Проект выполнен Крохичевым Сергеем членом объединения «Начинающий эколог»

Название	Проект выполнен Крохичевым Сергеем членом объединения «Начинающий эколог»
страница	1/2
Дата	18.04.2016
Размер	349.56 Kb.
Тип	Исследование

1 2

МБОУ ДОД ДЭБЦ «Смоленский зоопарк»

Учебно-исследовательский проект
Что мы знаем

о парниковом эффекте?

Проект выполнен

Крохичевым Сергеем -

членом объединения «Начинающий эколог»

МБОУ ДОД ДЭБЦ «Смоленский зоопарк»,

учащимся 10 химико-биологического класса

школы-интерната среднего (полного)

общего образования с углубленным изучением

отдельных предметов им. Кирилла и Мефодия

Руководитель проекта

Куришкина Лариса Анатольевна –

кандидат педагогических наук,

заслуженный учитель РФ,

учитель биологии

МБОУ СОШ №33 г. Смоленска
Смоленск

2015

Содержание

Введение

Основная часть

1. История открытия и изучения парникового эффекта

2. Причины возникновения и природа парникового эффекта

3. Роль парникового эффекта в биосферных процессах

4. Последствия усиления парникового эффекта: экологическое прогнозирование

5. Пути снижения парникового эффекта на состояние климата Земли

Исследовательская часть

Исследование 1. Изучение суточного изменения температурного режима в теплице

Исследование 2. Изучение состояния растений томата в зависимости от температурного режима в теплице

Исследование 3. Моделирование конструкции, демонстрирующей парниковый эффект

Исследование 4. Изучение парникового эффекта в условиях смены грунта

Исследование 5. Изучение скорости таяния льда в условиях парникового эффекта
Заключение
Список информационных источников

Введение

В настоящее время сложилось обоснованное общественное мнение о том, что научно-технический прогресс вызвал деформацию окружающей среды. Одним из экологических последствий научно-технического прогресса является глобальное потепление вследствие парникового эффекта. В литературе понятие «парниковый эффект» трактуется как повышение температуры нижних слоёв атмосферы планеты по сравнению с эффективной температурой, то есть температурой теплового излучения планеты, наблюдаемого из космоса. Одной из причин его возникновения называют повышенное содержание углекислого газа в атмосфере. С повышением его концентрации в воздухе связан парниковый эффект, который проявляется в нагреве внутренних слоев атмосферы Земли. Это происходит потому, что атмосфера пропускает основную часть излучения Солнца. Часть лучей поглощается и нагревает земную поверхность, а от нее нагревается атмосфера. Другая часть лучей отражается от поверхности Планеты и это излучение поглощается молекулами углекислого газа, что способствует повышению средней температуры Планеты.

Действие парникового эффекта анaлогично действию стекла в оранжерее или парнике (от этого возникло название " парниковый эффект").

Итак, в настоящее время в современной литературе большое внимание уделяется теоретическим вопросам проблемы парникового эффекта (рассмотрены понятие, причины, последствия). Несмотря на многочисленные научные эксперименты по изучению парникового эффекта, литературы по практическим вопросам этой проблемы в целом недостаточно.

Охрана окружающей среды и рациональное использование естественных ресурсов - одна из актуальных глобальных проблем современности. Ее решение неразрывно связано с борьбой за мир на Земле, за предотвращение ядерной катастрофы, разоружение, мирное сосуществование и взаимовыгодное сотрудничество государств.

Интересную точку зрения выдвинул советский климатолог М.И. Будыко (М.И. - Михаил Иванович) в 1962 году. По его расчетам прогнозируется увеличение концентрации атмосферного СО₂ в 2000 г. до 380 частей на миллион, в 2025 г. - до 520 и в 2050г. - до 750. Среднегодовая приземная глобальная температура воздуха увеличится, по его мнению, по сравнению с ее значением в начале ХХ в. на 0,9 градусов по Цельсию в 2000 г., на 1,8 градусов - в 2025 г. и на 2,8 градусов - в 2050 г. То есть оледенения нам ждать не следует. А как же парниковый эффект?

Недостаточность практической разработки проблемы парникового эффекта обусловила выбор темы исследования «Что мы знаем о парниковом эффекте?».

Объектом исследования является проблема парникового эффекта.

В качестве предмета исследования мы определяем его вызывающие факторы и механизм образования парникового эффекта.

Целью исследования является изучение на теоретическом и практическом уровнях явления парникового эффекта.

Для достижения этой цели нами решались следующие задачи:

- подбор литературы по выбранной проблеме;

- изучение, анализ, обобщение литературы по проблеме;

- изготовление модели, демонстрирующей парниковый эффект;

- изучение явления парникового эффекта;

- обработка и анализ полученных материалов.

