На какой планете сильнее проявляется парниковый эффект. Парниковый эффект на планетах солнечной системы. Основные сведения о парниковых газах
В последние десятилетие словосочетание «парниковый эффект» практически не сходит ни с экранов телевидения, ни со страниц газет. Учебные программы сразу по нескольким дисциплинам предусматривают его тщательное изучение, причем практически всегда указывается его негативное значение для климата нашей планеты. Однако это явление на самом деле намного более многогранно, чем это преподносится обывателю.
Без парникового эффекта жизнь на нашей планете была бы под вопросом
Можно начать с того, что парниковый эффект на нашей планете существовал на протяжении всей ее истории. Такое явление просто-напросто неизбежно для тех небесных тел, у которых, как и у Земли, присутствует устойчивая атмосфера. Без него, например, Мировой океан давно бы замерз, а высшие формы жизни вообще не появились бы. Ученые уже давно научно доказали, что если бы в нашей атмосфере отсутствовал углекислый газ, наличие которого является необходимой оставляющей процесса возникновения парникового эффекта, то температура на планете колебалась бы в пределах -20 0 С, так что речь о возникновении жизни вообще бы не шла.
Причины и сущность парникового эффекта
Отвечая на вопрос: "Что такое парниковый эффект?", в первую очередь следует отметить, что свое название данное физическое явление получило по аналогии с теми процессами, которые происходят в теплице у садоводов. Внутри нее, независимо от времени года, всегда на несколько градусов теплее, чем в окружающем пространстве. Все дело в том, что растения поглощают видимые солнечные лучи, которые абсолютно свободно проходят и через стекло, и через полиэтилен, и вообще практически через любое препятствие. После этого сами растения также начинают излучать энергию, однако уже в инфракрасном диапазоне, лучи которого уже не могут свободно преодолевать то же стекло, поэтому возникает парниковый эффект. Причины этого явления, таким образом, лежат именно в дисбалансе между спектром видимых солнечных лучей и теми излучениями, которые отдают во внешнюю среду растения и другие предметы.
Физическая основа парникового эффекта
Что касается нашей планеты в целом, то парниковый эффект здесь возникает из-за наличия устойчивой атмосферы. Чтобы поддерживать свой температурный баланс, Земля должна отдавать столько же энергии, сколько она получает от Солнца. Однако наличие в атмосфере углекислого газа и воды, которые поглощают инфракрасные лучи, выполняя, таким образом, роль стекла в теплице, вызывает образование так называемых парниковых газов, часть из которых возвращается обратно к Земле. Эти газы создают "эффект одеяла", повышая температуру у поверхности планеты.
Парниковый эффект на Венере
Из вышесказанного можно сделать вывод, что парниковый эффект характерен не только для Земли, но и для всех планет и других небесных тел, обладающих устойчивой атмосферой. И действительно, проведенные учеными исследования показали, что, например, у поверхности Венеры данное явление имеет гораздо более выраженный характер, что связано, в первую очередь, с тем, что ее воздушная оболочка практически на сто процентов состоит из углекислого газа.
Парниковый эффект – подъем температуры на поверхности планеты в результате тепловой энергии, которая появляется в атмосфере из-за нагревания газов. Основные газы, которые ведут к парниковому эффекту на Земле – это водяные пары и углекислый газ.
Парниковый эффект имеет место не только на Земле. Сильный парниковый эффект – на соседней планете, Венере. Атмосфера Венеры почти целиком состоит из углекислого газа, и в результате поверхность планеты разогрета до 475 градусов. Климатологи полагают, что Земля избежала такой участи благодаря наличию на ней океанов. Океаны поглощают атмосферный углерод, и он накапливается в горных породах, таких как известняк – посредством этого углекислый газ удаляется из атмосферы. На Венере нет океанов, и весь углекислый газ, который выбрасывают в атмосферу вулканы, там и остается. В результате на планете наблюдается неуправляемый парниковый эффект.
