Кількісно величина парникового ефекту визначається як різниця між середньою приповерхневою температурою атмосфери планети і її ефективною температурою . Парниковий ефект істотний для планет з щільними атмосферами, що містять гази, що поглинають в інфрачервоній області і пропорційний щільності атмосфери. Наслідком парникового ефекту є також згладжування температурних контрастів як між полярними і екваторіальними зонами планети, так і між денними і нічними температурами (див. таблицю 1, температури дані в Кельвінах, - середня максимальна температура (полудень на екваторі), - середня мінімальна температура).
Таблиця 1
Планета
Атм. тиск у поверхні, атм.
Д T
Венера
90
231
735 504
-
-
-
Земля
1
249
288 39
313
200
113
Місяць
0 0
393
113
280
Марс
0,006
210
218 8
300
147
153
[правити] Природа парникового ефекту
Мал. 1. Прозорість атмосфери Землі у видимому і інфрачервоному діапазонах (поглинання і розсіювання):
1. Інтенсивність сонячної радіації (зліва) і інфрачервоного випромінювання поверхні Землі (справа) - дані спектральні інтенсивності без урахування і з урахуванням поглинання
2. Сумарне поглинання і розсіювання в атмосфері залежно від довжини хвилі
3. Спектри поглинання різних парникових газів і релєєвськоє розсіяння.
Парниковий ефект атмосфер обумовлений їх різною прозорістю у видимому і дальньому інфрачервоному діапазонах. На діапазон довжин хвиль 400-1500 нм (видиме світло і ближній інфрачервоний діапазон) доводиться 75 % енергії сонячного випромінювання, більшість газів не поглинають в цьому діапазоні; релєєвськоє розсіяння в газах і розсіяння на атмосферних аерозолях не перешкоджають проникненню випромінювання цих довжин хвиль в глибини атмосфер і досягненню поверхні планет. Сонячне світло поглинається поверхнею планети і її атмосферою (особливе випромінювання в ближній УФ- і ІК-ОБЛАСТЯХ) і розігріває їх. Нагріта поверхня планети і атмосфера випромінюють в дальньому інфрачервоному діапазоні: так, у разі Землі ( ) 75 % теплового випромінювання доводиться на діапазон 7,8-28 мкм, для Венери ( ) - 3,3-12 мкм.
Аномально тепла погода, що зберігається вже два зимові місяці на території України, примушує нас інакше поглянути на екологічні причини і наслідки таких явищ. На цю тему ми розмовляємо з головою міської депутатської комісії з екології і ресурсозберігання, керівником Миколаївської обласної організації Партії зелених України, кандидатом технічних наук Сергієм ЛІТВАКОМ.
- Сергій Михайлович, як ви вважаєте, в чому причини такої теплої зими в Миколаєві?
- Нинішня зима видалася теплою не тільки в Миколаєві, але і у всьому світі. Причина цього, на мій погляд, у все явнішому прояві парникового ефекту.
Парниковий ефект - це підвищення температури на поверхні Землі через те, що в атмосфері планети росте концентрація вуглекислого газу і інших парникових газів, що затримують теплове випромінювання земної кулі. Останні десятиліття ми спостерігаємо настільки інтенсивне зростання температури, що пояснити його можна тільки штучними причинами (зростання концентрації вуглекислого газу, викликаного роботою промислових підприємств). Таке підвищення може привести до танення льодовикових шапок на полюсах планети, а це, у свою чергу, приведе до підвищення рівня світового океану на 70-80 метрів.
Миколаїв і велика частина області знаходиться в Причорноморській низовині - а це не вище 100 м над рівнем морить. Тому при повному прояві парникового ефекту Миколаївська область приблизно до Первомайська буде затоплена. У такому ж положенні опиниться Херсонська область, Північний Крим, південь Одеської області. Найближчою суш від того місця, де знаходився Миколаїв, будуть: на півдні - Кримські гори, на півночі - Придніпровська піднесеність.
