosło w ostatnich latach wielokrotnie, jak pokazano na rysunku (19) Wzrost w CO 2, poziom ma natychmiastowy wpływ na wzrost globalnej temperatury. Poza tym poziom CO 2 gazów cieplarnianych (GHG) również wzrasta w miarę upływu lat, jak to omówiliśmy wcześniej.

Według raportu NASA, wzrost CFC wynosi około 5% rocznie, a wzrost metanu to około 1% rocznie. Jeżeli wzrost emisji gazów cieplarnianych ma miejsce w obecnym tempie, to podwojenie każdego z tych gazów, które przyczyni się do efektu cieplarnianego, nastąpi w 2030 r. Chociaż wpływ gazów cieplarnianych na klimat jest powolny i niedostrzegalny natychmiast, ale na dłuższą metę wpływ na zmianę klimatu staje się alarmujący i nieodwracalny. Procent emisji gazów cieplarnianych z 12 głównych krajów podano na rysunku (rys. 5)

Warto zauważyć, że w emisji gazów cieplarnianych kraje rozwinięte są głównymi ofiarodawcami, a wkład krajów rozwijających się wynosi jedynie 15%. w czasach postindustrialnych, chociaż w przybliżeniu 75% ludności świata żyje, rozwija się kraje trzeciego świata. Do niedawna większość gazów cieplarnianych była emitowana i usuwana z troposfery przez główne biogeochemiczne cykle Ziemi bez ingerencji człowieka, ale po rewolucji przemysłowej, szczególnie od 1950 roku, wprowadzaliśmy ogromne ilości gazów cieplarnianych do atmosfery. Obecnie istnieje coraz większa obawa, że ​​te GHG mogą poprawić naturalny efekt cieplarniany i doprowadzić do globalnego ocieplenia planety.

Możliwe skutki globalnego ocieplenia są następujące:

(i) Wzrost poziomu morza:

Ze względu na globalne ocieplenie ekspansja termiczna morza, topnienie lodowców górskich, topnienie pokrywy lodowej Grenlandii i topnienie blachy Antarktydy, w konsekwencji doprowadzi do wzrostu poziomu morza.

(ii) Plon upraw:

Oczekuje się, że ze względu na wzrost poziomu CO2 zbiory roślin zostaną zwiększone, chociaż inne czynniki mogą ograniczyć te skutki.

(iii) Zdrowie ludzkie:

W nadchodzących dekadach, gdy globus będzie cieplejszy, więcej ludzi będzie prawdopodobnie dotkniętych chorobami tropikalnymi.

(iv) Water Balance:

Pomimo wzrostu poziomu morza w przyszłości, cieplejszy świat będzie miał kryzys wodny w niektórych częściach, podczas gdy inne części będą bardziej mokre niż dziś. W ten sposób zaburzona będzie równowaga wodna. Ogólny wpływ przedstawiono poniżej (rys. 6).

Problem zubażania ozonu i promieniowania:

Gaz ozonowy występuje w atmosferze w małych ilościach. To jest niebieski kolor ostry zapach gazu. Na poziomie gruntu średnio każdy centymetr powietrza zawiera około 10 -19 cząsteczek gazów, z których stężenie ozonu wynosi prawie 0, 1 ppm. Prawie 90% ozonu atmosferycznego znajduje się w stratosferze. Ozon jest stale produkowany i niszczony w stratosferze. Ale wiele gazów śladowych zanieczyszczeń, takich jak NO, NO 2, CI itp., Które mogłyby łatwo reagować z ozonem, przenosi się do stratosfery i reaguje z ozonem, aby wytworzyć tlen. Jest to powszechnie nazywane "wyczerpaniem ozonu".

Z powodu tego zubożenia warstwy ozonowej w stratosferze promieniowanie ultrafioletowe od słońca z łatwością dociera do ziemi, ponieważ warstwa ozonowa działa jako osłona ochronna. Promieniowanie UV ma szkodliwy wpływ na nasze zdrowie, na nasze ekosystemy, na systemy wodne i na roślinność itp. Według szacunków w latach 1969-1988 na półkuli północnej wystąpiło 3-5 do 5% zubożenia warstwy ozonowej.

Zwykle istnieją 3 główne sposoby zubożenia warstwy ozonowej w stratosferze. To są:

(i) Układ wodorowy

(ii) Układ azotowy i

(iii) Układ chloru

(i) Układ wodorowy (układ OH):

Ten system niszczy tylko 10% ozonu.

