2.3. Парниковый эффект и альбедо

Парниковый эффект возникает в атмосфере при наличии парниковых газов, способных пропускать коротковолновое излучение, но задерживать длинноволновое (тепловое) излучение. Земная атмосфера сравнительно хорошо пропускает коротковолновую солнечную радиацию, которая почти полностью поглощается земной поверхностью, так как альбедо земной поверхности мало. Нагреваясь за счет поглощения солнечной радиации, земная поверхность становится источником длинноволнового (теплового) излучения, которое почти полностью поглощается в атмосфере парниковыми газами. Главными парниковыми газами современной атмосферы Земли являются Н₂О и СО₂, изменение содержания которых в атмосфере связано как с природными, так и с антропогенными процессами.

Абсолютная величина парникового эффекта составляет  160 Вт/м². Около 100 Вт/м² определяется парами воды. Примерно за 50 Вт/м² ответственен газ СО₂, оставшуюся часть парникового эффекта определяют газы СН₄, N₂О и О₃.

«Атмосфера, создающая парниковый эффект, представляет собой многослойное образование и эквивалентна «шубе». В отличие от шубы в парниковом эффекте источник тепла оказывается внешним – атмосфера прозрачна для солнечного излучения и малопрозрачна для теплового. В отсутствие атмосферы при нулевом альбедо температура планеты (t_R – орбитальная температура планет) определяется солнечной постоянной. Для Земли t_R = + 5 ⁰С. Наличие альбедо Земли понижает температуру на 23 ⁰С (до минус 18 ⁰С), а парниковый эффект повышает температуру на 33 ⁰С (до + 15 ⁰С). На Венере эти изменения достигают сотен градусов. Таким образом, приземная температура планеты, содержащей атмосферу, практически полностью определяется не её орбитальным положением, на которое биота воздействовать не может, а величиной альбедо и парникового эффекта, которые могут полностью находиться под контролем биоты» [1].

Прямая и рассеянная солнечная радиация, направленная к поверхности Земли, обычно носит название суммарной радиации (I_s). Суммарная радиация (I_s), частично отражается (I_отр.), а частично поглощается земной поверхностью. Соотношение потоков отраженной и падающей радиации зависит от величины отражающей способности поверхности, которая называется альбедо (а):

(I_отр/I_s) = а

Значения альбедо для различных поверхностей суши широко варьируют (табл. 2.3.) в зависимости от состава растительности, почв, наличия снежного покрова.

Таблица 2.3. Средние значения альбедо (а) для некоторых поверхностей суши.

Поверхность	а, %	Поверхность	а, %
Устойчивый снежный покров Неустойчивый снежный покров Тундра Древесная растительность Степи	70 – 80 45 18 10 – 18 18	Полупустыни Чернозем сухой Чернозем влажный Песок желтый сухой Рожь и пшеница	30 14 8 35 10 – 25

Более 80% всего отраженного Землей солнечного излучения приходится на атмосферу. Альбедо (отражающая способность) атмосферы определяется, главным образом, наличием облаков и частиц пыли. Выброс огромного количества пылеватых частиц в атмосферу, который происходит при извержении вулканов, способен значительно снизить величину суммарной радиации, достигающей земной поверхности и привести к глобальному понижению температуры. Расчеты выдающегося российского эколога Н.Н. Моисеева показали, что катастрофическое глобальное похолодание возможно и при массовом использовании ядерного оружия, которое, помимо прочих негативных последствий, приведет к поступлению гигантских количеств пыли в атмосферу. Это гипотетический феномен получил название «ядерной зимы».

Отметим, что стабильность большинства энергетических процессов в атмосфере и биосфере Земли связана с относительным постоянством поступления солнечной энергии. Солнечная постоянная (I_с) – количество лучистой энергии Солнца, поступающей в единицу времени на единицу площади поверхности, перпендикулярной к солнечным лучам и находящейся вне земной атмосферы на среднем расстоянии Земли от Солнца:

I_с = 1367 Вт/м².

Наблюдаемые изменения солнечной постоянной не превышают 0,1% !