Исследовательская работа " Парниковый эффект"

 « Глобальное потепление – парниковый эффект»

«Юные исследователи окружающей среды»» 2016 год.

Направление: юный исследователь

Автор: Колдунов Алексей ученик 7 класса

Руководитель: Баянова И.А.

ВВЕДЕНИЕ

   Человечество  является частью биосферы, продуктом  её эволюции. Однако взаимоотношения человека и природы никогда не были безоблачными. С момента изготовления первого примитивного орудия человек уже не довольствуется предметами, созданными природой, а начинает изготавливать, вводить в свой обиход предметы, вещества и т.д., которые находятся за пределами естественного биологического круговорота. 
   Наиболее  разрушительно из воздействий человека на сообщества – выделение загрязнителей  различного происхождения и химического  состава. Вследствие деятельности человека, в атмосферу поступают углекислый газ, угарный газ, диоксид серы, метан, оксиды азота.  Эти газы вносят изменения в составе атмосферы, в том числе и необратимые. Одним из таких изменений является парниковый эффект, вызванный выбросами метана и углекислого газа. 
Проблема  парникового эффекта возникла ещё  в двадцатом веке, когда ученые обнаружили потепление климата на нашей планете. Вот тогда и возник вопрос о природе, причинах, влиянии парникового эффекта и мерах его предупреждения. Этот вопрос является актуальным, так как парниковый эффект оказывает отрицательное влияние на различные отрасли экономики (сельское хозяйство, строительство, энергетика, транспорт и т.д.).

 Для того чтобы как можно лучше ознакомиться с данной темой и попытаться найти все возможные пути решения этой проблемы, в первую очередь надо правильно понять сам термин «глобальное потепление», рассмотреть все причины, вызывающие эти ужасные катастрофы, с последствиями которых я и попытаюсь вас ознакомить. Объектом исследования является проблема парникового эффекта и связанное  с ней глобальное потепление климата.                                                                                                                                               Цель данной работы:                                                                                                                                                - построение модели, демонстрирующей парниковый эффект ;                                                             - проведение опытов, демонстрирующих поглощение тепловой энергии поверхностями при различных условиях.                                                                                                                                                                         Для достижения этой цели решались следующие задачи:                                                                                                      - изучение и анализ литературы по данной проблеме;                                                                                 - изготовление модели, демонстрирующей парниковый эффект;                                                           - обработка и анализ полученных экспериментальным путем данных.                                                                            В ходе работы использовались следующие методы:                                                                                       - изучение, анализ и обобщение литературы;                                                                                                  - наблюдения;                                                                                                                                                     - эксперимент;                                                                                                                                                        - количественной и качественной обработки результатов;                                                                                                                                                                                                                  -анкетирование.

Практическая значимость работы: проведенные опыты, позволят изучать проблемы парникового эффекта на уроках географии, биологии и экологии более наглядно.

Глава 1. Теоретические основы парникового эффекта

1.1. Что такое глобальное потепление

Глобальное потепление — это медленное и постепенное увеличение средней температуры на нашей планете, которое как раз наблюдается в настоящее время. Глобально потепление — это факт, спорить с которым бессмысленно, и именно поэтому необходимо трезво и объективно подойти к его осмыслению. 

 Основными методами отслеживания изменений являются:                                                                              - исторические документы и летописи;                                                                                                                   - архивы метеорологических наблюдений;                                                                                                       - измерения площади полярных шапок, льдов, зон растительности и отслеживание атмосферных                                                       процессов благодаря спутниковой фото - съёмке;                                                                                              - анализ ископаемых животных и растений;                                                                                                                - радиологический анализ до древних полярных льдов;                                                                                  -наблюдение за ледниками.                                                                                                                 

1.2. Причины глобального потепления

По научным данным, глобальное потепление может быть вызвано множеством факторов:

— извержения вулканов;

— поведение Мирового океана (тайфуны, ураганы и т.д.);

— солнечная активность;

— магнитное поле Земли;

— деятельность человека. Так называемый антропогенный фактор. Идея поддерживается большинством ученых, общественных организаций и СМИ, что вовсе не означает ее непоколебимую истинность. Скорее всего, окажется, что каждая из этих составляющих вносит свой вклад в глобальное потепление.                                                                                                                                                                                   