І це не фантастика. У розвинених країнах давно замислюються про наслідки дії на природу, будують довгострокові прогнози і навіть знімають фільми на цю тему («Водний мир», «Післязавтра», «Божевільний Макс»), де описують постіндустріальне суспільство, яке виникне після глобальних екологічних катастроф.
Вигляніте у вікно - хіба це та зима, яка була 20-30 років тому? Дані Миколаївського обласного центру по гідрометеорології свідчать про постійне зростання середньорічних і среднезімніх температур. А це не проходить безслідно для здоров’я.
- Які негативні наслідки для здоров’я николаєвцев можуть мати такі катаклізми?
- Людина - дитя природи і не може не реагувати на природні аномалії. Вони погіршують як фізіологічний, так і психічний стан людей. Особливо чутливі до аномальної погоди люди з проблемами в області вегето-судинної системи, люди невротичного складу характеру, сердечники, діти.
Аномально тепла зима не приносить людям радості, а навпаки, приводить до депресії. У містах негативний вплив погоди на психіку людини ускладнюється ще і смутним урбаністичним пейзажем. Порушується звичайне зорове сприйняття. Немає ні зеленого кольору, ні білого (сніги). Не радує вид сміття, яке взимку зазвичай прихований снігом. Будь-яка одноколірна площина, обмежена прямими лініями, дратує очі і, як наслідок, саму людину. До цієї категорії відносяться глухі огорожі, голі торці будівель, намети, гаражі і павільйони. Інша складова негативного візуального середовища - так звані агресивні поля, від яких буквально рябить в очах. Це панельні багатоповерхові будинки з рівномірним розташуванням вікон на них, грати. У результаті людина приїжджає на роботу вже пригнічений. Часто він навіть не розуміє дійсних причин поганого настрою.
Депресія завжди супроводжується порушенням сну. Людина може не спати всю ніч, тільки під ранок задрімати. А буквально через годину вже пора йти на роботу. У результаті весь робочий день чоловік буде сонливим і клювати носом. А це вже втрата працездатності.
Плюсова зимова температура підвищила смертність в місті, порушила звичні біологічні терміни цвітіння і плодоносіння сільськогосподарських рослин, що може привести до їх загального ослаблення, зниженню гартування і негативно вплинути на подальшу зимівлю і розвиток рослин у весняний період.
- Відомо, що парниковий ефект посилюється озоновою діркою в атмосфері. Чи небезпечна вона для николаєвцев?
- Правильно говорити не про озонову дірку, а про зменшення озонового шару на планеті. Озон, що міститься у верхніх шарах атмосфери, оберігає все живе від дії ультрафіолетових променів. За прогнозами, в 21 столітті зменшення озонового шару може досягти таких масштабів, коли із-за сонячних променів різко зросте кількість онкологічних захворювань, особливо шкіри. До речі, вже зараз фахівці не радять приймати літом тривалі сонячні ванни. ВІЗ керується правилом - ніж більш за чоловік загорілий, тим більша шкода своєму здоров’ю він наніс. А наші миколаївські дівчата щосили літом прагнуть добитися бронзового загару з однією метою - бути красивою. Але в 16 столітті красивою вважалася жінка, у якої лоб був поголений до потилиці, в 20-му - загоріла, упевнений, що в 21 столітті красивою вважатиметься жінка без загару. Особливо від зменшення озонового шару страждатимуть николаєвци з білою від природи шкірою, рудим волоссям, з веснянками на тілі. У наступаючому сторіччі морські курорти перестануть бути такими популярними, як зараз, оскільки на морському пляжі чоловік загоряє не тільки від прямих сонячних променів, але і від відбитих від води. До речі, емблемою американського протиракового суспільства є молода дівчина, що загоряє, і напис під її зображенням: «Жарься зараз - плати потім». Отже перспективи у наших курортних зон в Рибаковке, Кобльово, Очакові не самі веселкові - не затопить від парникового ефекту, так відпочиваючі перестануть приїжджати із-за руйнування озонового шару.
- Отже, виходу немає?
