МЕТОДИЧЕСКИЙ КОММЕНТАРИЙ

МЕТОДИЧЕСКИЙ КОММЕНТАРИЙ
к уроку « Проблема парникового эффекта»
Проблема парникового эффекта предоставляет нам провести дискуссию (именно
дискуссию, так имеются альтернативные точки зрения!), научиться вести научный диалог,
аргументировано, доказательно, обоснованно. Так как проблему парникового эффекта
нельзя непосредственно наблюдать в рамках школьных занятий нам предстоит провести
ее моделирование – то есть разработать модель, по которой можно изучить механизм
возникновения самого явления.
Переходим к содержанию урока.
По закону сохранения энергии в отсутствии атмосферы тепловой поток от Земли
должен был бы совпадать с потоком солнечной энергии, поглощенной поверхностью
Земли. Расчеты показывают, что при этом температура поверхности Земли составила бы
50С. (слайд 1). Тот факт, что реальная температура земной поверхности на 10 0С выше,
связан с наличием атмосферы.
Тепловое излучение поверхности Земли также поглощается атмосферой (слайд 2).
При этом суммарная теплота, поглощаемая атмосферой, превращается в тепловое
излучение, часть которого уходит в космическое пространство, а другая часть
направляется обратно на поверхность Земли и оттуда вновь поступает в атмосферу.
Таким образом, атмосфера играет роль фильтра с односторонним пропусканием, за
счет чего создается так называемый "парниковый" (оранжерейный, тепличный)
эффект, эффект гринхауз (слайд 3). Модель парникового эффекта – это обычный парник,
используемый людьми для выращивания каких – либо овощей или фруктов (слайд 4).
В естественных условиях роль пленки (стекла) в парнике играет облако
загрязнителей – набора парниковых газов (пары воды, углекислый газ, метан и др.).
Длинноволновая солнечная радиация свободно проходит через облако загрязнителей,
достигает поверхности земли и нагревает ее. Тепловое коротковолновое излучение
1
поступает от нагретой земли в верхние слои атмосферы, однако облако загрязнителей
отражает его и оставляет «тепло» в приземном слое, тем самым повышая его температуру
(слайд 5).
Все,что касается парникового эффекта, глобального потепление климата и др.
существует множество во многом противоречивых точек зрения.
Т.Палмер (Великобритания) призывает различать термины "парниковый эффект"
и "глобальное потепление"; с его точки зрения, потепление, которое отмечается в
последнее десятилетие и включает четыре из пяти самых теплых года за всю историю
наблюдений, не связано с изменениями в концентрации диоксида углерода.
Попытаемся немного разобраться в истории возникновения и развития проблемы.
История колебаний климата и оледенения за последние 3 млн. лет приводят к
выводу, что при существующем состоянии климатической системы регулятором
колебаний служит Антарктический ледниковый покров. С одной стороны, он не позволяет
критической пороговой температуре воздуха подняться более чем на 2 0С во время
межледниковий, так как, находясь в благоприятных условиях существования у Южного
полюса, при общей деградации оледенение всегда сохраняет площадь не менее 10 млн
км2. С другой стороны, в периоды развития и наступления ледников его край не может
продвинуться далеко, так как открытый океан препятствует этому.
Оригинальная
гипотеза
известна
как
пульсационная
гипотеза
Уилсона.
Похолодание может быть связано с особенностями движения Антарктического
ледникового покрова. Периодически в пределах этого покрова могут возникать быстро
движущиеся потоки льда гигантских размеров, которые выбрасываются в океан,
формируют ледник и огромную массу айсбергов. Выброс может составлять несколько
миллионов кубических километров льда, увеличение площади ледникового покрова и
масса тающих айсбергов приводят к глобальному понижению температуры и служат
спусковым механизмом нового цикла оледенения. Зарождение такой пульсации
2
Антарктического ледникового покрова происходит в межледниковья, так как быстрые
гигантские потоки льда могут сформироваться только при условии его прогревания.
Таким образом, потепление приводит к новому ледниковому периоду…
Астрономическая гипотеза, разработанная в 20-х годах нашего века югославским
геофизиком М.Миланковичем. В соответствии с гипотезой Миланковича полушария
Земли в результате изменения элементов ее движения могут получать меньшее или
большее количество солнечной радиации, что отражается на глобальной температуре.
Миланкович выделил три элемента движения. Один -колебания земной оси. Если
посмотреть на ось сверху, то оказывается, что она описывает в пространстве круг за время
приблизительно 25 тыс. лет, т.е. как бы покачивается по отношению к Солнцу. Второйизменение наклона земной оси по отношению к плоскости орбиты (эклиптики) Земли.