На Марсе наблюдаются весьма отчётливые сезонные изменения. Начнём с весны. В соответствующем полушарии весна начинается с таяния полярной шапки со стороны экватора. На месте растаявшего снега появляется тёмное кольцо, окружающее ещё не растаявшую часть шапки. Одновременно в весеннем полушарии начинают всё яснее и яснее вырисовываться моря, озёра и каналы, приобретая зеленоватый или голубоватый цвет. Это заметно не только по непосредственным впечатлениям при наблюдении без светофильтра. Названные образования особенно хорошо выделяются и становятся тёмными, когда их наблюдаешь через красный светофильтр. Через зелёный и особенно через синий светофильтр они, наоборот, расплываются и почти не отличаются от материков.
Оттенок и глубина цвета морей, а в некоторых случаях их площадь и форма изменяются с марсианскими сезонами и из года в год. Главные образования довольно постоянны в своей форме и положении, но сильно меняются в яркости. Вообще они лучше выделяются весною, во время таяния полярной шапки, и постепенно уменьшаются или бледнеют осенью, причём некоторые места меняют свой цвет из зелёного в жёлтый или коричневый, а на некоторых появляются жёлтые острова. Эти сезонные явления доходят до экватора и даже за его пределы.
Все эти изменения в большинстве повторяются с достаточной правильностью при последовательных обращениях планеты вокруг Солнца. В некоторых случаях были более постоянные изменения в контурах образований.
По многолетним наблюдениям Ловелла, улучшение видимости каналов весною также происходит благодаря таянию полярной шапки и распространяется к экватору и дальше за ним. Цвет каналов либо зелёный либо синий. Можно предположить, что мы видим не самые каналы, а развивающуюся вдоль них растительность.
Что известно о климатических условиях на Венере? Какова история изучения этой планеты? Из каких газов состоит атмосфера Венеры? Чем обусловлен температурный режим на планете? Об этом рассказывает кандидат физико-математических наук Дмитрий Титов.
Земля и Венера - это две планеты-близнеца, которые образовались в одной части Солнечной системы, получают одинаковое количество солнечной энергии и имеют одинаковые размеры. Вполне разумно было ожидать, что эти две планеты представляют собой близнецов и с точки зрения климатических условий и атмосфер. При исследованиях оказалось, что эти две планеты просто антиподы. Поэтому главный вопрос, которым заняты ученые и который их интересует, - это почему две планеты, начавшие как близнецы в Солнечной системе четыре с половиной миллиарда лет назад, закончили свой эволюционный путь совершенно различными объектами. В частности, на Земле существуют вполне комфортные условия, в то время как на Венере сущий ад: огромные температуры, очень высокие давления на поверхности и так далее.
Облачный слой состоит из частиц серной кислоты, и это одно из отличий от земных облаков, которые состоят из воды. Серная кислота производится в так называемой фотохимической лаборатории у верхней границы облаков из двуокиси серы и кислорода. В результате окисления появляются молекулы серной кислоты. Основной компонентой атмосферы является двуокись углерода, и давление у поверхности достигает практически 90 атмосфер. Это очень плотная атмосфера. Скажем, на Земле такие условия достигаются на глубине порядка одного километра в океане. И из-за такой плотной двуокиси углерода появляется сильный парниковый эффект. Второй компонентой атмосферы является азот, кислорода там практически нет, есть еще небольшое количество водяного пара. Если на Земле среднее количество воды - это практически пятикилометровый слой океанов, в то время как если всю воду собрать на поверхности Венеры, то получится океан глубиной всего пять сантиметров.
