Роль парникових газів у формуванні клімату Землі

Повітряна оболонка нашої планети та повітря, яким ми всі дихаємо, складається з кількох газових фракцій. Найбільш поширеними серед них є азот та кисень, які становлять за обсягом 78% та 21% відповідно. На всі інші другорядні компоненти припадає лише близько 1%. Частка так званих парникових газів ще менша – близько 0,5%. Але незважаючи на це, вони уможливлюють існування життя на Землі та підтримують відносно стабільні кліматичні умови протягом мільйонів років.

До основних парникових газів прийнято відносити вуглекислий (CO2), метан (СН4) та водяну пару (Н2О). Але чому їх називають парниковими? Вся справа в тому, як вони взаємодіють із випромінюванням з різною довжиною хвиль. Від Сонця до нас на планету надходить енергія з досить короткими хвилями електромагнітного спектру (в основному це видиме світло і частково м'яке ультрафіолетове випромінювання). Атмосфера це сонячне світло добре пропускає та практично не затримує його. Коли поверхня Землі та повітряна оболонка нагрівається, то починає сама вже випромінювати енергію, але вже у довшій частині спектру – інфрачервоне (його ще називають теплове) випромінювання. Воно є невидимим для нашого ока, але відчувається як тепло. При взаємодії такого випромінювання з метаном або вуглекислим газом воно не проходить вільно, а затримується, відбивається назад у напрямку до поверхні та розсіюється (див. схему). Виходить, що повітря стає вже не зовсім прозорим для цієї довжини хвилі і частина енергії, яка надійшла від Сонця, затримується, оскільки не може безперешкодно покинути межі Землі.

Саме завдяки парниковим газам, які виступають у ролі своєрідної «теплиці», середня глобальна температура набагато вища, ніж була б за їх відсутності. У наш час вона коливається близько +15 °С. А якщо виключити парникові гази повністю, то глобальна температура по всій планеті знизиться приблизно до -18 °С! Як бачимо, незважаючи на те, що парникових газів дуже мало у відсотковій кількості порівняно з іншими компонентами, вони відіграють найважливішу роль для становлення сприятливих погодних та кліматичних умов. Тому зовсім не правильно говорити, що людство спричинило парниковий ефект. Він завжди був, а наша діяльність лише трохи його посилила, буквально на 2 – 3%. Але й цього стало достатньо, щоб відчути зміни, які проявляються у різних аспектах – починаючи від підвищення рівня Світового океану до варіацій режиму опадів, кількості хмар та скорочення чисельності багатьох представників земної біоти. У тому випадку, коли концентрація парникових газів стає вкрай високою, відбувається вже неконтрольований парниковий ефект. Яскравий приклад цього процесу можна спостерігати на Венері, де середня температура біля поверхні досягає 480 °С, а вуглекислий газ становить близько 96% від загального обсягу атмосфери.

Природними джерелами надходження в атмосферу Землі вуглекислого газу та водяної пари є різні геологічні процеси (виверження вулканів, гейзери, тектонічні розломи та інше), а також наявність гідросфери та біосфери зі своїми складними взаємозв'язками. Метан вивільняється зазвичай у результаті процесів життєдіяльності тварин та гниття органічних залишків (болота, торфовища). З початком активної промислової діяльності у другій половині XIX століття, зростання концентрації різних парникових газів почало стрімко підвищуватися. На даний момент рівень вуглекислого газу збільшився приблизно вдвічі, порівняно з доіндустріальною епохою. Схожа ситуація також з метаном та деякими іншими сполуками. Незважаючи на те, що ця добавка здається малопомітною в масштабах усієї атмосфери, але ефект на навколишнє середовище став відчутним. Враховуючи стан економіки багатьох держав, у найближчі десятиліття зростання рівня таких газів продовжиться, навіть не дивлячись на те, що деякі країни зараз активно працюють для зниження викидів від виробництва і транспорту.