Такие изменения происходят с периодичностью 41 тыс. лет и достигают 3 градусов.
Третий элемент движения связан с изменением формы орбиты от почти круговой до
несколько вытянутой - эллиптической. При этом различие в удалении от Солнца
составляет около 5 млн. км. Исследования подтвердили существование трех циклов
изменения климатической системы с периодичностью, соответствующей периодичности
факторов Миланковича. Наиболее резкие изменения происходили с периодичностью 100
тыс. лет., менее выраженные -с периодичностью 42 тыс. лет, а самые небольшие - 24
тыс.лет.
Последний интервал, во время которого мы живем, носит название голоцена (от
греч. Holos - весь и kainos - новый ; современная геологическая эпоха, составляющая
последний, незаконченный отрезок четвертичного периода геологической истории). Этот
отрезок времени с начала нынешнего межледниковья, начавшегося 10 тыс. лет назад и по
времени соответствующего благоприятному для потепления сочетанию факторов
Миланковича.
3
Последние исследования показывают, что современные изменения концентрации
углекислого газа и метана немного превышают их рост в прошлом (например,
Микулинское межледниковье, 110-140 тыс лет тому назад). В период Микулинского
оледенения среднегодовая температура у поверхности Земли была, по крайней мере, на
20С выше современной. Поэтому очевидно несоответствие современной относительно
низкой среднеглобальной температуры у поверхности Земли и очень высокой
концентрации (антропогенных) парниковых газов. Это может означать или отсутствие
прямой связи между ростом концентрации парниковых газов и современным потеплением
(т.е. его обусловленность естественными причинами), или большую инерционность
климатической системы, наличие в ней механизмов сдерживания роста среднеглобальной
температуры при увеличении концентрации парниковых газов.
Это интересно! Все вулканы Земли ежегодно поставляют в окружающую среду
от 130 до 175 млн.т диоксида углерода, а индустриальная деятельность - 22 млрд. т
диоксида углерода в год. Самый крупный поставщик диоксида углерода из вулканов Этна: 25 млн. т /год, что эквивалентно 4 ТЭЦ мощностью по 1 ГВт. Обычно один
действующий вулкан дает 1.3 млн. т диоксида углерода.
Международная конвенция климатологов в Австрии (1988г.) прогнозировала к
2030-2050гг. повышение температуры на 1.5-4.5 0С, которое может вызвать подъем уровня
океана
на
50-100см,
а
ученых,свидетельствующих
к
концу ХХI
тот
факт,
века
что
во
-
на
время
2м. Однако
глобального
есть
данные
потепления
Антарктическое оледенение не сократилось, а напротив, разрасталось… В наше время,
несмотря на глобальное потепление (за столетие- примерно на 0.5-0.6 0С), снеговая линия
в Канадской Арктике, на о.Баффина и на Аляске продвигается к югу, а увеличение
мощности Гренландского оледенения должно приводить к падению (а не повышению!)
уровня Мирового океана примерно на 0.45 мм /год.
4
С решительным опровержением утверждений большинства математических
моделей, что к середине ХХ1 в. удвоение количества диоксида углерода в атмосфере
приведет к повышению средней температуры на Земле в пределах от 1.5 до 4.5 0С,
выступает американский климатолог Д.Линдзен (Массачусетский технологический
институт, Кембридж,США). Он утверждает, что через полвека реальные климатические
сдвиги либо окажутся близки к нулю, либо едва достигнут 1.5 0С.
Как
показывают
модельные
эксперименты
по
взаимосвязи
изменения
концентрации углекислого газа (естественного или искусственного происхождения) и
среднегодовой температуры приземного слоя атмосферы четкой зависимости не
обнаруживается, тем более необходимо установит, что является причиной, а что
следствием (слайд 6).
Температура
--------------------------------------------------------------------------------Годы
В
лабораторных
условиях
модель
парникового
эффекта
можно
продемонстрировать следующим образом (слайд 7).
*На дно прозрачной пластмассовой коробки (или небольшого аквариума) насыпать
темный грунт (песок или почву) слоем 2-3 см. Увлажнить песок или почву водой.
*Установить в грунт термометр на картонной подставке шариком вверх. Накрыть
коробку прозрачной крышкой (стеклом). Установит лампу в 20-30 см над сосудом, таким
образом, чтобы свет падал на шарик термометра.
Включая и выключая лампу фиксируем изменения температуры в течение
определенного времени и фиксируем количественное подтверждение парникового
эффекта.
5