Парниковый эффект - это визитная карточка Венеры, потому что там он разогнан до совершенно невообразимых условий. Парниковый эффект - это разница температуры на поверхности данной конкретной планеты с атмосферой и той температуры, которую имела бы эта планета, если убрать у нее атмосферу. То есть парниковый эффект - влияние газов аэрозоли, облаков, которые находятся в атмосфере. На Венере парниковый эффект составляет порядка 500 градусов. Это огромная величина, и создается она за счет того, что атмосфера исключительно плотная, газ двуокись углерода имеет огромное количество очень сильных полос поглощения в инфракрасной области, и эти полосы поглощения препятствуют охлаждению планеты через излучение инфракрасного диапазона спектра. Именно поэтому планета разогревается практически до красного каления. Ночью можно увидеть свечение камней.
Чем больше мы узнаем о Венере нового, тем больше возникает новых проблем. Вот одна из них: чем объяснить столь существенное различие в химическом составе атмосфер соседних планет — Земли и Венеры?
Миллионы лет назад атмосфера нашей планеты тоже была в изобилии насыщена углекислым газом, выделявшимся из земных недр при вулканических извержениях. Но с появлением на Земле растений углекислота вес больше и больше связывалась, так как шла на образование растительной массы. Большое содержание свободной углекислоты в атмосфере Венеры, по-видимому, свидетельствует о том, что там никогда но было органической жизни, подобной земной. Следовательно, обилие углекислого газа и атмосфере соседнем планеты — явление вполне закономерное. И то, что на Венере царит очень высокая температура, тоже не случайность.
Не в меру высокая температура на планете объясняется так называемым парниковым эффектом. Физическая сущность этого явления состоит в том, что поверхность Венеры, нагреваемая солнечными лучами, отдает от себя энергию и инфракрасном (тепловом) диапазоне:. Но плотная углекислая венерианская атмосфера, да еще с небольшой приметьте паров воды, почти полностью непрозрачна для инфракрасных лучом. В результате происходит накапливание избыточного тепла — создается парниковый эффект, вследствие которого раскаляются поверхность планеты и прилегающая к пей атмосфера.
Высокая температура стала причиной и других особенностей необычного мира Венеры. Как известно, при температуре 374 °С для воды наступает так называемое критическое состояние, когда она уже независимо от величины атмосферного давления полностью переходит в пар. Следовательно, открытые водоемы на Венере могли бы находиться только в высоких широтах (не ниже 60-х параллелей), где температура не достигает критического значения. Поэтому можно было предположить, что полярные «шапки» Венеры, в отличие от земных и марсианских, представляют собой... горячие моря! Со всей же остальной, сильно раскаленной венерианской поверхности вода должна была непременно испариться.
Сейчас точно установлено, что никаких водных бассейнов па Венере нет. И в атмосфере планеты водяных паров слишком мало. Спрашивается: куда же исчезла вола? В чем причина столь сильного обезвоживания венерианской атмосферы?
Академик Александр Павлович Виноградов объяснял исчезновение воды и атмосферы Венеры усиленным (благодаря близости планеты к Cолнцу) фотохимическим процессом. В результате этого происходило разложение испарившейся воды па составные элементы: кислород и водород. Кислород окислял горные породы, а легкие атомы водорода улетучивались из атмосферы и межпланетное пространство. Тем более что рассеиванию водорода и а Венере благоприятствует несколько меньшая, чем па Земле, сила тяжести и высокая температура. Все это должно было неизбежно привести планету к «усыханию».
14 все же разложение водяного пара под действием солнечного ультрафиолета не могло привести к такому сильному высушиванию венерианской атмосферы. Что ни говори, а вопрос об исчезновении воды на Венере остается для нас большой загадкой.
Отсутствие у Венеры заметного собственною магнитного поля полностью согласуется с ее очень медленным вращением. Даже если ядро Венеры подобно земному ядру, скорость вращения планеты слишком мала, чтобы в ее ядре могли возникнуть внутренние токи, способные генерировать магнитное поле.
Структура недр Венеры, по-видимому, похожа на строение Земли. Л вот мощность теплового потока, идущего из глубин Beнеры, соответствует примерно тем значениям, которые отмечены на Земле в вулканических областях.