Reakcja widziana jest ponad 40 km nad skorupą ziemską. Jest ona następująca :

OH można także wytworzyć przez utlenianie metanu

(ii) Układ azotowy (układ N 2 O):

Przez ten system dochodzi do 60% zniszczenia ozonu. N 2 O, który jest produkowany w oceanach i glebie przez bakteryjne działanie drobnoustrojów rozprasza się w górę w stratosferze i tam reaguje z "0" w obecności światła, aby wytworzyć NO, który następnie niszczy O3.

Reakcje tego procesu są następujące:

(iii) System chloru (system CFCI 3 lub CF 2 CI 2 ):

Chociaż obojętny chlor niszczy ozon bardzo niewiele, ale głównymi niszczycielami ozonowymi są chlorofluorowęglowodory (CFCl) i inne fluorowęglowodory. Związki te pozostają obojętne w troposferze, ale ulegają dysocjacji w stratosferze.

Reakcje są następujące:

W ten sposób widzimy, że procesy te prowadzą do zubożenia warstwy ozonowej w stratosferze. Pod koniec lat 80. XX w. Pomiary z satelitów i balonów wykazały, że strefa zubożenia O 3 rozciąga się na całej Antarktyce. Zubożenie koncentruje się głównie na wysokości 12-14 km na wysokości - obejmującej znacznie niższą stratosferę na tych szerokościach geograficznych.

Ta dziura ozonowa rozwija się każdego roku w sierpniu i wrześniu. Przyczyna powstawania dziury ozonowej jest kontrowersyjna. Jednak powszechna zgoda jest taka, że ​​sekwencja etapów odpowiada za efektywność pekulu, z jaką chlor niszczy ozon na Antarktydzie. Zubożenie ozonu jest główną przyczyną niepokoju ze względu na jego rolę jako filtra słonecznego promieniowania ultrafioletowego. Pasmo promieniowania ultrafioletowego oznaczone jako UV-C (2, 0 x 2, 9 x 10 -7 nm) jest eliminowane przez atmosferę.

Ten pas UV-C jest śmiertelny dla mikroorganizmu i może niszczyć zarówno kwasy nukleinowe, jak i białka. Ochrona przed promieniowaniem UV-C wynika wyłącznie z jego absorpcji przez ozon. Pasmo promieniowania UV pomiędzy 2, 9 × 10-7 nm i 3, 2 × 10-7 jest ważniejsze niż "Biologicznie aktywne promieniowanie UV lub UV-B. zespół muzyczny. Promieniowanie UV-B ma szkodliwy wpływ na ludzi, a także na rośliny i zwierzęta. Teraz omówimy szczegółowo szkodliwe działanie UV-B na ludzi, rośliny i zwierzęta oraz na środowisko.

(i) O zdrowiu ludzkim:

Najbardziej szkodliwym efektem jest zwiększenie występowania raka skóry przez promieniowanie UV-B. Dwa dowody przemawiające za tym to: (i) rak skóry jest głównie chorobą białej skóry, a ciemna barwna melanina jest znana jako skuteczny filtr UV-B. Drugim dowodem jest epidemiologia, czyli badanie tych czynników, które wpływają na występowanie choroby w populacji ludzkiej. Czerniak - szczególna postać raka skóry - występuje w wielu obszarach o wysokiej śmiertelności.

Wpływa na młodych ludzi, chociaż inne formy raka skóry występują głównie u osób starszych. Te nowotwory są niepokojące, ale zazwyczaj leczy się je z powodzeniem. Występowanie czerniaka rośnie w ciągu ostatnich kilku dekad we wszystkich populacjach o białej skórce. Badania sugerują, że czerniak jest związany z wysoką ekspozycją na UV-B.

Według badań przeprowadzonych przez EPA każdy 1% spadek stężenia ozonu może spowodować 3% wzrost częstości występowania nieczerniakowych raków skóry. Ekspozycja na biologicznie aktywne promieniowanie ultrafioletowe (UV-B) może również mieć bezpośredni szkodliwy wpływ na organizm człowieka, ponieważ te promienie mają tendencję do tłumienia układu odpornościowego organizmu. Promieniowanie UV-B powoduje również uszkodzenie naszych oczu.