В ходе работы мы использовали следующие методы:

- теоретические (изучение, анализ, обобщение литературы);

- эмпирические (наблюдения, описание, измерения);

- интерпретационные (количественная и качественная обработка результатов).

Моделирование и изучение парникового эффекта проводилось в 2014 году.

Новизной работы стала авторская разработка исследования парникового эффекта на практике.

Практическая значимость работы:

- проведенный эксперимент вносит определенный вклад в понимание механизма парникового эффекта;

- использование модели парникового эффекта при изучении вопроса о глобальном потеплении в рамках школьных курсов естественнонаучного цикла (биологии, географии, экологии), позволит рассмотреть его более наглядно.

Структура работы: работа состоит из введения, двух глав, заключения, списка источников информации и содержит схемы, таблицы, рисунки, фотографии.

Основная часть

1. История открытия и изучения парникового эффекта

Современное человечество живет в эпоху небывалого развития научно-технического прогресса, сопровождающегося активным воздействием на природную среду. И хотя в последние десятилетия принимаются меры по ее охране и оздоровлению, тем не менее, общее состояние окружающей среды продолжает ухудшаться.

Масштабы воздействия хозяйственной деятельности на природную среду стали поистине гигантскими. Поступление в воды суши и океана, в атмосферу и почвы различных химических соединений (а их примерно 100 тыс.), образующихся в результате производственной деятельности человека в десятки раз превосходит естественное поступление веществ при выветривании горных пород и вулканизме (8).

Идея о механизме парникового эффекта была впервые изложена в 1827 году Жозефом Фурье в статье «Записка о температурах земного шара и других планет», в которой он рассматривал различные механизмы формирования климата Земли, при этом он рассматривал как факторы, влияющие на общий тепловой баланс Земли (нагрев солнечным излучением, охлаждение за счёт лучеиспускания, внутреннее тепло Земли), так и факторы, влияющие на теплоперенос и температуры климатических поясов (теплопроводность, атмосферная и океаническая циркуляция).

При рассмотрении влияния атмосферы на радиационный баланс Фурье проанализировал опыт М. де Соссюра с зачернённым изнутри сосудом, накрытым стеклом. Де Соссюр измерял разность температур внутри и снаружи такого сосуда, выставленного на прямой солнечный свет. Фурье объяснил повышение температуры внутри такого «мини-парника» по сравнению с внешней температурой действием двух факторов: блокированием конвективного теплопереноса (стекло предотвращает отток нагретого воздуха изнутри и приток прохладного снаружи) и различной прозрачностью стекла в видимом и инфракрасном диапазоне.

Именно последний фактор и получил в позднейшей литературе название парникового эффекта — поглощая видимый свет, поверхность нагревается и испускает тепловые (инфракрасные) лучи; поскольку стекло прозрачно для видимого света и почти непрозрачно для теплового излучения, то накопление тепла ведёт к такому росту температуры, при котором количество проходящих через стекло тепловых лучей достаточно для установления теплового равновесия (1).

Фурье постулировал, что оптические свойства атмосферы Земли аналогичны оптическим свойствам стекла, то есть её прозрачность в инфракрасном диапазоне ниже, чем прозрачность в диапазоне оптическом, однако количественные данные по поглощению атмосферы в инфракрасном диапазоне долгое время являлись предметом дискуссий.

В 1896 году Сванте Аррениус, шведский физико-химик, для количественного определения поглощении атмосферой Земли теплового излучения проанализировал данные Сэмюэла Лэнгли о болометрической светимости Луны в инфракрасном диапазоне. Аррениус сравнил данные, полученные Лэнгли при разных высотах Луны над горизонтом (то есть при различных величинах пути излучения Луны через атмосферу), с расчетным спектром её теплового излучения и рассчитал как коэффициенты поглощения инфракрасного излучения водяным паром и углекислым газом в атмосфере, так и изменения температуры Земли при вариациях концентрации углекислого газа. Аррениус также выдвинул гипотезу, что снижение концентрации в атмосфере углекислого газа может являться одной из причин возникновения ледниковых периодов.

Известны и выводы других геофизиков, таких как В.И. Лебедев. Он считает что увеличение концентрации СО₂ в воздухе вообще не должно сказаться на земном климате, тогда как продуктивность наземной растительности, и в частности зерновых, будет повышаться.

Физик Б.М. Смирнов также указывает на возможность увеличения урожаев. В связи с этим накопление углекислого газа в атмосфере им рассматривается как фактор, благоприятный для человечества.

