Биологический каталог




Лекции по экологии

Автор О.В.Богданкевич

о газа. Это означает, что концентрация углекислоты увеличится почти на порядок. Конечно, часть этой углекислоты поглотят леса, составляющие почти 90 % всей биомассы Земли (1,5 • 1012 т), и океан. Однако этот процесс имеет свою инерцию. Лес растет медленно, а человек его нещадно истребляет по 2 % от общего количества ежегодно.

Когда человек вырубит леса, поглощать углекислоту природе будет нечем. В Экваториальной Африке и Южной Америке уничтожение тропических лесов происходит с безумной, варварской скоростью. Площадь лесов в Африке и Южной Америке уже уменьшилась более чем наполовину, и при нынешних темпах лесозаготовок можно покончить с тропическими лесами уже в этом, XXI в. К чему это приведет, мы поговорим далее.

13. Парниковый эффект. Что это такое?

Мы уже видели в гл. 7, что газовый состав земной атмосферы сильно менялся на протяжении ее геологической истории и тесно связан с эволюцией органической материи на нашей планете.

Соотношение количества кислорода и углекислого газа в атмосфере является чрезвычайно важным фактором условий существования жизни на Земле.

Высшие животные, в том числе и человек, не могут жить при парциальном давлении кислорода менее 50 мм рт. ст., что соответствует примерно 1/3 от его содержания в атмосфере на уровне моря. Такое давление кислорода имеет место на высоте 7 км. При больших высотах необходимо пользоваться кислородными приборами.

Геологи считают, что весь атмосферный кислород является продуктом жизнедеятельности растений и что количество кислорода в атмосфере, полученного за счет неорганического фотолиза паров воды ультрафиолетовым излучением Солнца, не может превышать 0,1% от его современного содержания.

Пороговая энергия светового кванта, способного произвести фотодисссоциацию молекулы водяного пара, лежит в области 6,2 эВ, что соответствует длине волны 200 нм.

Известный американский астрофизик Гарольд Юри доказал, что образующийся при фотодиссоциации водяного пара кислород сам сильно поглощает ультрафиолетовую компоненту солнечного спектра, препятствуя ее проникновению в нижние слои атмосферы и замедляя тем самым процесс фотодиссоциации водяного пара. Это стабилизирует концентрацию кислорода на очень низком уровне, который так и называется — уровень Юри.

Эта теория, по-видимому, и объясняет отсутствие кислорода в атмосферах практически всех планет Солнечной системы, кроме Земли, а стало быть, и жизни, основанной на фотосинтезе.

Атмосфера Земли стала быстро обогащаться свободным кислородом только после бурного развития растительной жизни на планете в начале каменноугольного периода, примерно 300-350 млн лет назад.

Высокая концентрация кислорода, которая в конце каменноугольного периода, по мнению М. Руттена, была почти в 2 раза больше современной, во многом способствовала возникновению гигантских насекомых и животного мира вообще.

Относительно изменения концентрации углекислого газа за всю геологическую историю Земли у геологов нет достаточно четкого количественного представления.

Считается, что углекислый газ попадает в атмосферу в основном за счет вулканической активности Земли.

Однако в атмосферах большинства планет Солнечной системы углекислого газа существенно больше, чем в атмосфере Земли.

Как мы уже видели, значительная часть углекислого газа была выведена из атмосферы Земли в результате эволюции органической жизни. Кроме того, часть углекислоты растворена в водах океанов.

Хотя океанологи считают, что содержание СО2 в океанических водах никогда сильно не отличалось от современного, иначе океанические осадки имели бы совершенно иной состав по сравнению с тем, что наблюдается теперь.

Тем не менее некоторые колебания концентрации СО2, обусловленные процессами горообразования, имевшими циклический характер, и усиленим вулканической активности в эти периоды, вполне могли иметь место и приводить к изменениям общего климата Земли в результате парникового эффекта.

Что же это такое — парниковый эффект, о котором теперь так много спорят?

Температура на поверхности Земли определяется очень точным и не очень устойчивым балансом энергии, поступающей на Землю от Солнца, с одной стороны, и тепловым излучением поверхности Земли и приповерхностными слоями атмосферы — с другой.

Тепло земных недр также оказывает небольшое влияние на общий баланс температуры Земли, в основном через вулканические выбросы в атмосферу пепла и газов, меняющих ее прозрачность как для солнечного света, так и для теплового излучения ее поверхности.

В основном поверхность Земли греет Солнце. Это 1353 Вт/м2 для тропического пояса в ясный полдень и около 0,5 кВт/м2 вблизи полярного круга летом.

Часть солнечного света рассеивается и отражается от облаков, ледников, поверхности океанов и суши и уходит назад в космическое пространство.

Доля отраженного солнечного света по интенсивности называется альбедо и сильно зависит от целого ряда местных условий: широты, времени года и суток, плотности облаков (т. е. погоды), свойств поверхности и т. д. Поэтому альбедо для данного региона меняется в довольно широких пределах.