Сравнение Венеры с Землей было бы неполным, если бы мы не коснулись вопроса возможности жизни па этой соседней с нами планете. Самое большое препятствие для жизни на Венере — чрезвычайно высокая температура. Да и атмосферное давление нельзя сбрасывать со счета. Можно сказать, жилые существа, находящиеся на венерианской поверхности, должны постоянно испытывать на себе 90 атмосфер! Не каждый глубоководный батискаф находится в таких трудных условиях, как все то, что может оказаться на дне воздушного океана Венеры, состоящего из спрессованной углекислоты. Английский ученый Бернард Ловелл так характеризует природные условия планеты: «На Венере пришельцев ждет раскаленное, ядовитое и неприветливое окружение».
И все же полностью исключить возможность жизни на этой планете мы не вправе. Известно, что с удалением от поверхности Венеры атмосферное давление падает и температура понижается, с каждым километром высоты уменьшаясь примерно на 8 °С. Так, на главной вершине гор Максвелла температура должна быть почти на 100 °С ниже, чем у подножия. Однако и здесь она продолжает оставаться высокой и составляет около 300 °С.
Еще недавно считалось, что при такой температуре жизнь, пусть самая простейшая, становится совершенно невозможной. Но не будем торопиться со столь категоричным выводом. Вспомним хотя бы то, что па дне Тихого океана в районе Галапагосских островов были открыты горячие источники с температурой 300 °С. И что удивительно: и этих источниках обнаружены живые микроорганизмы. Почему же не допустить, что в самом примитивном виде жизнь может быть даже на Венере? Конечно, не па раскаленной поверхности планеты, а в тех слоях венерианской атмосферы, где физические условия близки к земным, то есть где температура +20 °С при давлении в 1 атмосферу. На Венере такие условия сложились где-то на высоте около 50 км над поверхностью планеты. Только вот как избавиться от излишней углекислоты и обогатить венерианскую атмосферу кислородом? Как устранить парниковый эффект?
Американский ученый-астроном Карл Саган (1934—1996) считал, что коренная перестройка атмосферы Венеры и избавление планеты от парникового эффекта — вещь вполне реальная. Для этого требуется лишь одно: наладить фотосинтез. А в атмосфере Венеры есть все необходимое для производства фотосинтеза в самых широких масштабах: углекислый газ, водяные пары, солнечный свет. Поэтому в верхние, относительно прохладные слои венерианской атмосферы ученый предлагал забросить с помощью космических аппаратов бурно размножающуюся водоросль — хлореллу. Ома очистит атмосферу от избытка углекислого газа и пополнит ее кислородом. Лишившись углекислого газа, атмосфера перестанет быть ловушкой для солнечной энергии. Когда же парниковый эффект ослабнет, температура пойдет на убыль, водяной пар сконденсируется в воду, которая обильно прольется на остывающую поверхность планеты. Это еще в большей мере уменьшит парниковый эффект, и тогда на Венере появятся условия, благоприятные для развития растительного и животного мира. Со временем климат негостеприимной планеты изменится настолько, что она, возможно, станет пригодной для обитания человека.
Венера – древних римлян приводила в восторг эта впечатляющего вида планета, и они назвали ее в честь богини любви и красоты. Она так красиво смотрелась на небе, что эта связь казалась очевидной. Долгое время Венера считалась нашей планетой сестрой по причине сходства структуры, силы тяготения, плотности и размера. Во многих отношениях Венера и Земля почти близнецы, они почти одинакового размера и Венера ближайшая к Земле планета.
Веками ученые считали, что эта планета, близнец Земли, покрыта глубокими океанами, густыми тропическими лесами и что климат ее создает все условия для существования там разумной жизни. До прихода космической эры считалось, что Венера очень похожа на Землю, но когда мы занялись изучением Венеры, выяснилось, что условия там совсем иные. Оказалось, что Венера не столько экзотическая сестра Земли, сколько близнец злодей. Это две очень схожих планеты по своим основным чертам, ни их эволюция носила различный характер, что заставляет нас иначе понимать проблему планетарной эволюции. Были две похожих планеты, они существовали четыре миллиарда лет и почему оказались настолько оказались настолько разными.
