Роль парниковых газов в формировании климата на Земле

Воздушная оболочка нашей планеты и воздух, которым мы все дышим, состоит из нескольких газовых фракций. Наиболее распространёнными среди них являются азот и кислород, составляющие по объёму 78% и 21% соответственно. На все остальные второстепенные компоненты приходится всего около 1%. Доля так называемых, парниковых газов, ещё меньше – около 0,5%. Но несмотря на это, они делают возможным существование жизни на Земле и поддерживают относительно стабильные климатические условия на протяжении миллионов лет.

К основным парниковым газам принято относить углекислый (CO2), метан (СН4) и водяной пар (Н2О). Но почему же их называют парниковыми? Всё дело в том, как они взаимодействуют с излучением, имеющих различную длину волны. От Солнца к нам на планету поступает энергия с достаточно короткими волнами электромагнитного спектра (в основном, это видимый свет и частично мягкое ультрафиолетовое излучение). Атмосфера этот солнечный свет хорошо пропускает и практически не задерживает его. Когда поверхность Земли и воздушная оболочка нагревается, то начинает сама уже излучать энергию, но на этот раз в более длинной части спектра – инфракрасное (его ещё называют тепловое) излучение. Оно не видимо для нашего глаза, но ощущается нами как тепло. При взаимодействии такого излучения с метаном или углекислым газом, оно не проходит свободно, а задерживается, отражается обратно по направлению к поверхности и рассеивается (см. схему). Получается, что воздух становится уже не совсем прозрачным для этой длины волны и часть пришедшей энергии от Солнца задерживается, поскольку не может беспрепятственно покинуть пределы Земли.

Именно благодаря парниковым газам, которые выступают в роли своеобразной «теплицы», средняя глобальная температура горазда выше, чем была бы при отсутствии их. В наше время она колеблется в пределах около +15 °С. А если исключить парниковые газы полностью, то глобальная температура по всей планете снизилась бы примерно до -18 °С! Как видим, несмотря на то, что парниковых газов очень мало в процентном количестве по сравнению с другими компонентами, они играют важнейшую роль для становления благоприятных климатических и погодных условий. Поэтому совершенно не верно говорить, что человечество вызвало парниковый эффект. Он итак всегда был, а наша деятельность лишь немного его усилила, буквально на 2 – 3%. Но и этого хватило, чтобы почувствовать изменения, которые проявляются в различных аспектах – начиная от повышения уровня Мирового океана и заканчивая вариациями режима осадков, количества облаков и сокращением численности многих представителей земной биоты. В том случае, когда концентрация парниковых газов становится крайне высокой, то происходит уже неконтролируемый парниковый эффект. Яркий пример этого процесса можно наблюдать на Венере, где средняя температура у поверхности достигает 480 °С, а углекислый газ составляет около 96% от общего объёма атмосферы.

Естественными источниками поступления в атмосферу Земли углекислого газа и водяного пара являются различные геологические процессы (извержения вулканов, гейзеры, тектонические разломы и прочее), а также наличие гидросферы и биосферы с их сложными взаимосвязями. Метан высвобождается обычно в результате процессов жизнедеятельности животных и гниения органических остатков (болота, торфяники). С началом активной промышленной деятельности во второй половине XIX веке, рост концентрации различных парниковых газов начал стремительно повышаться. На данный момент уровень углекислого газа увеличился примерно вдвое по сравнению с доиндустриальной эпохой. Похожая ситуация обстоит также с метаном и некоторыми другими соединениями. Несмотря на то, что эта добавка кажется малозаметной в масштабах всей атмосферы, но эффект на окружающую среду стал уже существенным. Судя по всему, в ближайшие десятилетия рост уровня таких газов продолжится, даже несмотря на то, что многие страны сейчас активно работают для снижения выбросов от производства и транспорта.