(ii) W przypadku roślin lądowych:

Głównie rośliny lądowe są przystosowane do obecnych poziomów promieniowania widzialnego i niewiele wiadomo na temat wpływu zwiększonego promieniowania UV-B w roślinach. Większość badań nad skutkami zwiększonego promieniowania UV-B skupia się na roślinach uprawnych i do tej pory zbadano ponad 300 gatunków, z których około dwie trzecie wykazuje pewną wrażliwość na promieniowanie mimo stopnia wrażliwości na różne gatunki, a nawet na różne kultywatory. tego samego gatunku różnią się znacznie.

Objawy wrażliwości powodują zmniejszenie wzrostu roślin, zmniejszenie liści, zmniejszenie wydajności fotosyntezy oraz zmniejszenie plonu nasion i owoców. W niektórych przypadkach obserwuje się również zmiany w składzie chemicznym roślin, wpływające na ich jakość żywności. Choć dostępnych jest niewiele danych dotyczących wpływu promieniowania UV-B na roślinność leśną, sugerują one jednak, że zwiększone poziomy UV-B mogą również wpływać na produktywność lasów.

Sugeruje się również, że zmniejszony wzrost roślin wywołany biologicznie czynnym promieniowaniem ultrafioletowym (UV-B) może zaburzyć delikatną równowagę występującą w naturalnych ekosystemach, tak że może to wpłynąć na rozmieszczenie i obfitość roślin.

(iii) W sprawie ekosystemów morskich:

Życie w oceanach jest również narażone na promieniowanie UV. Istnieją dowody na to, że promieniowanie UV-B otoczenia jest również ważnym czynnikiem ograniczającym ekosystemy morskie, chociaż nie jest tak ważnym czynnikiem, jak światło widzialne czy temperatura poziomów składników odżywczych. Wpływ zwiększonego promieniowania UV-B zależy od głębokości, do której penetruje. W czystych wodach jest to ponad 20 m, ale w niejasnych wodach to tylko 5m.

Udoskonalone promieniowanie UV-B okazało się szkodliwe dla wielu gatunków małych organizmów wodnych, zooplanktonów, larwalnych krabów i krewetek oraz młodocianych ryb. W spadku fitoplanktonu obserwuje się fotosyntezę z powodu promieniowania UV.

(iv) O klimacie:

Nasz główny problem wiąże się z główną rolą Ozone w temperaturze atmosferycznej. Dzięki twórczej i niszczącej rundzie cyklu ozonowego następuje ogólna absorpcja promieniowania słonecznego, które ostatecznie zostaje uwolnione jako ciepło w stratosferze. To ociepla stratosferę i powoduje inwersję temperatury w tropopauzie, infekując, że nie byłoby stratosfery bez warstwy ozonowej. W ten sposób zubożenie ozonu stratosferycznego mogłoby ochłodzić ten region i w pewnym stopniu zmienić strukturę temperatury stratosfery.

Promieniowanie atmosferyczne i zima jądrowa:

Cząstki stałe i aerozole wywierają wpływ na klimat, zakłócając przepływ promieni słonecznych w atmosferycznym układzie Ziemi. To tłumienie lub redukcja promieniowania słonecznego powodowana przez obecność cząstek stałych i aerozoli w atmosferze wskazuje na zmętnienie atmosfery, właściwość związaną z zapyleniem lub zanieczyszczeniem atmosfery.

Kiedy promieniowanie uderza w aerozol w atmosferze, to jeśli cząstka jest optycznie przezroczysta, to energia promieniowania przechodzi przez nią niezmieniona i nie zachodzi żadna zmiana w bilansie energetycznym atmosfery. Zwykle promieniowanie jest odbijane, rozpraszane lub pochłaniane, a proporcja odbicia, rozproszenia lub absorpcji zależy od "wielkości, koloru i stężenia cząstek w atmosferze, a także od charakteru samego promieniowania. Pył lub aerozole, które rozpraszają lub odbijają promieniowanie, zwiększają albedo atmosfery i zmniejszają ilość promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni Ziemi.

Aerozole lub cząstki stałe absorbujące promieniowanie mają odwrotny skutek i zwiększają ilość napływającego promieniowania słonecznego. Każdy z tych procesów może potencjalnie zmienić budżet energetyczny Ziemi poprzez ich zdolność do zmiany ścieżki promieniowania przez atmosferę. Poza zakłóceniem przepływu napływającego promieniowania słonecznego obecność aerozoli ma również wpływ na promieniowanie naziemne.