1.3. Что такое парниковый эффект

Это процесс, при котором поглощение и испускание инфракрасного излучения атмосферными газами вызывает нагрев атмосферы и поверхности планеты. Парниковый эффект был обнаружен Жозефом Фурье в 1824 году. Он предположил, что атмосфера Земли выполняет функцию своего рода стекла в теплице: воздух пропускает, не давая ему при этом испариться обратно в космос. Парниковый эффект, наблюдал любой из нас. В теплицах температура всегда выше, чем снаружи; в закрытом автомобиле в солнечный день наблюдается то же самое. В масштабах Земного шара все так же. Часть солнечного тепла, полученного поверхностью Земли, не может улетучиться обратно в космос, так как атмосфера действует на подобии полиэтилена в парнике. Не будь парникового эффекта средняя температура поверхности Земли должна быть около -18° С, а в действительности около +14°С. Сколько тепла остается на планете напрямую зависит от состава воздуха, который как раз и меняется под воздействием вышеописанных факторов; а именно меняется содержание парниковых газов, к которым относятся водяной пар (ответственный более чем за 60% эффекта), диоксид углерода (углекислый газ), метан (вызывает больше всего потепления) и ряд других.

Угольные электростанции, автомобильные выхлопы, заводские трубы и другие созданные человечеством источники загрязнения вместе выбрасывают в атмосферу около 22 миллиардов тонн углекислого газа и других парниковых газов в год. Животноводство, применение удобрений, сжигание угля и другие источники дают около 250 миллионов тонн метана в год. Около половины всех парниковых газов, выброшенных человечеством, осталось в атмосфере. Около трёх четвертей всех антропогенных выбросов парниковых газов за последние 20 лет вызваны использованием нефти, природного газа и угля. Большая часть остального вызвана изменениями ландшафта, в первую очередь вырубкой лесов.                                                                       

1.4. Факты, доказывающие глобальное потепление

Рост температур

За температурой документально наблюдают около 150 лет. Принято считать, что она поднялась где-то на 0,6°С за прошедшее столетие, хотя до сих пор четкой методики определения этого параметра не существует, так же нет уверенности в адекватности данных столетней давности. Поговаривают, что потепление резко с 1976 года, начала бурной индустриальной деятельности человека и максимального ускорения достигло во второй половине 90-х годов. Но и тут есть расхождения между наземными и спутниковыми наблюдениями.

Поднятие уровня мирового океана

В результате потепления и таяния ледников в Арктике, Антарктиде и Гренландии, уровень воды на планете поднялся на 10-20 см, возможно больше.

Таяние ледников

Ну что тут скажешь, глобальное потепление действительно является причиной таяния ледников, и лучше слов это подтвердят фотографии.

Ледник Упсала в Патагонии (Аргентина) был одним из самых больших ледников Южной Америки, но теперь исчезает на 200 метров в год.

1.5. Последствия глобального потепления

Глобальное потепление начинается с таянья ледников. Это заставляет уровень морей повыситься, тем самым выводя экосистемы из баланса и повышая земную температуру. На первый взгляд не так уж и страшно, однако все это сопровождается с некоторыми последствиями, которые нужно рассматривать как смертельно опасные. Вот десять самых страшных эффектов глобального потепления.

1. Распространение болезней.Среда обитания опасных насекомых становится все жарче, а климат северных стран более теплым и умеренным, идеально подходящим для их существования. Насекомые двинуться на север, принося с собой все болезни, которыми могут заразиться сами. Этот эффект нельзя будет остановить, ведь фактически ученым не удалось уничтожить опасные вирусы в странах в которых они уже присутствуют, не говоря о тех, которые ещё могут заразиться.
2. Наводнения.
Когда повысился уровень воды в океанах, наводнения стали первым символов глобального потепления. Повышение хотя бы еще на метр приведет к неимоверным последствиям. Например, сможет с легкостью убрать одну шестую целой территории Бангладеш, многие острова станут историей, даже самые высокие дамбы не в силах будут противостоять стремительному потоку, поэтому значительная часть береговой линии материков исчезнет. Кроме того, повышение температуры вызывает более интенсивное водное испарение, делая ливни более частыми и сильными.     
3. Ураганы.Глобальное потепление вызывает повышение не только атмосферной температуры, но и океанической. Силу ураганам дают теплые воды. Поскольку эффекты глобального потепления становятся все хуже за последние несколько лет, в этот период мы стали свидетелями несколько таких ураганных бедствий, которые доказывают, что наше плохое отношение к планете не останется бесследным.                                                                    

