Теория парникового эфефкта

Для проверки корректности выражения (2) по нему были рассчитаны распределения  температуры в тропосферах Земли и Венеры по заданным составам и давлениям, взятым из модели стандартной атмосферы Земли и Венеры. Результаты расчета, учитывающие современные значения давлений атмосферы на поверхностях этих планет: =1 и 90,9 атм. при = 1 атм.; углов прецессии = 23,44° и ≈ 3,18°, показаны на рис. 2.

Из приведенных сравнений следует, что среднее распределение температуры в тропосфере планеты однозначно определяется солнечной постоянной, давлением (массой) атмосферы, теплоемкостью ее газового состава и углом прецессии оси вращения планеты. При этом теоретическое значение поверхностной температуры Венеры оказалась равным: = 735 К, а Земли – 288 К, тогда как эмпирические значения этих же температур соответственно равны 735,3 и 288,2 К. Такое совпадение теоретических и эмпирических данных, безусловно, нельзя считать случайным – оно убедительно свидетельствует в пользу правильности рассматриваемой физической теории.

Возвращаясь теперь к распределению температуры на Земле, обратим внимание, что вынос тепла с ее поверхности конвекцией, радиацией или конденсацией влаги в атмосфере, очевидно, определяются тем общим запасом тепла, который связан с тем или иным процессом. Из уравнения (2) следует, что при = удельную работу (удельную энергию) переноса тепла воздушными массами от поверхности Земли к стратосфере, по-видимому, можно выразить произведением удельной теплоемкости сухого воздуха или процессов конденсации влажности и радиационного излучения , на приземную температуру . Учитывая теперь, что теплоемкость сухого воздуха равна = 0,2394 кал/г · град, теплоемкость процессов конденсации влаги = 0,0897 кал/г · град, теплоемкость радиационных процессов =0,0306 кал/г · град, а приземная температура равна = 288,2 К, находим: ля абсолютно сухой и прозрачной атмосферы, перенос тепла в которой может происходить только конвективным путем, = 68,99 кал/ , для процесса конденсации влаги = 25,85 кал/ , а для

Рис. 2. Распределение экспериментально определенных температур в тропосфере и стратосфере Земли (кривая 4) и в тропосфере Венеры (1 и 2) [3] в сопоставлении с осредненными теоретическими распределениями (5 и 3), построенными по физической (адиабатической) теории парникового эффекта (на приведенном рисунке температуры показаны в абсолютных (физических) градусах Кельвина).

радиационной  составляющей (поглощения тепла «парниковыми газами»)  = 8,82 кал/ . Откуда получаем, что вклад конвективной составляющей в передачу тепла приблизительно равен 66,55%, процессов конденсации влаги 24,94%, а «парниковых» газов равен всего 8,51% (рис. 3).

Обратим внимание на то, что увеличение параметров поглощения тепла в тропосфере так называемыми «парниковыми газами» приводит только к тому, что уменьшается показатель адиабаты α. Кроме того, надо учитывать, что углекислотная атмосфера более плотная, чем азотно-кислородная, поэтому уровни одинакового давления для них будут располагаться на разных высотах .

Таким образом, мы приходим к парадоксальному, на первый взгляд, выводу, что поглощение ИК-излучения  в тропосфере не повышает, а, наоборот, только снижает температуру планетной  тропосферы (рис. 4).

Физически же это объясняется высокой эффективностью конвективного выноса тепла от поверхности планеты к низам стратосферы, где оно уже радиационным путем быстро удаляется из атмосферы в космос. Действительно, это и понятно, поскольку после поглощения парниковыми газами теплового излучения Земли его энергия переходит в энергию тепловых колебаний молекул газа, что, в свою очередь, приводит к расширению газовой смеси и быстрому ее подъему к стратосфере (где далее избытки тепла теряются уже с радиационным излучением). На смену поднявшихся теплых объемов воздуха из верхних слоев тропосферы опускается охлажденный воздух, в результате общая температура даже несколько снижается. Отсюда, в частности, следует, что в тропосфере с повышенным содержанием углекислого газа должен существенно ускоряться конвективный массообмен атмосферных газов. Не исключено поэтому, что наблюдаемая в последние

Рис. 3. Баланс переноса тепла в тропосфере Земли: с конвективными движениями воздушных масс теряется около 66,6 % тепла, конденсация влаги добавляет еще 24,9 %, а на долю радиационного излучения остается только около 8,5 % теряемого Землей тепла.

