Чому вуглекислий газ має такий негативний вплив на клімат Землі

Чому вуглекислий газ має такий негативний вплив на клімат Землі Супутник орбітальної обсерваторії вуглецю проводить точні вимірювання рівня вуглекислого газу Землі з космосу. НАСА / JPL

Мене часто запитують, як вуглекислий газ може мати важливий вплив на світовий клімат, коли його концентрація настільки мала - просто 0.041% земної атмосфери. І людська діяльність відповідає за це всього 32% від цієї суми.

Я вивчаю значення атмосферних газів для забруднення повітря та зміни клімату. Ключовим фактором сильного впливу вуглекислого газу на клімат є його здатність поглинати тепло, що випромінюється з поверхні нашої планети, не даючи йому вийти в космос.

Чому вуглекислий газ має такий негативний вплив на клімат Землі «Крива Кілінга», названа вченим Чарльзом Девідом Кілінг, відстежує накопичення вуглекислого газу в атмосфері Землі, виміряне частками на мільйон. Скріппсовскій океанографічний інститут, CC BY

Рання теплична наука

Вчені, які вперше визначили важливість вуглекислого газу для клімату в 1850, також були здивовані його впливом. Працюючи окремо, Джон Тиндалл в Англії та Юніс Фут у США встановили, що вуглекислий газ, водяна пара та метан поглинають тепло, тоді як більш рясні гази цього не роблять.

Вчені вже підрахували, що Земля становить приблизно 59 градусів Фаренгейта (33 градусів Цельсія) тепліше, ніж має бути, враховуючи кількість сонячного світла, що досягає його поверхні. Найкращим поясненням цієї розбіжності було те, що атмосфера зберігала тепло для нагрівання планети.

Тіндалл і Фут показали, що азот і кисень, які разом складають 99% атмосфери, по суті не впливають на температуру Землі, оскільки не поглинають тепло. Швидше вони виявили, що гази, присутні в набагато менших концентраціях, повністю відповідальні за підтримку температури, яка зробила Землю придатною для життя, захоплюючи тепло для створення природний парниковий ефект.

Ковдра в атмосфері

Земля постійно отримує енергію від сонця і випромінює її назад у космос. Щоб температура планети залишалася постійною, чисте тепло, яке вона отримує від сонця, має бути збалансоване за рахунок виходу тепла, яке воно випромінює.

Оскільки сонце спекотне, воно виділяє енергію у вигляді короткохвильового випромінювання переважно на ультрафіолетовій та видимій довжинах хвиль. Земля набагато прохолодніша, тому вона випромінює тепло як інфрачервоне випромінювання, яке має більшу довжину хвилі.

Електромагнітний спектр - це діапазон усіх видів ЕМ-випромінювання - енергії, яка рухається і поширюється в міру її проходження. Сонце набагато спекотніше Землі, тому воно випромінює випромінювання з більш високим енергетичним рівнем, який має меншу довжину хвилі. НАСА

Вуглекислий газ та інші теплозахоплюючі гази мають молекулярні структури, які дозволяють їм поглинати інфрачервоне випромінювання. Зв'язки між атомами в молекулі можуть вібрувати особливими способами, як крок струни фортепіано. Коли енергія фотона відповідає частоті молекули, вона поглинається і її енергія передається молекулі.

Вуглекислий газ та інші теплозахоплюючі гази мають три або більше атомів і частот, які відповідають інфрачервоному випромінюванню, випромінюваному Землею. Кисень і азот, що мають лише два атоми в своїх молекулах, не поглинають інфрачервоне випромінювання.

Більшість надходить короткохвильового випромінювання від сонця проходить через атмосферу, не поглинаючись. Але більшість інфрачервоних випромінювань поглинаються тепловими газами в атмосфері. Тоді вони можуть виділяти або повторно випромінювати це тепло. Деякі повертаються на поверхню Землі, зберігаючи її тепліше, ніж це було б інакше.

Чому вуглекислий газ має такий негативний вплив на клімат Землі Земля отримує сонячну енергію від сонця (жовта) і повертає енергію назад у космос, відбиваючи деяке надходить світло і випромінюючи тепло (червоне). Парникові гази захоплюють частину цього тепла і повертають його на поверхню планети. НАСА через Вікімедію

Дослідження щодо передачі тепла

Під час холодної війни поглиблено вивчалось поглинання інфрачервоного випромінювання багатьма різними газами. Роботою керували ВВС США, які розробляли ракети, що шукають тепло, і потрібно було зрозуміти, як виявити тепло, що проходить через повітря.

Це дослідження дозволило вченим зрозуміти клімат і атмосферний склад усіх планет Сонячної системи, спостерігаючи їх інфрачервоні сигнатури. Наприклад, у Венери близько 870 F (470 C), оскільки її густа атмосфера 96.5% вуглекислого газу.

