Глоба́льное потепле́ние — процесс постепенного увеличения среднегодовой температуры атмосферы Земли и Мирового океана в XX и XXI веках.

По оценкам ученых к началу XXII века средняя температура поверхности Земли может повыситься на величину от 1,8 до 3,4 °C. В отдельных регионах температура может немного понизиться (см. рис. 1).

По мнению экспертов Межгосударственной группы по изменению климата (МГЭИК) ООН, средняя температура по Земле поднялась на 0,7 °C  со второй половины XVIII века, и  «бо́льшая доля потепления, наблюдавшегося в последние 50 лет, вызвана деятельностью человека». Это в первую очередь выброс углерода, вызывающего парниковый эффект в результате сжигания нефти, природного газа и угля. (см. рис.2) .

Наиболее сильные колебания температуры наблюдаются в Арктике, Гренландии и на Антарктическом полуострове (см.рис 3). Именно приполярные регионы наиболее чувствительны к изменениям климата, где вода находится на границе таяния и замерзания. Небольшое похолодание приводит к увеличению площади снегов и льдов, которые хорошо отражают в космос солнечное излучение, способствуя тем самым дальнейшему понижению температуры. И наоборот, потепление приводит к сокращению снежно-ледового покрова, лучшему прогреву воды и интенсивному таянию ледников, что приводит к  увеличению уровня океана.

Помимо повышения уровня Мирового океана, повышение  температуры также приведёт к изменениям в количестве и распределении атмосферных осадков. В результате могут участиться природные катаклизмы: наводнения, засухи, ураганы и другие. Потепление, по всей вероятности, увеличит частоту и масштаб таких явлений.

Другим возможным последствием повышения глобальных температур является снижение урожаев сельскохозяйственных культур в слаборазвитых странах Африки, Азии и Латинской Америки и повышение урожаев в развитых странах (за счёт удлинения вегетационных периодов).

Потепление климата может привести к смещению зон обитания растительных и животных видов к полярным зона, что увеличит вероятность вымирания малочисленных видов-обитателей прибрежных зон и островов, чье существование в настоящее время находится под угрозой исчезновения.

К 2013 году научное сообщество сообщает, что процесс глобального потепления приостановился, изучаются причины прекращения роста температур.

Цель моей работы исследовать глобальное потепление и найти пути решения этой проблемы.

                                      Задачи исследования:

1. Изучить различные теории глобального потепления;
2. Оценить последствия данного процесса;
3. Предложить меры по предотвращению глобального потепления.

                   Методы исследования, примененные в моей работе:

1. Эмпирический
2. Статистический
3. Математический и др.

1. Изменение климата на Земле.

Климат изменяется как в результате естественных внутренних процессов, так и внешних воздействий на окружающую среду (см. рис. 4). За последние 2000 лет ясно выделяются несколько климатических циклов похолодания и потепления, сменяющих друг друга.

2. Причины глобального потепления.

Причины изменений климата остаются неизвестными, однако, среди основных внешних воздействий — изменения орбиты Земли, солнечной активности, вулканические выбросы и парниковый эффект. По данным прямых климатических наблюдений средние температуры на Земле повысились, однако причины такого повышения остаются предметом дискуссий. Одной из наиболее широко обсуждаемых причин является антропогенный парниковый эффект.

1.  Парниковый эффект.

По мнению некоторых ученых настоящее глобальное потепление объясняется деятельностью человека. Оно  вызвано антропогенным ростом концентрации углекислого газа в атмосфере Земли, и, как следствие, увеличением «парникового эффекта».  Эффект его присутствия в атмосфере напоминает эффект парника, когда коротковолновая солнечная радиация легко проникает через слой СО₂, а затем, отражаясь от земной поверхности и превращаясь в длинноволновую радиацию, не может обратно проникнуть через него и остается в атмосфере. Этот слой действует как пленка в парнике - создает дополнительный тепловой эффект.

Парниковый эффект был обнаружен Жозефом Фурье в 1824 году и впервые был исследован Сванте Аррениусом в 1896 году. Это процесс, при котором поглощение и испускание инфракрасного излучения атмосферными газами вызывает нагрев атмосферы и поверхности планеты.