- На жаль, людина влаштована таким чином, що поки біда не торкнеться його особисто, потенційна небезпека їм не сприймається. Пам’ятаєте: «Грім не пролунає - мужик не перехреститься». Тому, на мій погляд, николаєвцам в 21 столітті треба звернути особливу увагу на проблеми власного виживання, якщо вони хочуть бути здорові і щасливі.
Лід дістався до екватора, а середня температура опустилася до 40 градусів морозу. Здавалося, життя на Землі замерзнуло назавжди. Проте рятівником всього живого виступив «парниковий ефект». Ця теорія справила враження бомби, що розірвалася. Але тепер з’являються нові дані.
Цю гіпотезу називають «Земля - сніжний кому». Вона остаточно сформувалася в кінці 20 століття і, не дивлячись на переконливі аргументи, довгий час не сприймалася в наукових кругах серйозно. Стаття професора Хоффмана і його колег, опублікована в 1998 році, стала громом серед ясного неба.
Факти, покладені в основу нової теорії, накопичувалися поступово. Спочатку американський геолог Харланд виявив, що шари прибережних скель неопротерозойського періоду (близько 700 млн. років назад) покриті льодовиковими наносами. Найдивовижніше, що відкриття було зроблене в тропіках, які завжди вважалися своєрідним резерватом для життя.
Більш того, тропічні льодовикові наноси були покриті шарами карбонатів, які, як відомо, виділяються з морської води при її нагріванні. Це були перші дані, які внесли якісь сумніви до розумів геологів. Експерти задалися питанням - а чи дійсно еволюція земного життя йшла безперервно?
Сотні мільйонів років назад материки лежали разом у екватора, утворюючи величезний «консорціум», названий Панагея. Як затверджують послідовники Харланда, в якийсь момент вулканічна активність молодої Землі ослабіла, притока вуглекислого газу в атмосферу знизилася настільки, що планета перестала відчувати дію «парникового ефекту» і занурилася в зимівлю, покрившись крижаною кіркою. Від повного заморожування Землю врятували вулкани, що знов активувалися.
Проте об’єднана група учених з Швейцарії і Великобританії заявляє, що здобуті ними свіжі дані спростовують «теорію сніжної грудки». Дослідники говорять, що, хоча похолодань в історії нашої планети було немало, повного замерзання Землі не було і в помині.
Вивчення льодовикових відкладень в Омані доводить наявність температурних циклів на планеті протягом так званої Криогенної ери (приблизно 850-544 мільйони років назад).
«Якби Земля була повністю заморожена протягом тривалого періоду часу, то кліматичні цикли, виявлені нами, не могли б існувати. Докази наявності кліматичних циклів - серйозний удар по гіпотезі «сніжної грудки», - говорить професор аллен з Британського Імперського коледжу в Лондоні. - Ми живемо в епоху глобальної зміни клімату, фахівці сперечаються про те, наскільки природно протікає цей процес. Знання про зміни клімату в ті стародавні часи - ключ до розуміння того, як кліматична система працює в надзвичайних умовах».
Нові дані забезпечують важливу інформацію для побудови моделей сучасних глобальних процесів. Такі дослідження можуть пролити світло на те, як Земля, що перебувала в кроці від кліматичної катастрофи, зуміла її уникнути.
Парниковий ефект і глобальне потеплення викликають тривогу у всьому світі. Багато експертів передбачають, що його наслідки торкнуться і туризму на планеті, оскільки багато курортів просто зникнуть під водою.
Не чекаючи уселенської катастрофи, деякі туристичні компанії вже зараз використовують ажіотаж і інтерес до проблеми з боку публіки. Туристам пропонуються маршрути «слідами парникового ефекту».
У охочих витратити свою відпустку і гроші на те, щоб своїми очима побачити зміни клімату, тепер є вибір.
