Механизм парникового эффекта
Оптические свойства атмосферы близки к таковым свойствам стекла, которое менее проницаемо для длинноволнового (инфракрасного) излучения, чем для видимого глазом. За счет поглощения видимого света поверхность субстрата способна нагреваться, после чего она начинает излучать тепловые лучи, но в Космос из атмосферы за счет теплового излучения поступает меньше энергии, чем приходит с видимым светом на Землю, поэтому у поверхности Земли возникает положительный тепловой баланс. Аналогичный принцип положен в основу устройства теплицы, поэтому описанный процесс в атмосфере и носит название парникового эффекта.
Способность атмосферы задерживать тепловое излучение определяется наличием в ее составе парниковых газов. Основные из них – это водяные пары, углекислый газ, метан и озон. Все они существуют в земной атмосфере уже в течение большей части истории Земли, и имеют естественные механизмы происхождения, включены в природные круговороты веществ.
Считается, что в древней атмосфере Земли содержалось огромное количество паров воды и углекислого газа, выделявшихся из земной коры и мантии в процессе чрезвычайно активной сортировки вещества и вулканической деятельности. Содержание углекислого газа было в тысячи раз выше, чем сейчас, поэтому наблюдался «сверхпарниковый» эффект, способствовавший нагреву воды Мирового океана почти до точки кипения, что усиливало процессы ее испарения.
После появления у живых организмов процесса фотосинтеза, углекислый газ стал активно поглощаться ими из земной атмосферы, и консервироваться в геологических отложениях. Одновременно шел медленный процесс постоянного угасания интенсивности вулканической деятельности, что уменьшало поступление углекислого газа. Парниковый эффект начал уменьшаться, вплоть до установления относительного равновесия.
Считается, что количество парниковых газов в атмосфере относительно стабильно, по крайней мере, с конца каменноугольного периода. Важная роль в регулировании содержания парниковых газов, особенно углекислого, принадлежит живому веществу. Биота земли постоянно извлекает из атмосферы углерод (в виде углекислого газа) и консервирует его в виде каустобиолитов – горючих органогенных пород, и карбонатов, входящих в состав известковых скелетов животных. Пополнение запасов углекислого газа происходит за счет эндогенных процессов Земли.
Явление парникового эффекта представляет собой рост температуры тропосферы планеты, превышающий эффективную температуру, то есть температуру теплового излучения Земли, наблюдаемого из космоса. Механизм парникового эффекта подробно описал в 1827 году Жозеф Фурье.
Современный рост парникового эффекта
В последние десятилетия наблюдается рост концентрации парниковых газов в атмосфере. Считается, что основная причина этого роста связана с деятельностью человека. Современная индустрия служит источником поступления в атмосферу больших объемов диоксида углерода и других сходных по свойствам газов. В результате за столетние с 1906 по 2005 год среднегодовая температура на планете увеличилась на 0,74 градуса, а по прогнозам, в ближайшем будущем ее дальнейший рост будет достигать 0,2 градусов за десятилетие.
Тенденция роста среднегодовых температур впервые привлекла внимание ученых в конце восьмидесятых - начале девяностых годов прошлого века.
Сам по себе феномен парникового эффекта необходим для земной жизни. В его отсутствии, по расчетам, среднегодовой показатель температуры воздуха у земной поверхности составлял бы $-18^\circ \ C.$ Однако современное усиление парникового эффекта обычно воспринимают как отрицательное явление, поскольку оно способствует заметным изменениям климата, т.е. росту температуры и изменению динамики осадков.
Из-за глобального потепления также происходит сокращение ледников, в результате повышается уровень моря, затапливая значительные территории. Поскольку каждый биологический вид приспособлен к своей специфической среде, изменения климата неизбежно приведут к исчезновению ряда организмов, поэтому возникает реальная угроза биоразнообразию. Изменения климата также местами негативно скажутся на сельском хозяйстве (хотя в других регионах могут сказаться на нем и положительно), водообеспеченности населения, повлиять на качество жизни и здоровье человека.