На Земле основными парниковыми газами являются: водяной пар (ответственен примерно за 36-70 % парникового эффекта, без учёта облаков), углекислый газ (CO₂) (9-26 %), метан (CH₄) (4-9 %) и озон (3-7 %). Атмосферные концентрации CO₂ и CH₄ увеличились с началом промышленной революции к середине XVIII века на 31 % и 149 % соответственно. Согласно отдельным исследованиям, такие уровни концентрации достигнуты впервые за последние 650 тысяч лет. Это период, для которого были получены данные из образцов полярного льда. Углекислый газ создает 50 % парникового эффекта, на долю хлорфторуглерода приходится 15-20 %, на долю метана — 18 %, азота 6 %  (рис. 5).

Около половины всех парниковых газов, получаемых в ходе хозяйственной деятельности человечества, остаются в атмосфере. Около трёх четвертых  всех антропогенных выбросов углекислого газа, за последние 20 лет,  стали результатом сжигания топлива.    При этом примерно половина объема антропогенных выбросов углекислоты связываются наземной растительностью и океаном. Бо́льшая часть остальных выбросов CO₂ вызвана в первую очередь с вырубкой лесов и уменьшением количества растительности, поглощающих углекислый газ.

2.2 Изменение солнечной активности.

Учеными были предложены разнообразные гипотезы, объясняющие изменения температуры Земли. Все происходящие климатические процессы на планете зависят от активности нашего светила – Солнца. Поэтому даже самые малые изменения солнечной активности непременно сказываются на погоде и климате Земли. Выделяют 11-летние, 22-летние, а также 80-90 летние (Глайсберга) циклы солнечной активности.  Вполне вероятно, что наблюдаемое глобальное потепление связано с очередным ростом солнечной активности, которая в будущем может снова пойти на убыль. Солнечная активность может объяснить половину температурных изменений до 1970  года.  Под действием солнечной радиации изменяется толщина горных ледников. Например, в Альпах практически растаял ледник Pasterze (см.рис.6). Причем в одних районах происходит утончение ледников, тогда как в других утолщение ледникового покрова (см. рис.7). За последние полвека температура на юго-западе Антарктики, на Антарктическом полуострове, возросла на 2,5 °C.  В 2002 году от шельфового ледника Ларсена площадью 3250 км² и толщиной свыше 200 метров, расположенного на Антарктическом полуострове, откололся айсберг площадью свыше 2500 км². Весь процесс разрушения занял всего 35 дней. До этого ледник оставался стабильным в течение 10 тысяч лет, с конца последнего ледникового периода. Таяние шельфового ледника привело к выбросу большого количества айсбергов (свыше тысячи) в море Уэдделла (см. рис.8).

2.3 Влияние Мирового океана.

Мировой океан  является  огромным накопителем солнечной энергии. Он определяет направление и скорость движения тёплых океанических течений, а также воздушных масс на Земле, которые  сильно влияют на климат планеты. В настоящее время мало изучена природа циркуляции тепла в водной толщи океана.  Известно, что средняя температура вод океана составляет 3,5°С, а поверхности суши 15°С, поэтому усиленный теплообмен между толщей океана и приземным слоем атмосферы может приводить к значительным климатическим изменениям (рис.9). Кроме того, в водах океана растворено большое количество СО₂ (около 140 трлн. тонн, что в 60 раз больше, чем в атмосфере) и ряда других парниковых газов. В результате различных природных процессов эти газы могут поступать в атмосферу, существенно оказывая влияние на климат Земли.

2.4 Вулканическая деятельность.

Вулканическая активность также является источником поступления в атмосферу Земли аэрозолей серной кислоты и большого количества углекислого газа, выделяющегося при извержении вулканов. Крупные извержения первоначально сопровождаются похолоданием вследствие поступления в атмосферу Земли пепла, серной кислоты и частиц сажи. Впоследствии, поступивший в ходе извержения CO₂ вызывает рост среднегодовой температуры на Земле. Последующее долговременное снижение вулканической активности способствует увеличению прозрачности атмосферы, и приводит к повышению температуры на планете. Это может значительным образом сказаться на климате Земли.