Рис. 4. Осредненные распределения температуры в земной тропосфере [6]: 1 – для реальной модели земной атмосферы с азотно-кислородной воздушной смесью; 2 – для модели земной атмосферы с углекислотным составом воздуха (остальные параметры такие же, как и в стандартной модели 1). Сравнение кривых показывает, что накопление в атмосфере приводит только к похолоданию климата.

годы интенсификация синоптических процессов (но не повышение температуры) в тропосфере Земли может быть связана именно с накоплением в ней антропогенного углекислого газа.

Аналогично  этому при мысленной замене углекислотной  атмосферы Венеры на азотно-кислородную, но при том же давлении 90,9 атм., ее поверхностная температура повышается с 735,3 К до 793,4 К, или с 462 до 520° С (рис. 5).

Таким образом, на поверку выходит, что общепринятые представления о потеплении земного  климата за счет накопления в атмосфере  антропогенного   являются мифом, реально же, накопление   при прочих равных условиях может приводить только к похолоданию климата и к некоторому усилению синоптической активности в тропосфере Земли.

Существуют  и прямые свидетельства того, что изменения парциального давления   в атмосфере являются следствием изменения климата, а не его причиной. Так, при бурении толщи ледникового покрова на станции Восток в Антарктиде [1] проводилось одновременное измерение средних температур океанов, испарение воды которых и породило антарктический ледниковый покров, и содержания в пузырьках воздуха этого же покрова. Температура испарения океанических вод определялась по изотопным сдвигам кислорода и водорода (дейтерия) O и D. При этом, оказалось, что наблюдалась весьма сильная прямая корреляция этих параметров на всем изученном интервале освещения истории накопления льда в Антарктиде за 420 тысяч лет.

Рис. 5. Осредненные распределения температуры  в тропосфере Венеры, построенные  по выражению (2) [4, 6]: 1 – распределение температуры для реальной углекислотной тропосферы Венеры; 2 – распределение температуры для гипотетической модели азотно-кислородного состава тропосферы Венеры, при прочих равных условиях.

Тем не менее, анализ результатов показал, что вначале  менялась температура, и только за ней, через 500–600 лет концентрация [2, 5]. Этот результат практически однозначно говорит о том, что колебания концентрации в атмосфере являются следствием изменений климата, а не его причиной. Кстати, время 500–600 лет как раз соответствует полному перемешиванию верхнего, деятельного слоя Мирового океана.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выводы

Деятельность  человека столь грандиозна по размаху, что уже приобрела глобальный природообразующий масштаб. До сих пор мы по преимуществу искали, как можно больше взять у природы. И поиск в этом направлении будет продолжаться. Но наступает пора столь же целеустремленно поработать и над тем, как отдать природе то, что мы у нее забираем. Нет сомнения, что гений человечества способен решить и эту грандиозную задачу. Уверен, что мы своим отношением к природе уподобляемся рубящему сук под собой. Испортили, а потом начинаем кричать об этом.

Я считаю, что  сейчас все силы надо бросить на то, чтобы на каждом производстве был  разработан замкнутый цикл, то есть чтобы ничего не выбрасывалось ни в воздух, ни в реки, а все перерабатывалось и использовалось. От этого все  только выиграют. Государство получит дополнительную продукцию, а люди будут дышать чистым воздухом.

Вероятно, перспектива  парникового эффекта может стать  катализатором всемирного осознания  срочной необходимости начала действий по защите нашей Земли.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1.  Котляков В.М. Гляциология Антарктиды. М.: Наука, 2000. 432 с.

2.  Мохов И.И., Безверхний В.А., Карпенко А.А.Циклы Миланковича и эволюция характеристик климатического режима и состава атмосферы по данным ледяных кернов с антарктической станции Восток // Материалы гляциол. иссл. 2003. Т. 95. С. 3–8.

3. Планета Венера (атмосфера, поверхность, внутреннее строение). М.: Наука, 1989. 482 с.

4.  Сорохтин О.Г. Жизнь Земли. М.–Ижевск: Институт компьютерных исследований; НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2007. 452 с.

5.  Fischer H., Wahlen M., Smith J., Mastroianni D. Deck B. Ice core records of atmospheric CO2 around the last three glacial terminations // Science. 1999. Vol. 283. P. 1712–1714.

6.  Sorokhtin O.G., Chilingar G.V., Khilyuk L.F. Global warming and global cooling: evolution of climate on Earth. Elsevier, 2007. 313 p.28.  Sorokhtin O.G., Chilingar G.V., Khilyuk L.F., Gorfunkel M.V. Evolution of the Earth’s global climate. //Energy sources. Part A. 2007. Vol. 29. N 1. P. 1–19.