Powierzchnia Ziemi znajdująca się na niższym poziomie energii promieniuje energię na końcu podczerwonym widma. Cząstki stałe i aerozole, takie jak cząstki sadzy, piasku i pyłu uwalniane do warstwy granicznej, pochłaniają promieniowanie podczerwone łatwo, zwłaszcza gdy są one większe niż 1, 0 um średnicy, a w wyniku tych absorpcji temperatura w troposferze ma tendencję do wzrostu. Duża ilość cząstek stałych uwalniana jest do środowiska naturalnego poprzez procesy naturalne, takie jak erupcje wulkaniczne.

Rozdrobniona materia uwalniana jest z miejsc źródłowych przez wiatr i powietrze o ciśnieniu atmosferycznym do odległych miejsc. Działalność człowieka tworzy tylko 15-20% cząstek stałych, a głównym źródłem takiej materii jest wojna, na przykład podczas wojny w Zatoce w 1991 r. Ponad 600 szybów naftowych zostało spalonych przez siły irackie. Te studnie nadal płonęły przez wiele miesięcy.

W tym czasie ogromne ilości dymu, SO 2, CO 2, niespalonych węglowodorów i azotanów uwalniają się w środowisku. Większość tej sprawy pozostała w dolnej połowie troposfery na wysokości 5 km od powierzchni ziemi. W ciągu ostatnich pięćdziesięciu lat, mimo porozumień między mocarstwami w sprawie ograniczenia użycia broni nuklearnej, ich użycie trwa w większości krajów.

Wypadki i promieniowanie jonizujące z tej broni zanieczyszczają atmosferę w alarmującym tempie. Teraz nowa możliwość nuklearnej zimy jest również dodana w tej nowoczesnej bitwie o supremację, która jest prawdopodobnie ostatecznym ciosem dla wszystkich, którzy przeżyli wymianę nuklearną. Hipoteza zimowa jądra atomowego oparta na założeniu, że dym i pył uwalniane w atmosferze podczas wojny nuklearnej zwiększyłoby zmętnienie atmosfery w stopniu, w którym wysoki procent napływającego promieniowania słonecznego nie byłby w stanie osiągnąć niższej atmosfery i powierzchni Ziemi. Temperatura ziemi gwałtownie spadnie.

Jest prawdopodobne, że roślinność regionów tropikalnych doznałaby znacznych szkód. Rośliny tropikalne kwitną w łagodnych subtelnych temperaturach. Są podatne na umiarkowany spadek temperatur i nie są w stanie rozwinąć odporności na zimno, tak jak rośliny o umiarkowanej temperaturze. W niskich temperaturach i przy słabym oświetleniu zimą nuklearną mogą zanikać w tych regionach. Oprócz uszkodzenia roślin w ekosystemie naturalnym, rośliny uprawne również zostaną uszkodzone.

Rośliny tropikalne, takie jak ryż, kukurydza, banan itp. Są zwykle uszkadzane przez temperaturę spadającą do 7-10 ° C nawet przez kilka dni, a umiarkowane chłodzenie wystarczyłoby, by spowodować zniszczenie zbiorów. Mamy już do czynienia z problemem niedoboru plonów, który byłby zaostrzony przez nuklearną zimę.

Oprócz tych skutków atmosferycznych niskich temperatur, słabego oświetlenia i gwałtownych burz, będziemy również musieli stawić czoła dalszym radioaktywnym opadom, wysokim poziomom toksycznego zanieczyszczenia powietrza i zwiększeniu promieniowania ultrafioletowego. Wszystkie te skutki wraz z niedoborem żywności i wody pitnej uczyniłyby życie wysoce stresującym i niebezpiecznym. Aby ocalić naszą przyszłość i życie przyszłych pokoleń, konieczne jest podjęcie koniecznych kroków w celu ograniczenia wojen i promowania pokoju na świecie nie tylko ze względu na ludzkość, ale także w celu ochrony naszego środowiska.

Promieniowanie i globalne ocieplenie:

Nasz system klimatyczny obejmuje atmosferę, hydrosferę, litosferę i biosferę. Wszystkie one są ze sobą powiązane, a zakłócenie w jednym wpływa na drugie. W atmosferze CO 2 i pary wody silnie pochłaniają promieniowanie podczerwone (w długości fali od 14000 do 25000 nm) i skutecznie blokują dużą część emitowanych przez Ziemię promieni.