3 .Результаты исследований глобального потепления.

При изучении глобального потепления разными метеостанциями мира, обозначилось четыре ряда глобальных температур, начинающихся со второй половины XIX века (см. рис. 10). На них видны два отчетливых эпизода глобального потепления. Один из них приходится на период с 1910 по 1940 год. За это время средняя температура на Земле выросла на 0,3— 0,4°C. Затем в течение 30 лет температура не росла и, возможно, даже немного снизилась. А с 1970 года начался новый эпизод потепления, который продолжается до сих пор. За это время температура повысилась еще на 0,6— 0,8°C. Таким образом, в целом за XX век средняя глобальная температура приземного воздуха на Земле выросла примерно на один градус. Это довольно много, поскольку даже при выходе из ледникового периода потепление обычно составляет всего 4°C.

    Изучая изменения уровня Мирового океана, ученые установили, что средний уровень моря растет в течение последних 100 лет со средней скоростью около 1,7 мм / год, что значительно больше, чем средняя скорость за последние несколько тысяч лет. С 1993 года глобальный уровень моря начал подниматься ускоренными темпами - около 3,5 мм / год (см.рис.11). Основная причина повышения уровня моря на сегодняшний день - увеличение теплосодержания океана, которое приводит к его расширению. Ожидается, что в будущем, более значительную роль в ускорении подъема уровня моря,  будет играть таяние льда.

 Общий объем ледников на Земле довольно резко сокращается. Ледники постепенно сокращались на протяжении всего прошлого века. Но скорость сокращения заметно возросла именно в последнее десятилетие (см. рис. 12). Только несколько ледников все еще растут.  Постепенное исчезновение ледников будет следствием не только повышения уровня мирового океана, но и возникновение проблем с обеспечением пресной водой некоторых районов Азии и Южной Америки.

4.  Глобальное потепление иногда приводит к похолоданию.

Существует теория малого ледникового периода, которая   часто используется противниками концепций антропогенного глобального потепления и парникового эффекта. Они утверждают, что современное потепление — это естественный выход из малого ледникового периода XIV—XIX веков, которое, приведет к восстановлению температур малого климатического оптимума X—XIII веков.

Глобальное потепление может произойти не везде. Согласно гипотезе климатологов М. Юинга и У. Донна,  существует колебательный процесс, в котором ледниковый период  порождается потеплением климата, а выход из ледникового периода — похолоданием. Это связано с тем,  что при оттаивании ледяных полярных шапок увеличивается количество осадков в полярных широтах. В дальнейшем происходит снижение температуры в внутриконтинентальных районах северного полушария с последующим образованием ледников. При замерзании ледяных полярных шапок ледники в глубинных районах континентов, не получая достаточно подпитки в виде осадков, начинают оттаивать.

По одной из гипотез, глобальное потепление приведёт к остановке или серьёзному ослаблению Гольфстрима. Это вызовет существенное падение средней температуры в Европе (при этом температура в других регионах повысится, но не обязательно во всех), так как Гольфстрим прогревает континент за счёт переноса тёплой воды из тропиков.

5. Последствия глобального потепления.

В настоящее время фактор потепления климата рассматривается наравне с другими известными факторами риска здоровью – курением, алкоголем, избыточным питанием, малой физической активностью и другими.

5.1 Распространение инфекций.

По данным Всемирного фонда дикой природы России при глобальном потеплении с повышением температуры возникнут новые вспышки вирусов —эпидемии, более характерные для Африки. Потепление климата способствует развитию многих инфекционных и паразитарных заболеваний. Уровень заболеваемости населения кишечными инфекциями в значительной степени зависит от качества воды.