В результаті сжіганіяразлічного палива в атмосферу ежегодновибрасиваєтся близько 20 млрд туглекислого газу і поглинається соответствующєєколічество кисню. Природний запас СО2в атмосфері складає величину близько 50 000 млрд т. Ця величина коливається ізавісит, зокрема, від вулканічеськойактівності. Проте антропогенні вибросиуглекислого газу перевищують природні ісоставляют в даний час велику частку егообщего кількості. Збільшення концентрациіуглекислого газу в атмосфері, сопровождающєєсяростом кількості аерозоля (дрібних частинок пороши, сажа, суспензій розчинів деяких химічеськіхсоєдіненій), може привести до заметнимізмененіям клімату і відповідно до нарушеніюськладивавшихся протягом мільйонів летравновесних зв’язків в біосфері.
Підсумком нарушеніяпрозрачності атмосфери, а отже, ітеплового балансу може з’явитися виникнення “ парників ого ефекту”, тоєсть збільшення середньої температури атмосферина декілька градусів. Це здатне визватьтаяніє льодовиків полярних областей, повишенієуровня Світового океану, зміна його солоності, температури, глобальні порушення клімату, затоплення прибережних низовин і многиедругие несприятливі наслідки.
Викид в атмосферупромишленних газів, що включають такі з’єднання, як окисел вуглецю З (чадний газ), оксиди азоту, сірі, аміаку і інших забруднювачів, пріводітк пригнобленню життєдіяльності рослин і тварин, порушенням обмінних процесів, до отруєння і загибелі живих організмів.
У південному австралійському штаті Вікторія відкрилося підземне сховище газів, що викликають парниковий ефект.
Установка по уловлюванню, зріджуванню і довготривалому зберіганню вуглекислого газу буде єдиним підприємством такого типу в південній півкулі.
Вона уловлюватиме вуглекислий газ, що виділяється при спалюванні вугілля в тепловій електростанції, і направляти його в сховище, розташоване на глибині двох кілометрів під землею.
Учені вважають, що цей експериментальний проект допоможе Австралії істотно зменшити викиди шкідливих газів, що створюють парниковий ефект.
Проте захисники навколишнього середовища сумніваються в доцільності нової технології подібного ізолювання парникових газів.
Переваги і недоліки
Австралійське сховище вуглецю знаходиться на місці старого родовища газу поблизу міста Уорнамбул на захід від Мельбурну.
У установках такого типу двоокис вуглецю від теплових електростанцій переводиться в зріджений стан і закачується глибоко під землю.
Учені, що декілька років працювали над проектом, вважають, що установка на півдні Австралії зможе поглинати 100 тис. тонн газів, що викликають парниковий ефект.
Улавлівателі газів називають “гігантськими губками”, які “вбиратимуть” вуглекислий газ. Експерти вважають, що зріджений газ може зберігатися під землею скільки завгодно довго.
Один з головних архітекторів проекту Пітер Кук розповів, що учені пильно спостерігатимуть за новою технологією.
“Це буде, мабуть, сама багатопланова програма контролю за похованням двоокису вуглецю в світі. Це буде також один з найкрупніших світових експериментальних проектів”, - сказав він.
“З нами співробітничатимуть декілька міжнародних організацій. Проект буде першою реальною перевіркою нової технології в австралійських умовах”, - додав він.
Новий проект підтримують уряд Австралії і місцеві енергетичні і вугледобувні компанії, які прагнуть сприяти поліпшенню екології.
Є думка, що метод уловлювання вуглекислого газу може виявитися ефективним способом скорочення викидів вуглекислого газу, якщо вдасться добре герметизувати підземні сховища.
Весь процес, проте, може виявитися досить дорогим.
Екологи з свого боку попереджають про те, що в цьому проекті як і раніше залишається багато невідомих обставин.
На їх думку, гроші, виділені на сховищі в штаті Вікторія, краще було б направити на розвиток технологій, що вже довели свою ефективність, таких як використання сонячної енергії і енергії вітру.Філ Мерсер Би-б-сі, Австралія
Пооценкам учених, без парникового ефекту средняятемпература поверхні Землі була б на 30градусов нижче за нуль і ніяке життя на ній ськорєєвсего не було б. Саме парниковий ефект, будучи природною ковдрою, создаєтблагопріятниє умови життя на землі. Парниковийеффект, тобто ступінь поглощеніяїнфракрасного випромінювання земної поверхні, обумовлений наявністю багатоатомних газів (СО2,пары H20, СН4), непрозорих длятеплового випромінювання. У наш час парниковийеффект в середньому на 78% породжений парами води ітолько на 22% вуглекислим газом при їх об’емномсоотношенії 1:10. Внеском інших газів можнопренебречь.
