Журнал "Вокруг Света" №8 за 2002 год

В свою очередь, нагретая Солнцем Земля сама излучает энергию, значительная доля которой задерживается атмосферой и возвращается обратно к Земле. Благодаря этому вблизи земной поверхности и поддерживается равновесная температура, благоприятная для развития органической жизни. Способность атмосферы сохранять тепло у поверхности называют парниковым эффектом — она, подобно стеклу парника, пропускает видимое излучение от Солнца и не дает выйти наружу инфракрасному излучению. Причем без естественного парникового эффекта средняя температура Земли находилась бы на отметке около –18°С вместо +14°С.

Эффект парника

Парниковый эффект — это результат поглощения тепла определенными газами (они называются парниковыми), находящимися в атмосфере, и переизлучением обратно к Земле части этого тепла. Наиболее важный из парниковых газов — водяной пар, за ним следуют углекислый газ (СО2), метан и небольшие примеси других газов. Водяной пар возникает от естественного дыхания, отпотевания и испарения, его содержание в атмосфере повышается с увеличением температуры земной поверхности.

Углекислый газ поступает в атмосферу в результате распада материалов, дыхания растительной и животной жизни, а также природных и внесенных человеком продуктов. Удаляется же он из атмосферы фотосинтезом и поглощением океана. Бурение антарктического ледяного щита, позволившее определить содержание СО2 в атмосфере за последние 400 000 лет, выявило удивительную стабильность его концентрации, хотя были, конечно, и некоторые периоды его колебания. Исследователи, работавшие в Антарктике, предполагают, что Земля, вероятно, обладает некой системой автоматического саморегулирования концентрации СО2 в атмосфере. Она успешно «работала» лишь до той поры, пока не началась эпоха индустриализации, приведшая к поглощению углеродного топлива во все возрастающих объемах.

Метана — наиболее эффективно «запирающего» тепло газа, в атмосфере значительно меньше, чем углекислого газа. Метан является результатом распада материи без доступа кислорода. Главные его источники — заболоченные местности, рисовые плантации, остатки пищеварения животных и гниющий мусор. Что касается окиси азота, то ее основные источники — почвы и океаны.

Бурное развитие новых технологий привело к появлению новых парниковых газов и новых источников для уже существующих. И хотя рукотворные парниковые газы, такие как галогенуглеродные соединения, были «придуманы» лишь в течение последних 100 лет, их вклад в парниковый эффект достаточно весом. Незначительная концентрация в атмосфере парниковых газов означает, что ее относительное количество легко может измениться, но даже такие минимальные атмосферные изменения могут быть очень важны. Высокая эффективность, с которой эти газы «запирают» инфракрасное излучение, вызывает беспокойство прогрессирующим увеличением их в атмосфере, поскольку ведет к изменениям средней глобальной температуры. Поэтому есть предположения, что увеличение парникового эффекта может привести к значительным изменениям в экосистеме вообще. Иными словами, глобальное увеличение температуры, наряду со многими другими соответствующими изменениями в климате, представляют собой единую проблему, именуемую глобальным потеплением.

Там, за облаками

Облака (видимые собрания мелких частиц или льда, взвешенных в атмосфере), и в их числе мелкие атмосферные частицы — аэрозоли, являются одними из наиболее очевидных и важных факторов, воздействующих на земной климат, но в то же время и одними из самых переменных его компонентов. Облака обладают способностью влиять как на приходящие к Земле, так и на уходящие с ее поверхности потоки энергии. С одной стороны, облака отражают поступающее солнечное излучение (это ведет к охлаждению климата), а с другой — помогают удерживать энергию, которую Земля могла бы излучить в космическое пространство (вносят вклад в парниковый эффект). Помимо этого, облака играют ключевую роль в водном цикле Земли.

Для формирования облаков необходимо присутствие водяного пара и аэрозолей, которые в изобилии присутствуют в атмосфере Земли. Водяной пар, или вода в своем газовом состоянии, доставляется с поверхности в атмосферу благодаря испарению (процесс, помогающий воде испаряться из крошечных отверстий на листьях растений в процессе их дыхания).

Энергия, забираемая от поверхности Земли испаряющейся водой, называется скрытым теплом, оно освобождается, когда водяной пар при образовании облаков снова превращается в капельки воды. Это явление — один из способов, которым земная поверхность передает в атмосферу излишки тепла, полученного от Солнца. Незначительные, казалось бы, изменения в облачном покрытии на самом деле оказывают немалое влияние на баланс всей земной энергии, поэтому так важно понять и принцип глобального распределения облаков, и его связь как с региональным, так и с глобальным климатом.