В результате потепления климата ожидаются рост количества осадков, расширение площадей заболоченных земель и увеличение числа подтопленных населенных пунктов. Площадь заселения водоемов личинками комаров постоянно возрастает,  в том числе  70% водоемов заражены личинками малярийных комаров. По мнению экспертов ВОЗ, повышение температуры на 2–3 °С ведет к увеличению числа людей, которые могут заболеть малярией примерно на 3–5%. Возможно появление комариных («москитных») заболеваний, таких как лихорадка Западного Нила (ЛЗН), лихорадка Денге, желтая лихорадка. Увеличение количества дней с высокой температурой приводит к активизации клещей и росту заболеваемости инфекциями, ими переносимыми.

5.2. Таяние вечной мерзлоты.

В толще мерзлых горных пород законсервирован газ – метан. Он вызывает несравнимо больший парниковый эффект, чем CO2. Если метан при таянии мерзлоты будет выпускаться в атмосферу, изменение климата будет необратимо. Планета станет пригодной только для тараканов и бактерий. Кроме того, десятки городов, построенные на вечной мерзлоте, просто утонут. Процент деформаций зданий на севере уже очень большой и все время растет. Из-за таяния вечномерзлой земли будет невозможно добывать нефть, газ, никель, алмазы и медь. При глобальном потеплении с повышением температуры возникнут новые вспышки вирусов, оно становится доступным бактериям и грибам, которые  разлагают метан.

5.3 Аномальные природные явления.

Одним из последствий изменения климата ученые считают увеличение числа таких аномальных погодных явлений, как наводнения, штормы, тайфуны, ураганы. Рост повторяемости, интенсивности и продолжительности засух в некоторых регионах приведет к повышению пожароопасности в лесных массивах, заметному  расширению районов засух и пустынных земель. В других регионах Земли  можно ожидать усиление ветров и увеличение интенсивности тропических циклонов, увеличение частоты сильных осадков из-за чего участятся наводнения, что приведет  к переувлажнения почвы, которое опасно для сельского хозяйства.

5.4 Повышение уровня океана.

В северных морях  уменьшится количество ледников (например, в Гренландии), что приведет к подъему уровня Мирового Океана.  Тогда окажутся под водой прибрежные территории, уровень которых ниже уровня моря.  Например, Нидерланды, которые под натиском моря только с помощью дамб сохраняют свою территорию; Япония, у которой в таких районах находятся многие производственные мощности; могут быть залиты океаном многие острова в тропиках.

5.5 Экономические последствия.

 Расходы, связанные с изменениями климата, растут вместе с температурой. Сильнейшие штормы и наводнения являются причинами убытков в миллиарды долларов. Экстремальные погодные условия создают чрезвычайные финансовые проблемы. К примеру, после рекордного по показателям урагана в 2005 году в штате Луизиана произошло 15-процентное падение доходов спустя месяц после бури, а материальный ущерб был оценен в 135 миллиардов долларов. Потребители регулярно сталкиваются с ростом цен на продовольствие и энергоносители наряду с увеличением стоимости медицинских услуг и недвижимости. Из-за увеличения площади засушливых земель под угрозой находится производство продуктов питания, а некоторые группы населения подвергаются риску остаться голодными. Сегодня Индия, Пакистан и страны Африки, расположенные южнее Сахары, страдают от нехватки продовольствия, а эксперты прогнозируют еще большее сокращение количества осадков в ближайшие десятилетия. Таким образом, по оценкам, вырисовывается совсем невеселая картина. Межправительственная группа экспертов по изменению климата предполагает, что к 2020 году 75-200 миллионов африканцев могут испытывать нехватку воды, а количество сельскохозяйственной продукции на континенте сократиться на 50 процентов.

5.6 Потеря биологического разнообразия и разрушение экосистем.

 К 2050 году человечество рискует потерять целых 30 процентов видов животных и растений, если средняя температура повысится на 1,1-6,4 градуса по Цельсию. Такое исчезновение произойдет из-за потери мест обитания путем опустынивания, обезлесения и потепления вод океана, а также из-за неспособности адаптации к происходящим климатическим изменениям. Исследователи дикой природы отметили, что некоторые более устойчивые виды мигрировали на полюса для того, чтобы "поддержать" необходимую им среду обитания.  Когда растения и животные исчезнут в результате климатических изменений, человеческая пища, топливо и доходы также исчезнут. Ученые уже наблюдают обесцвечивание и гибель коралловых рифов из-за потепления вод в океане, а также миграцию наиболее уязвимых видов растений и животных в другие районы в связи с повышением температуры воздуха и воды, а также в связи с таянием ледников. Изменение климатических условий и резкое увеличение углекислого газа в атмосфере – это серьезное испытание для наших экосистем.