Він також повідомив прогноз погоди та кліматичні моделі, що дозволило їм кількісно визначити, скільки інфрачервоного випромінювання утримується в атмосфері та повертається на поверхню Землі.

Люди іноді запитують мене, чому вуглекислий газ важливий для клімату, враховуючи, що водяна пара поглинає більше інфрачервоного випромінювання, а два гази поглинають на кількох однакових довжинах хвиль. Причина полягає в тому, що верхня земна атмосфера контролює випромінювання, яке потрапляє в космос. Верхня атмосфера набагато менш щільна і містить набагато менше водяної пари, ніж поблизу землі, а це означає, що додавання більше вуглекислого газу суттєво впливає скільки інфрачервоного випромінювання потрапляє в космос.

Рівень вуглекислого газу збільшується і падає по всьому світу, сезонно змінюючись ростом і занепадом рослин.

Спостереження за парниковим ефектом

Ви ніколи не помічали, що пустелі часто холодніші вночі, ніж ліси, навіть якщо їх середня температура однакова? Не маючи великої кількості водяної пари в атмосфері над пустелями, радіація, яку вони виділяють, швидко вилітає в космос. У більш вологих регіонах випромінювання з поверхні затримується водяною парою в повітрі. Так само похмурі ночі, як правило, тепліші, ніж ясні ночі, оскільки більше водяної пари.

Вплив вуглекислого газу можна побачити в минулих змінах клімату. Крижані ядра останніх мільйонів років показали, що концентрація вуглекислого газу в теплі періоди була високою - близько 0.028%. Під час крижаних віків, коли Земля була приблизно від 7 до 13 F (4-7 C) кулер, ніж у 20 столітті, вуглекислий газ лише близько 0.018% атмосфери.

Незважаючи на те, що водяна пара важливіша для природного парникового ефекту, зміни вуглекислого газу спричинили минулі зміни температури. Навпаки, рівень водяної пари в атмосфері відповідає температурі. Коли Земля стає теплішою, її атмосфера може утримувати більше водяної пари, Яка посилює початкове потепління у процесі, який називають "зворотним зв'язком з водною парою". Варіації вуглекислого газу тому були контролюючий вплив про минулі зміни клімату.

Невеликі зміни, великі ефекти

Не дивно, що невелика кількість вуглекислого газу в атмосфері може мати великий ефект. Ми приймаємо таблетки, які є невеликою часткою нашої маси тіла, і сподіваємось, що вони вплинуть на нас.

Сьогодні рівень вуглекислого газу вище, ніж будь-коли в історії людства. Вчені широко погоджуються, що середня температура поверхні Землі вже збільшився приблизно на 2 F (1 C), починаючи з 1880, і що спричинене людиною збільшення вуглекислого газу та інших теплозахоплюючих газів є вкрай вірогідно нести відповідальність.

Без дій щодо контролю викидів, вуглекислий газ може досягти 0.1% атмосфери за 2100, що більш ніж втричі перевищує рівень до промислової революції. Це було б швидша зміна, ніж переходи в минулому Землі це мало величезні наслідки. Без дій ця маленька ковзання атмосфери спричинить великі проблеми.

про автора

Джейсон Вест, професор екологічних наук та техніки, Університет Північної Кароліни на Чапел-Хілл

Ця стаття перевидана з Бесіда за ліцензією Creative Commons. Читати оригінал статті.

книги_причини

 

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

слідкуйте за InnerSelf далі

Facebook-iconщебетати значокrss-значок

 Отримайте останні по електронній пошті

{emailcloak = off}

ОСТАННІ ВІДЕО

Останній льодовий період розповідає нам, чому нам потрібно дбати про 2 ℃ зміну температури
Останній льодовий період розповідає нам, чому нам потрібно дбати про 2 ℃ зміну температури
by Алан Н Вільямс та ін
В останній доповіді Міжурядової групи з питань зміни клімату (МГЕЗК) зазначено, що без істотного зменшення…
Земля залишається придатною для життя мільярди років - саме те, наскільки нам пощастило?
Земля залишається придатною для життя мільярди років - саме те, наскільки нам пощастило?
by Тобі Тіррелл
Еволюція зайняла 3 або 4 мільярди років, щоб отримати Homo sapiens. Якби клімат повністю зазнав краху лише один раз у цьому ...
Як картографування погоди 12,000 XNUMX років тому може допомогти передбачити майбутні зміни клімату
Як картографування погоди 12,000 XNUMX років тому може допомогти передбачити майбутні зміни клімату
by Бріс Рі
Кінець останнього льодовикового періоду, приблизно 12,000 років тому, характеризувався заключною холодною фазою, яка називалася Молодший дріас ...
У цьому столітті Каспійське море має впасти на 9 і більше метрів
У цьому столітті Каспійське море має впасти на 9 і більше метрів
by Френк Весселінг і Маттео Латтуада
Уявіть, що ви перебуваєте на узбережжі і дивитесь на море. Перед вами лежить 100 метрів пустого піску, який виглядає як ...
Венера ще колись була схожа на Землю, але кліматичні зміни зробили її непридатною для життя
Венера ще колись була схожа на Землю, але кліматичні зміни зробили її непридатною для життя
by Річард Ернст
Ми можемо багато чого дізнатись про кліматичні зміни від Венери, нашої сестринської планети. В даний час Венера має поверхневу температуру…
П’ять кліматичних недовір: аварійний курс у дезінформації клімату
П’ять кліматичних недовір: катастрофа в дезінформації клімату
by Джон Кук
Це відео являє собою катастрофічний курс дезінформації клімату, узагальнюючи ключові аргументи, використані для сумніву в реальності ...
Арктика не була такою теплою протягом 3 мільйонів років, і це означає великі зміни для планети
Арктика не була такою теплою протягом 3 мільйонів років, і це означає великі зміни для планети
by Джулі Бригам-Гретт та Стів Печ
Щороку морський крижаний покрив у Північному Льодовитому океані зменшується до найнижчої точки в середині вересня. Цього року він вимірює лише 1.44…
Що таке ураганний шторм і чому це так небезпечно?
Що таке ураганний шторм і чому це так небезпечно?
by Ентоні К. Дідлейк-молодший
Коли ураган «Саллі» прямував до північного узбережжя Мексиканської затоки у вівторок, 15 вересня 2020 року, синоптики попереджали про…

ОСТАННІ СТАТТІ

Більш довге літо, мабуть, докаже облом
Більш довге літо, мабуть, докаже облом
by Тім Радфорд
До кінця століття довше літо могло тривати майже півроку - мабуть, трохи забагато для багатьох з нас.
Чому рейтинги стійкості не завжди визначають стійкі компанії
Чому рейтинги стійкості не завжди визначають стійкі компанії
by Руміна Далла та Фелікс Арндт, Університет Гвельфа
Як споживачі та інвестори, ми часто розглядаємо екологічні, соціальні та державні рейтинги (ESG), щоб орієнтуватися на наші покупки,
Морське життя тікає від екватора до прохолодних вод. Історія говорить нам, що це може спричинити подію масового вимирання
Морське життя тікає від екватора до прохолодних вод. Історія говорить нам, що це може спричинити подію масового вимирання
by Ентоні Річардсон, Квінслендський університет та ін
Тропічна вода на екваторі славиться найбагатшим різноманіттям морського життя на Землі, з яскравими ...
Як зупинити психопатів та нарцисистів у завоюванні позицій влади
Як зупинити психопатів та нарцисистів у завоюванні позицій влади
by Стів Тейлор, Університет Лідса Беккета
У минулому це було здебільшого через спадкові системи, які призначали владу царям і лордам та іншим, які часто ...
Крижані полиці Антарктиди тремтять, коли глобальні температури піднімаються - що буде далі, залежить від нас
Крижані полиці Антарктиди тремтять, коли глобальні температури піднімаються - що буде далі, залежить від нас
by Елла Гілберт, Університет Редінга
Зображення колосальних шматків льоду, що занурюються в море, супроводжують майже кожну новину про кліматичні зміни. Це може…
Як вдячність за природу може стримати ваш екзистенційний гнів щодо зміни клімату
Як вдячність за природу може стримати ваш екзистенційний гнів щодо зміни клімату
by Барбара Джейн Дейві, Університет Ватерлоо
Ми всі помремо. Це неодноразове попередження про зміну клімату в деяких ЗМІ: якщо ми не змінимо наш спосіб, ми ...
Плани зміни клімату Байдена можуть швидко підняти планку, але чи можуть вони стати трансформативними?
Плани зміни клімату Байдена можуть швидко підняти планку, але чи можуть вони стати трансформативними?
by Едвард Р Карр
У день, коли Джо Байден стане президентом, він може почати вживати заходів, які можуть сприяти уповільненню кліматичних змін. Питання в тому, що ...
Чому Океан стає стабільнішим, це не може бути гарною справою
Чому Океан стає стабільнішим, це не може бути гарною справою
by Філ Хозгуд, Плімутський університет
Якщо ви коли-небудь хворіли на море, „стабільний” може бути останнім словом, яке ви пов’язуєте з океаном. Але як глобальні температури ...

Нове ставлення - нові можливості

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com
Copyright © 1985 - 2021 InnerSelf Publications. Всі права захищені.