Иной точки зрения придерживается так называемый Римский Клуб, основанный в 1968 году, и американцы, пришедшие к выводу о наличии постепенного увеличения количества парниковых газов в атмосфере, это подробно описывал А.Яншин в своей статье «Опасен ли парниковый эффект». Интересны мнения ряда ученых о цикличности климатических условий, мол, бывают века «теплые» и «холодные». Нельзя сказать, что они не правы, ведь каждый прав по - своему. То есть в современной климатологии мы отчетливо прослеживаем 3 направления: оптимистическое; пессимистическое; нейтральное.

2. Причины возникновения и природа парникового эффекта

Парник – это участок земли, изолированный от окружающей среды прозрачной пленкой или стеклом. Как же он функционирует? Солнечные лучи нагревают землю, от нее нагревается воздух. Если бы пленки не было, то теплый воздух, как более легкий, поднялся бы вверх, а на его место поступил холодный. В результате такого перемешивания установилась бы какая-то средняя температура воздуха. Пленка же не дает воздуху перемешиваться, холодный воздух не поступает в парник, и температура внутри него становится выше, чем снаружи. Атмосферный эффект, о котором идет речь, вызван аналогичными причинами, отсюда и его название – парниковый(5).

Атмосфера Земли выполняет функцию пленки (стекла) в парнике: воздух пропускает солнечную энергию, не давая ей при этом рассеяться обратно в космос. Солнце нагревает поверхность Земли. Как и всякое нагретое тело, Земля испускает невидимые глазом инфракрасные лучи, а так как главные газы атмосферы – кислород и азот – не поглощают их, они рассеиваются в космическом пространстве. Но в атмосфере в малых концентрациях содержатся водяные пары, углекислый газ (диоксид углерода), метан, оксиды азота и т.д. – парниковые газы, способные поглощать инфракрасное излучение. В результате такого поглощения часть энергии Солнца аккумулируется в атмосфере, что способствуют повышению ее средней температуры. Если бы этого не происходило, Земля была бы примерно на 30ºС холоднее, чем сейчас, и жизнь бы на ней в современных формах не существовала. Парниковый эффект – повышение средней температуры за счет поглощения атмосферой инфракрасного излучения нагретой Солнцем Земли.

Уточним, радиационный баланс Земли (R) складывается из пяти факторов:

Q – прямая солнечная радиация;

q – рассеянная солнечная радиация;

А – альбедо ( величина отраженной радиации от поверхности Земли, растений, домов и т.п., выраженная в % от поступающей радиации);

ВЗ – излучение Земли;

ВА – противоизлучение атмосферы.

R = (Q + q)(1-А) – ВЗ + ВА

Все величины в нормальных условиях устойчивы, но при увеличении в атмосфере парниковых газов или увеличении количества поступающего тепла из других источников радиационный баланс нарушается и это приводит к увеличению температуры земной поверхности (3).

Исходя из того что “естественный” парниковый эффект – это устоявшийся, сбалансированный процесс, логично предположить, что повышение концентрации парниковых газов в атмосфере должно привести к усилению парникового эффекта, который в свою очередь приведет к повсеместному потеплению климата. Количество СО₂ в атмосфере неуклонно растет, так как человек для своих нужд сжигает все большее количество ископаемого топлива (газ, уголь и нефть), накопление ускоряется еще и в результате сплошной вырубки лесов и загрязнения Мирового океана: именно они, поглощая углекислый газ и выделяя кислород, являются буферной системой Земли. Нельзя не отметить и тот факт, что как минимум 25 % содержащегося в атмосфере углекислого газа обязано своим наличием именно неоправданным вырубкам леса в северном и южных поясах.

$c:\users\маша\desktop\фото.jpg$

График изменения температуры поверхности Земли. Красная линия – за счет антропогенного влияния, синяя линия – за счет естественных климатических факторов.

Еще больше тревожат данные, согласно которым сведение лесов и сжигание топлива по выбросам углекислого газа уравновешивают друг друга. Весьма ощутимо вырождение лесов при значительном загрязнении воздуха. Летучая зола, угольная и коксовая пыль закупоривают поры листьев, уменьшают доступ света к растениям и ослабляют процесс ассимиляции. Ощутимое уменьшение биомассы лесов происходит, по-видимому, и из-за пожаров. По оценкам ученых за год вся растительность суши улавливает из атмосферы 20 - 30 млрд. тонн углерода в форме его двуокиси, причем только одна Амазония поглощает до 6 млрд. тонн вредных примесей атмосферы - писал Мелешко В.П. в своей работе «Изучение возможных изменений климата с помощью моделей общей циркуляции атмосферы и океана». Важную роль в усвоении углекислого газа принадлежит водорослям.

1 2