6. Районы изменения климата.

Межправительственная комиссия выделила ряд районов, наиболее уязвимых к ожидаемому изменению климата:

-  в районе Сахары, мега-дельте Азии, небольших островах  произойдет усиление засух и увеличению опустынивания;

 - в Европе увеличение температур приведет к  уменьшению водных ресурсов и выработки гидроэлектроэнергии,  уменьшению продукции сельского хозяйства, ухудшению условий туризма, сокращению снежного покрова и отступанию горных ледников, усилению летних осадков и  увеличению риска сильных паводков и катастрофических наводнений на реках;

- в Центральной и Восточной Европе произойдет увеличение частоты лесных пожаров, пожаров на торфяниках, сокращению продуктивности лесов; возрастанию неустойчивости грунтов в Северной Европе.

- в Арктике — катастрофическое уменьшение площади покровного оледенения, сокращение площади морских льдов, усиление эрозии берегов;

- на юго-западе Антарктики, на Антарктическом полуострове, температура возросла на 2,5 °C. Масса льдов Антарктики уменьшается с ускоряющимся темпом;

- в Западной Сибири с начала 1970-х годов температура многолетнемёрзлых грунтов повысилась на 1,0 °C, в центральной Якутии — на 1—1,5 °C в северных регионах - Архангельской области, Республике Коми климат совсем не потеплел;

- на севере Аляски с середины 1980-х годов температура верхнего слоя мёрзлых пород увеличилась на 3 °C, а климат благодатной Калифорнии несколько похолодал;

-  в южных районах, в частности, на Украине, также несколько похолодало.

7. Меры по предотвращению глобального потепления.

Чтобы остановить рост CO₂ , необходимо заменить традиционные виды энергии, основанные на сжигании углеродного сырья, на нетрадиционные. Необходимо увеличить  производство солнечных батарей, ветряков, строительство приливных электростанций (ПЭС), геотермальных и гидроэлектростанций (ГЭС).

Проблема глобального потепления должна решаться на международном уровне, в соответствии с единой международной программой, составленной с участием правительств всех стран и мировой общественности, под единым международным руководством. На сегодняшний день основным мировым соглашением о противодействии глобальному потеплению является Киотский протокол (согласован в 1997, вступил в силу в 2005). Протокол включает более 160 стран мира и покрывает около 55 % общемировых выбросов парниковых газов.

В декабре 1997 года на встрече в Киото (Япония), посвященной глобальному изменению климата, делегатами  более чем ста шестидесяти стран была принята конвенция, обязывающая развитые страны сократить выбросы CO₂. Киотский протокол обязывает тридцать восемь индустриально развитых стран сократить к 2008—2012 годам выбросы CO₂ на 5 % от уровня 1990 года:

• Европейский союз должен сократить выбросы CO₂ и других тепличных газов на 8 %.
• США — на 7 %.
• Япония — на 6 %.

Протокол предусматривает систему квот на выбросы тепличных газов. Суть его заключается в том, что каждая из стран, получает разрешение на выброс определенного количества тепличных газов. Таким образом, предполагается сокращение выбросов тепличных газов в следующие 15 лет на 5 %.

Поскольку выполнение этой программы будет рассчитано на долгие годы, в ней необходимо обозначить этапы ее выполнения, их сроки, предусмотреть систему контроля и отчетности.

Российские ученые также разрабатывают оружие против глобального потепления. Это аэрозоль из соединений серы, который предполагается распылять в нижних слоях атмосферы. Метод, разрабатываемый российскими учеными, предусматривает распыление с помощью самолетов в нижних слоях стратосферы (на высоте 10-14 километров от земли) тонкого слоя аэрозоля (0,25-0,5 микрона) из различных соединений серы. Капли серы будут отражать солнечные излучения.