4. Засуха.Питьевая вода – уже роскошь в некоторых частях Африки, но худшее все еще впереди. Этот континент больше всего пострадает от большого изменения климата, так же как и южная часть Европы. Нехватка пресной воды может стать причиной конфликтов и воин. По всему миру исчезнут мелких рек и озер. А это настоящая катастрофа для живых организмов, которые в них жили. С потерей среды обитания они так же бесследно исчезнут.
5. Лесные пожары.В засушливых регионах с последствиями лесных пожаров справляются каждое лето. Калифорния, Австралия и Греция пострадали больше всего в прошлое десятилетие. Однако они не будут единственными, если изменение климата будет продолжаться. С каждым годов весна приходит все раньше, заставляя снег быстрее таять, тем самым лишая его без влаги на длительный период времени. Именно поэтому лесные пожары становятся все более частым явлением с каждым годом.
6. Суровые зимы.Глобальное потепление заставляет климат выглядеть очень странным. В то время как некоторая часть света страдает от засухи, другая от наводнения, некоторые страдают от суровых зим. Например, такие страны как Германия, Польша и Словакия перенесли самые холодные зимы за последние несколько лет.
7. Смог.Когда кто-то умрет от смога – это определенно будет означать, что поведение человечества по отношению к планете достигло пика. К счастью, мы еще не достигли этого, но смог постепенно подбирается к своим жертвам. Смешение в воздухе множество загрязняющих веществ (оксиды азота, тропосферный озон, летучие органические вещества и т.п) делают крупные города ужасным местом для людей, которые страдают от астмы или других респираторных заболеваний.
8. Увеличение вулканической активности.Стремительное таянье ледников, находящихся на вершинах гор, будут способствовать их росту. Дело в том, что лед, который миллионы лет придавливал горы к поверхности Земли, исчез, тем самым позволяя им устремляться выше. В результате чего проснуться множество вулканов, которые будут выбрасывать твердые частицы в атмосферу, помогая глобальному потеплению и парализуя воздушное движение. Однако самым опасным в этом случае будет смертельный эффект лавы для людей, которые живут около вулканов.
9. Опасные грозы.Ученые выяснили, что глобальное потепление может вызвать опасные для человека грозы. Они будут появляться чаще, и ударять с большей силой. Наблюдать их можно в засушливых районах, но они не будут приносить с собой ливни, а просто ударять в землю, вызывая пожары.
10. Потеря биоразнообразия.Если средняя температура будет повышаться, человечество рискует потерять целых 30% видов животных и растений. Это произойдет из-за опустынивания, потери воды, обезлесения, а так же из-за неспособности к адаптации живых организмов. Ученые отметили, что некоторые более устойчивые виды мигрировали на полюса, чтобы поддержать необходимую им среду обитания. От этой угрозы не защищен и человек.

                Глава 2. Использование модели, демонстрирующей парниковый  эффект

2.1 Описание модели, демонстрирующей парниковый эффект

Созданная нами модель, демонстрирующая  парниковый эффект, представляет собой прозрачный сосуд 1 ( стеклянная банка 3 литра) , внутри которого установлен резервуаром вверх термометр 2, с ценой деления 1⁰ С. Внутри сосуда находится воздух. Сверху сосуд  закрыт  прозрачной  крышкой 3.

При помощи штатива 4 в 20 см прямо над сосудом установлена лампа 5 (100Вт, 220В) так, чтобы свет падал на резервуар термометра. Для увлажнения грунта, помещаемого на дно сосуда, используется пульверизатор.

Схема модели, демонстрирующей парниковый эффект

                                                                                  5

Представленная модель позволяет изучить влияние особенностей поглощения тепловой энергии поверхностями из различных материалов, при прочих равных условиях на парниковый эффект.

2.2  Методика проведения  исследования

Работа по изучению парникового эффекта нами была разбита на три этапа:

1 Этап. Подготовительный. Январь-май 2016 г.

Подбор и изучение литературы по проблеме.

2 Этап. Практический. