- •Физико-химические процессы в атмосфере Учебное пособие
- •Физико-химические процессы в атмосфере Предмет и содержание курса «Химия окружающей среды»
- •1. Состав и строение атмосферы
- •Примеры решения задач
- •2. Устойчивость атмосферы
- •Примеры решения задач
- •3. Солнечное излучение
- •Примеры решения задач
- •4. Ионосфера Земли
- •Примеры решения задач
- •5. Химия стратосферы
- •5.1. Озон в атмосфере
- •5.2. Образование и разрушение озона в атмосфере
- •5.3. Обрыв цепи в процессах, вызывающих разрушение озона
- •5.4. «Озоновая дыра» над Антарктидой
- •5.5. Международные соглашения, направленные на сохранение озонового слоя
- •Примеры решения задач
- •6. Превращения примесей в тропосфере
- •6.1. Свободные радикалы в тропосфере
- •6.2. Химические превращения органических соединений в тропосфере
- •6.3. Трансформация соединений серы в тропосфере
- •6.4. Соединения азота в тропосфере
- •6.5. Фотохимический смог в городской атмосфере
- •0 1 2 3 4 Продолжительность облучения, ч
- •6.6. Дисперсные системы в атмосфере
- •6.7. Парниковый эффект
- •Примеры решения задач
- •Контрольные вопросы по теме: «Физико-химические процессы в атмосфере»
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Модуль № 1. Физико-химические процессы в атмосфере
- •Задачи к первому учебному модулю
- •Ответы на задачи для самостоятельного решения
- •Приложение
- •Литература
- •Содержание
- •Учебное издание
6.7. Парниковый эффект
Каждое материальное тело, температура которого выше температуры окружающей среды, как известно, испускает электромагнитное излучение. Чем выше температура тела, тем больше энергия и короче длина волны этого излучения. Поверхность Солнца имеет температуру около 6000 К, и максимальное количество энергии солнечного излучения приходится на длины волн в интервале от 340 до 4000 нм. Для абсолютно черного тела при температурах, характерных для земной поверхности, максимальное количество энергии выделяется с излучением, имеющим длину волны около 10000 нм.
Таким образом, Земля поглощает солнечное излучение (преимущественно в видимом диапазоне) и испускает тепло в инфракрасном диапазоне. Поскольку средняя глобальная температура на протяжении последних 10-15 тыс. лет оставалась практически постоянной, можно утверждать, что на планете наблюдался тепловой баланс. Оценка средней температуры Земли, выполненная на основании этого баланса, при условии отсутствия атмосферы вокруг планеты (пример 32) дает значение, отличающееся от реально наблюдаемого более чем на 35 градусов. В случае отсутствия атмосферы температура на планете была бы более чем на 20 градусов ниже 0°С. Однако, являясь смесью газов, атмосфера Земли не излучает в непрерывном диапазоне волн, как абсолютно черное тело. Компоненты атмосферы, молекулы которых содержат три и более атомов в своем составе, – такие, как вода, диоксид углерода и многие другие, интенсивно поглощают излучение в инфракрасном диапазоне, на которое приходится максимальное количество энергии, излучаемой Землей.
Водяной пар интенсивно поглощает излучение в диапазоне длин волн 5-7 мкм и более 14 мкм, диоксид углерода – в диапазоне длин волн 4-5 мкм и более 12 мкм. Область длин волн 8-11 мкм не поглощается этими компонентами и является практически прозрачной для излучения Земли. Эту область длин волн называют «окном прозрачности» атмосферы, образно сравнивая его с открытой форточкой, через которую беспрепятственно осуществляется отвод тепловой энергии в окружающее пространство.
Увеличение концентрации диоксида углерода в атмосфере, особенно интенсивное в последние 200 лет, приводит к росту эффективности поглощения инфракрасного излучения. В результате этого температура Земли может возрастать. К повышению температуры может привести и увеличение концентрации в тропосфере таких газов, как О3, СН4,N2O,NO2,SO2, фреонов. Эти газы, способные улавливать инфракрасное излучение и частично перекрывать «окна прозрачности» атмосферы, как и диоксид углерода, называют парниковыми газами.
Необходимо отметить, что увеличение концентрации аэрозолей в атмосфере и рост альбедо земной поверхности приводят к обратному эффекту – уменьшению температуры в приземном слое. Это явление связано с усилением отражающей способности атмосферы и земной поверхности. Такое возможное резкое снижение температуры, связанное с увеличением запыленности атмосферы при столкновении с астероидом, рассматривается как одна из наиболее вероятных причин гибели динозавров. На климатические последствия, которые могут привести к гибели всего живого, – «ядерную ночь» и следующую за ней «ядерную зиму» – указывают и результаты оценки возможных военных действий с применением ядерного оружия, которые были впервые проведены советскими учеными во главе с Н. Н. Моисеевым. Мелкодисперсные, устойчивые в атмосфере аэрозоли, образующиеся при наземных ядерных взрывах, на длительный промежуток времени могут снизить количество энергии, поступающей на планету, и понизить температуру в приземном слое.