Вплив парникового ефекту наклімат залежно від концентрації СО2хорошо відомий метеорологам. Він в основномповишаєт температуру взимку у високих широтах іпрактічеські не впливає на температурний режімнізких широт . Це пояснюється наступним.Вищезазначене співвідношення внесків водяногопара і СО2 в парниковий ефект наблюдаєтсятолько разів на рік. У високих широтах при сніженіїзімней температури концентрація водяної пари ватмосфере різко знижується, оскільки онконденсируєтся і випадає у вигляді опадів. Врезультате парниковий ефект різко знижується ітемпература атмосфери зменшується. Кибернетікиськазалі б, що має місце сильна обратнаясвязь. При подальшому зниженні температуриводяной пара виморожується з атмосфери, наземлю випадає сніг і різко увелічиваєтсяотраженіє променистої енергії, отсолнца, що поступає. Фізики і метеорологи сказали б, чтоувелічиваєтся альбедо (частка відбитої лучистойенергиі) Землі. Це друга сильна обратнаясвязь. А ось концентрація СО2 в атмосфері незавісит від цих чинників. Саме парниковийеффект від СО2 зберігає тепло в атмосферепрі виморожуванні з неї водяної пари.Збільшення концентрації СО2 приведе ктому, що зниження температури і виморажіванієводяного пари, а також випадання снігу іувеліченіє альбедо проходитиме всущественно меншого ступеня.
Отже, наявність СО2 ватмосфере грає важливу роль для улучшеніяклімата, перш за все в зимовий час. Але наличиеСО2 в атмосфері ще важливіше для стабілізациіклімата при дії випадкових чинників, що приводять до тимчасового похолодання, які вотсутствіє СО2 могли б викликати заледеніння.Дуже показово, наприклад, порівняння кліматана Марсі і Венері. Рівень температури на Марсетаков, що там не тільки вода, але і СО2вымораживаются з атмосфери настільки, чтодавленіє марсіанської атмосфери, полягаючою восновном з СО2, складає всього 0,6% земною.Тому на Марсі спостерігаються водяні іуглекислотниє льоди. На Венері, одержуючій в двараза більше тепла від Сонця, атмосфера також восновном складається з СО2 і має тиск 90атмосфер. Із-за могутнього парникового еффектатемпература на поверхні Венери складає 500С.
Парниковий ефект і заледеніння, за наявними науковими даними, взаємно зв’язані. Нарісунке приведені криві зміни концентрацииСО2 в атмосфері і температури за последние160 тисяч років. Ці дані отримані аналізомсостава повітряних бульбашок в товщі ледниковантарктіди. На кривих добре видно майже полноєсовпаденіє максимумів концентрації СО2 ітемператури, що пояснюється малої тепловоїінерцией атмосфери і відсутністю матеріковихльдов. Слід зазначити, що максимумитемператури і зміст СО2 співпадали іпохоже сприяли появі неандертальцев100000 років назад і сільськогосподарською революциіпрімерно 5000 років тому.
Програма ГРІНТАЙ виконується під егідою Міжнародного енергетичного агентства і Організації економічного співробітництва і розвитку у зв’язку з прийнятою в Ріо-де-Жанейро “Повісткою дня на XXI століття” і Рамковою Конвенцією ООН про зміну клімату в цілях пом’якшення процесу глобального потеплення. Основним завданням Программи ГРІНТАЙ є сприяння міжнародному обміну інформацією в області технологій, сприяючих скороченню викидів парникових газів.
Центр програмної діяльності ГРІНТАЙ (з квітня 2001 року - Великобританія, р. Харвелл) співробітничає з цілим поряд міжнародних і національних центрів по проблематиці енергетики, клімату і екології і має власну організаційну мережу. У березні 1997 року Росія стала 36-м офіційним членом Міжнародної мережі ГРІНТАЙ з утворенням Російського відділення Програми ГРІНТАЙ.
