Що таке парниковий ефект?

Сонце живить клімат Землі, випромінюючи енергію на дуже коротких хвилях, переважно у видимій або майже видимої (тобто ультрафіолетової) області спектра. Приблизно третина сонячної енергії, що досягає верхніх шарів атмосфери Землі, безпосередньо відбивається назад в космос. Інші дві третини поглинає земна поверхня і, в меншій мірі, атмосфера. Щоб врівноважити поглинається надходить енергію, Земля повинна в середньому випромінювати назад в космос таку саму кількість енергії. Оскільки Земля набагато холодніше Сонця, вона випромінює енергію на набагато більш довгих хвилях, переважно в інфрачервоній області спектра (див. Рис. 1). Більша частина цього теплового випромінювання, що випускається сушею і океаном, поглинається атмосферою, в тому числі хмарами, і знову випромінюється на Землю. Це явище називають парниковим ефектом. Скляні стінки парника зменшують потік повітря і підвищують температуру повітря всередині парника. Аналогічним чином, але при іншому фізичному процесі парниковий ефект на Землі нагріває її поверхню. Без природного парникового ефекту середня температура на поверхні Землі була б нижче точки замерзання води. Таким чином, природний парниковий ефект Землі робить життя, якою ми її знаємо, можливою. Разом з тим, діяльність людини, головним чином спалювання викопних видів палива і зведення лісів, значно посилила природний парниковий ефект, викликавши глобальне потепління.

Найчастіші запитання 1.3 рис. 1
Найчастіші запитання 1.3, рис. 1. Ідеалізована модель природного парникового ефекту. Пояснення см. В тексті.
Два найпоширеніших в атмосфері газу, азот (що становить 78% сухої атмосфери) і кисень (21%), майже не викликають парниковий ефект. Останній є результатом дії молекул, які більш складні і набагато менш поширені. Найважливіший парниковий газ – водяна пара, а другий за значенням – вуглекислий газ (CO2). Метан, закис азоту, деякі інші гази, присутні в атмосфері в невеликих кількостях, також сприяють парниковому ефекту. У вологих екваторіальних регіонах, де кількість водяної пари в повітрі настільки велике, що парниковий ефект дуже значний, невелике збільшення кількості CO2 або водяної пари надає лише незначне прямий вплив на спадний інфрачервоне випромінювання. У холодних, сухих полярних регіонах, навпаки, наслідки невеликого збільшення кількості CO2 або водяної пари більш значні. Те ж стосується холодних, сухих верхніх шарів атмосфери, де невелике збільшення вмісту водяної пари сильніше впливає на парниковий ефект, ніж поблизу поверхні Землі.

На концентрацію парникових газів в атмосфері впливають кілька компонентів кліматичної системи, головним чином океани і живі істоти. Один з перших прикладів цього – поглинання рослинами вуглекислого газу з атмосфери і перетворення його (і води) в вуглеводи за допомогою фотосинтезу. В індустріальну епоху діяльність людини сприяла збільшенню викидів парникових газів в атмосферу, в основному через спалювання викопних видів палива і зведення лісів.

Збільшення викидів парникового газу, такого як CO2, в атмосферу посилює парниковий ефект, нагріваючи таким чином клімат Землі. Ступінь потепління залежить від різних механізмів зворотного зв’язку. Наприклад, у міру потепління атмосфери внаслідок підвищення концентрації парникових газів зростає концентрація водяної пари в ній, що ще більше посилює парниковий ефект. Це, в свою чергу, викликає подальше потепління, що стає причиною нового збільшення концентрації водяної пари, тобто має місце самопосилюється цикл. Цей зворотний зв’язок по водяній парі може бути досить сильною для того, щоб приблизно подвоїти інтенсивність парникового ефекту за рахунок одного тільки збільшення концентрації CO2.

Серед інших важливих механізмів зворотного зв’язку – хмари. Хмари ефективно поглинають інфрачервоне випромінювання і, отже, викликають значний парниковий ефект, нагріваючи таким чином Землю. Вони також активно відображають інформацію, що надходить сонячну радіацію, таким чином охолоджуючи Землю. Зміна практично будь-який характеристики хмар, зокрема, їх типу, розміщення, утримання води, висоти, розміру і форми частинок, часу життя, впливає на ступінь, в якій хмари нагрівають або охолоджують Землю. Деякі зміни підсилюють потепління, а деякі послаблюють його. Проводиться багато досліджень, спрямованих на те, щоб краще зрозуміти, як саме хмари змінюються у відповідь на потепління клімату і як ці зміни впливають на клімат через різні механізми зворотного зв’язку.

Посилання на основну публікацію