Климат и парниковый эффект
Первая из основных причин в том, что Венера подвергалась мощным ударам метеоритов. Один удар был такой силы, что как считают ученые, он повлиял на вращение планеты. У Венеры очень медленное вращение, и это, как мы говорим, регрессивное вращение. То есть Венера вращается не так как другие планеты, а в обратную сторону. Из-за регрессивного вращения Солнце там всходит на западе, а садится на востоке. День на Венере очень долгий, время от одного восхода Солнца до другого составляет примерно восемь земных месяцев. Но не эти особенности делают жизнь на Венере невыносимой. Отчасти виной тому безжалостный климат, температура у поверхности около 750 градусов по Цельсию. Венера самая жарка планета в солнечной системе, визит туда оказался бы чрезвычайно коротким. Если бы мы пробыли там несколько секунд, мы бы изжарились.Проблема парникового эффекта
Беспощадную тепловую волну создает процесс, называемый тепличным (парниковым) эффектом. На Земле идентичный процесс контролирует климат. При более внимательном изучении Венеры, мы начинаем понимать, как нечто привычное может стать циклом жизни или смерти. Сегодня температура на Земле повышается, и ученые обнаружили причину этого на Венере. «Глобальное потепление следствие действия тепличных газов, которых становится все больше и больше, и поэтому на Земле становится все жарче и жарче, – Роберт Стром (ученый из Аризонского университета). – Мы взглянули на Венеру и сказали, здесь же происходит тоже самое».Последствия парникового эффекта на Венере
В 90-х после запуска космического корабля «Магеллан», Венеру стали преподносить, как пример того, насколько скверно могут пойти дела здесь на Земле. «Исследование космоса многое рассказало нам о Земле и окружающей среде, – говорит Роберт Стром. – Тепличный (парниковый) эффект, о котором сейчас говорят в связи с глобальным потеплением, был, в сущности, открыт на Венере». Обнаруженное на Венере пролило новый свет на тепличный (парниковый) эффект на Земле. Венера не всегда была такой жаркой, на ранней стадии эволюции она была больше похожа на Землю. Она лишилась своих океанов по причине того, что мы называем тепличным (парниковым) эффектом. «Венера пример того, как глобальные перемены на планете могут пойти по наихудшему сценарию. Нам не обязательно идти по пути Венеры, чтобы попасть в беду. Нужно лишь, немного свернуть в другом направлении, и мы уже это делаем».Причины парникового эффекта
Изучение Венеры позволяет нам проверять свои климатические модели. С помощью компьютерных моделей общей циркуляции, ученым удалось высчитать повышение температур на Земле, исходя из количества тепличных газов на Венере. Каким же образом действует на Венере тепличный (парниковый) эффект делая планету столь жаркой. На Венере тепличные газы не ловят солнечное тепло в капкан, но они крайне замедляют его продвижение. Тепличный (парниковый) эффект на любой планете, означает, что температура на поверхности становится выше из-за того, что газы в атмосфере, впуская солнечный свет, удерживают тепло. Эти тепличные газы, которые оказались бы роковыми для нас на Венере, являются необходимыми для жизни на Земле. Без тепличного (парникового) эффекта средняя температура была бы намного ниже нуля, океаны бы полностью замерзли, и на Земле могло бы вообще не быть жизни.Почему же на Венере так жарко? Ответ – в составе атмосферы. Там почти сплошь углекислый газ. Углекислый газ или CO2 составляет 95% атмосферы Венеры. И газ в таком огромном количестве удерживает больше тепла. «Это и дает очень сильный тепличный (парниковый) эффект и именно поэтому на Венере так жарко, – поясняет Дэвид Гринспун. Это пример экстремального глобально потепления».