Російське відділення Программи ГРІНТАЙ представляють Департамент наук про життя і Землю Міністерства промисловості, науки і технологій РФ (Мінпромнауки Росії), і Інститут промислового розвитку (Інформелектро) Мінпромнауки Росії.
Великий вплив на клімат Землі надає стан атмосфери, зокрема, кількість водяної пари і вуглекислого газу, наявних в ній. Підвищення концентрації водяної пари викликає збільшення хмарності і, отже, - зменшення кількості сонячного тепла, що поступає на поверхню. А зміна концентрації вуглекислого газу СО2 в атмосфері є причиною ослаблення або посилення парникового ефекту , при якому вуглекислий газ частково поглинає тепло, випромінюване Землею в інфрачервоному діапазоні спектру з подальшим його перєїзлученієм у бік земної поверхні. У результаті температура поверхні і нижніх шарів атмосфери підвищується. Таким чином, явище парникового ефекту істотно впливає на пом’якшення клімату Землі. При його відсутності середня температура планети була б на 30-40°С нижче, ніж є насправді, і складала б не +15°С, а -15°С, а то і -25°С. При таких середніх значеннях температури океани дуже швидко покривалися б льодом, перетворювалися на величезні морозилки, а життя на планеті стало б неможливим. На кількість вуглекислого газу впливає багато чинників, серед яких головні, - вулканічна діяльність і життєдіяльність земних організмів.
Але найбільша дія на стан атмосфери, а, отже, і на клімат Землі в планетарному масштабі, мають зовнішні, астрономічні чинники, такі як зміна потоків сонячній радіації унаслідок непостійності сонячної діяльності і зміни параметрів земної орбіти. Астрономічна теорія коливань клімату була створена ще в 20-і роки ХХ століття. Встановлено, що зміна ексцентриситету орбіти Землі від можливого мінімального 0,0163 до можливого максимального 0,066 може привести до різниці кількості сонячної енергії, падаючої на поверхню Землі в афелії і перигелії, на 25% за рік. Залежно від того, літом або зимою (для північної півкулі) Земля проходить свій перигелій, така величина зміни потоку сонячній радіації може привести до загального потеплення або похолодання на планеті.
Радянський кліматолог і метеоролог, член-кореспондент АН СРСР Михайло Іванович Будико ще в 1962 році перший опублікував міркування про те, що спалювання людством величезної кількості різноманітних палив, особливо збільшене в другій половині XX століття, неминуче приведе до того, що вміст вуглекислого газу в атмосфері збільшуватиметься. А він, як відомо, затримує віддачу з поверхні Землі в космос сонячного і глибинного тепла, що приводить до ефекту, який ми спостерігаємо в засклених парниках. Унаслідок такого парникового ефекту середня температура приземного шару атмосфери повинна поступово підвищуватися.
Нова ідея у нас в країні багатьма ученими спочатку була зустрінута скептично. Вважали, що такий процес може мати лише дуже віддалені наслідки, що надлишок вуглекислого газу в атмосфері швидко поглинатиметься водами Світового океану, які дійсно містять його в розчиненому вигляді більше, ніж вся атмосфера Землі.
визначається як різниця між середньою приповерхневою температурою атмосфери планети 
і її ефективною температурою 
. Парниковий ефект істотний для планет з щільними атмосферами, що містять гази, що поглинають в інфрачервоній області і пропорційний щільності атмосфери. Наслідком парникового ефекту є також згладжування температурних контрастів як між полярними і екваторіальними зонами планети, так і між денними і нічними температурами (див. таблицю 1, температури дані в Кельвінах, 
- середня максимальна температура (полудень на екваторі), 
- середня мінімальна температура). 
Мал. 1. Прозорість атмосфери Землі у видимому і інфрачервоному діапазонах (поглинання і розсіювання):
) 75 % теплового випромінювання доводиться на діапазон 7,8-28 мкм, для Венери ( 
) - 3,3-12 мкм. 