Promieniowanie w ten sposób pochłonięte przez CO2 i pary wody tj. H 2 O jest częściowo emitowane na powierzchnię ziemi, powodując globalne ocieplenie. Sadza lub czarny węgiel pochłania bezpośrednio promieniowanie słoneczne i powoduje 15-30% ogrzewania ziemi. W pierwszym raporcie oceniającym Międzynarodowy Panel ds. Zmian Klimatu (IPCC) stwierdził, że niższa temperatura na Ziemi wzrośnie średnio od 2 ° C do 6 ° C do końca następnego wieku, co będzie miało bardzo katastrofalne skutki.

W minionym stuleciu zaobserwowaliśmy, że dekada lat dziewięćdziesiątych była najcieplejsza na półkuli północnej. Zmiany promieniowania i aktywność wulkaniczna są uważane za główną przyczynę gorących lat dziewięćdziesiątych, szczególnie w latach 1990, 1994, 1997 i 1998. W 1998 roku Europa i Japonia przeżyły upały. W Londynie było to najsuchsze lato od 300 lat, a Niemcy przeżyły najgorętsze lato w historii.

W Japonii susza była tak dotkliwa, że ​​zamknięto tam tysiące fabryk. Ze względu na wzrost temperatury lód na biegunach topi się bardzo szybko, co powoduje wzrost poziomu morza. W ciepłym klimacie śnieg i lód pokrywają ziemię. Ponieważ śnieg i lód są dobrymi odbiciami promieniowania, dlatego spadek śniegu i lodu zwiększy absorpcję promieniowania i zwiększy ocieplenie ziemi. Wraz ze wzrostem temperatury gleba staje się sucha, a pyły i cząstki łatwo dostają się do atmosfery.

IPCC twierdzi, że do 2100 AD poziom morza wzrośnie o 30-110 cm, jeśli obecny model zużycia energii będzie się utrzymywał. Wzrost poziomu mórz będzie miał poważne skutki. Wiele gęsto zaludnionych obszarów może zostać zalanych, może dojść do poważnej erozji obszarów przybrzeżnych, wtargnięcie słonej wody na obszarach lądowych zasoliłoby wiele pitnych wód gruntowych, a ponad 30% użytków rolnych utraciłoby produktywność. Istnieje możliwość, że na Oceanie Indyjskim i Pacyfiku wiele pięknych wysp, takich jak Malediwy, wyspa Marshall, Tonga, Tavalu itp. Zostanie zniszczonych. Stawką będzie wiele nisko położonych obszarów przybrzeżnych.

Inne efekty to spowolnienie krążenia termohalinowego, zubożenie warstwy ozonowej, intensywne huragany, obniżenie pH wody morskiej i rozprzestrzenianie się zakażeń oraz chorób takich jak gorączka denga, dżuma dymienicza, infekcje wirusowe i wiele innych chorób bakteryjnych u ludzi. Poza tym istnieje niebezpieczeństwo wyginięcia wielu gatunków roślin i zwierząt.

Globalne ocieplenie spowoduje w niektórych regionach cieplejszą temperaturę, a także suchość na niektórych obszarach, więc dojdzie do dyslokacji, które wykraczają poza kontrolę nad jakimkolwiek współczesnym społeczeństwem. Żaden kontynent nie został oszczędzony przed niekorzystnymi skutkami globalnego ocieplenia.

Niektóre skutki globalnego ocieplenia w poprzednich dwóch dekadach mają odzwierciedlenie w następujących konsekwencjach:

1. Średni poziom morza wzrósł o 15 cm.

2. At Antarctica melting of ice has reduced the population of Adelie Penguins by one third in last 25 years.

3. Australia had experienced its worst drought in 2003, which was due to Elnino effect ie the warming of the equatorial Pacific Ocean.

4. New York experienced driest July in 1999 with temperature raising above 35°C for nearly 15 days.

5. In Tibet, warmest days temperatures were recorded in June 1998, in Lhasa with temperature exceeding 25°C for almost the whole month.

6. In Spain in 2006 severe drought was experienced and more than 306, 000 hactare of forests went up in flames

7. According to the United Nations Environment Programme (UNEP) reports the Arctic Permafrost is melting due to global warming and releasing carbon and methane locked in it.

8. Himalayan glaciers are receding at an alarming rate. These are origin of most of the rivers of North India. The Gangotri glacier is a major source of mighty Ganga, and tributaries of Ganga constitute the lifeline of hundreds of millions of people living in Gangetic basin. According to one report of International Commission for Snow and Ice, the Gangotri glacier is receding 20- 30 metres per year and had lost about one third of its 13 km length. Drying of this glacier means drying of Ganga which will have devastating consequences for the people of Gangetic basin.