По расчетам ученых, если распылить над Землей один миллион тонн аэрозоля, это позволит на 0,5-1 процента снизить солнечную радиацию, а температуру воздуха - на 1-1,5 градуса Цельсия.

Количество распыленного аэрозоля будет необходимо постоянно поддерживать, поскольку со временем сернистые соединения будут опускаться на землю.

Заключение.

При исследовании глобального потепления  я пришла к выводу, что за последние 150 лет происходит изменение термического режима атмосферы примерно на 1-1,5 градуса. Оно имеет свои региональные и временные масштабы.

Многие ученые  считают, что основной причиной, которая, возможно, приводит к этим процессам, является увеличение СО₂ (углекислого газа) в атмосфере. Его называют "парниковым газом». Увеличение содержания в атмосфере таких газов, как фреон и целого ряда галогенных газов считается также следствием хозяйственной деятельности человека и причиной возникновения озоновых дыр.

Исследования показали: чтобы избежать глобальной катастрофы, необходимо уменьшить выбросы углерода в атмосферу.

Я считаю, что важнейшими путями решения данной проблемы являются: внедрение экологически чистых, мало- и безотходных технологий, строительство очистных сооружений, рациональное размещение производства и использование природных ресурсов.

Я предлагаю использовать биогазовые технологии.

Биогаз – продукт разложения органических веществ самого разного происхождения (навоз, отходы пищевой промышленности, иные биологические отходы).

       Состоит биогаз на 50-70% из метана (CH₄) и на 30-50% из углекислого газа (CO₂). Его можно использовать как топливо для получения тепла и электричества. Биогаз может использоваться в бойлерных установках (для получения тепла), в газовых турбинах или  в поршневых двигателях. Обычно они работают в режиме когенерации – на производство электроэнергии и тепла (см. рис.13).

Сырье для биогазовых установок имеется в достаточных количествах на станциях очистки сточных вод, на свалках мусора, на свинофермах, птицефабриках, в коровниках. Именно агропредприятия могут считаться основным потребителем биогазовых технологий. Из тонны навоза получается 30-50 м3 биогаза с содержанием метана 60%. Фактически одна корова способна обеспечить получение 2,5 кубометра газа в сутки.  Из одного кубометра биогаза можно выработать около 2 кВт электроэнергии. Плюс вырабатывается органическое удобрение, которое можно использовать в аграрном хозяйстве.

Принцип действия установки:

Из животноводческих корпусов 1 самосплавным методом навоз перемещается  в приемную емкость 2, где происходит подготовка сырья  к загрузке в реакторы для переработки. Затем он подается в биогазовую установку 3, где происходит выделение биогаза, который подается в газораспределительную колонку 5 . В ней отделяется углекислый газ и метан. Отходы представляют собой азотные удобрения, они вывозятся на поля 10. CO2 идет на производство биовитаминного концентрата, а СН4 в газогенератор 9, где вырабатывает электричество, с помощью которого работает насос 11, подающий воду для орошения полей  и теплиц 13.

В энергобалансе европейских стран биогаз занимает 3-4%. В Финляндии, Швеции и Австрии, благодаря государственному стимулированию биоэнергетики, его доля достигает 15-20%. В Китае действует 12 млн. маленьких «семейных» биогазовых установок, снабжающих газом в основном кухонные плиты. Распространена эта технология в Индии, в Африке. В России  установки для получения биогаза используются мало.

Список используемой литературы.

- Журнал «Вокург Света» №7, июль 2006г

- Журнал «Химия и Жизнь» №4, 2007

- Крискунов Е.А. Экология (учебник), М. 1995г.

- Правда.ру

- Ревич Б.А. «Россия в окружающем мире: 2004»

- http://primpogoda.ru/

- http://www.priroda.su/item/389

    -http://www.climatechange.ru/node/119

    - http://energyland.info

      - http://ск прораб.рф