Стало быть, меняется и доля энергии Солнца, поглощенная поверхностью Земли и поддерживающая ее температуру. Отсюда и довольно резкая смена температур летом и зимой в средних широтах, которая определяется не только изменением высоты Солнца над горизонтом, но и отражением солнечного света снежным покровом. Зимой снежный покров сильно отражает солнечный свет в космическое пространство, тем самым уменьшая количество тепла, поступающего на Землю. Поэтому смена летних и зимних температур в средних широтах более резкая, чем вблизи экватора.

Спектры падающего на Землю (и согревающего ее) солнечного излучения и теплового излучения ее поверхности (охлаждающего ее) сильно отличаются друг от друга. Интенсивность и спектр теплового излучения Земли очень сильно зависят от ее температуры — как четвертая степень абсолютной температуры. Это свойство теплового излучения открыл в 1879 г. известный австрийский физик Иозеф Стефан.

На рис. 13.1 приведены спектры солнечного излучения и спектры теплового излучения Земли для 7 (красный пунктир) и 22 (синие точки) °С, а также спектр излучения

Солнца (зеленая сплошная линия). Значения 7 и 22 °С — это средние температуры затененной и освещенной полусфер Земли, измеренные со спутников по интенсивности инфракрасного излучения. Это Планковские спектры для абсолютной температуры (282, 295 и 55 070 К).

3h- _8

1,10 о.е. /"\

0 10 20 30 40 X 10 4

Рис. 13.1. Спектры теплового излучения Земли и солнечного

излучения

В природе большая часть спектра излучения Солнца проходит через нынешнюю атмосферу Земли практически без поглощения и «застревает» на ее поверхности.

Для Земли среднее значение альбедо а является довольно постоянной величиной, равной 0,39, для других планет Солнечной системы значения а следующие: Меркурий — 0,056, Венера — 0,72, Марс — 0,154, Юпитер — 0,7, Сатурн 0,75, Уран 0,9, Нептун 0,82, Плутон 0,135, Луна 0,067.

К чему приводит это различие, мы сейчас увидим.

Присутствующий в атмосфере озон значительно поглощает только самую коротковолновую часть спектра с длинной волны менее 0,3 мкм, спасая тем самым жизнь на Земле от ультрафиолетового излучения Солнца, которое, скорее всего, гораздо более опасно для живых клеток, чем радиоактивность.

\ I \\

Наша цивилизация рубит и этот сук, без которого она не сможет существовать. Промышленные и бытовые выбросы хлор- и фторсодержащих газов, используемых в холодильной технологии и бытовой химии, разрушают этот тонкий слой озона каталитическим образом, т. е. не расходуясь при этом и накапливаясь в верхних слоях атмосферы.

Если Солнце по каким-либо причинам перегревает поверхность Земли, то интенсивность теплового излучения резко увеличивается и излишнее тепло рассеивается обратно в космос, стабилизируя тем самым температуру.

Углекислый газ, водяные пары, метан и целый ряд других органических «парниковых» газов присутствуют в атмосфере и поглощают часть теплового излучения Земли, но пропускают большую часть спектра солнечного излучения. На Венере достаточно большое значение альбедо а = 0,72, что почти в два раза больше, чем у Земли.

Такое значение а вполне могло бы компенсировать почти вдвое больший поток солнечной энергии. Если бы в атмосфере Венеры количество углекислоты было бы примерно такое же, как на Земле, то температура на ее поверхности могла бы быть вполне сносной — 10-20 °С.

Однако высокая концентрация углекислоты задерживает практически все тепловое излучение поверхности Венеры и увеличивает долю энергии Солнца, поглощаемой планетой, температура которой поднимается почти до 600 °С.

Оценки показывают, что если количество углекислого газа в атмосфере Земли увеличится хотя бы в два раза, то температура на ее поверхности увеличится на 10 °С. Растают ледники Антарктиды и Гренландии, а уровень океана поднимется почти на 70 метров, площадь пустынь и их температура резко возрастет.

В период с 1950 по 1980 гг. концентрация углекислого газа в атмосфере выросла на 12 %. Если дело пойдет и дальше такими темпами, то через 100-120 лет количество углекислоты в атмосфере удвоится. Мы уже видели, что если сжечь весь уголь, то количество СО2 увеличится в 8 раз.

В этом случае жизнь на Земле, во всяком случае в ее нынешних формах, может прекратиться.

Точно рассчитать температурный режим поверхности Земли — довольно сложная многопараметровая системная задача с очень сложными временными составляющими. Так, например, количество углекислоты в атмосфере зависит не только от выбросов дымовых труб или вулканов, но также и от поглощения ее океаническими и лесными организмами.

Атмосферные потоки и океанические течения переносят огромное количество тепла и сильно влияют друг на друга. Установление теплового равновесия имеет резко выраженный колебательный характер, что четко видно на рис. 12.1.

Климатологи только-только начинают осваиваться с подобного рода задачами, используя современные вычислительные методы системного анализа и современные мощны

страница 22
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Скачать книгу "Лекции по экологии" (1.97Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(17.10.2017)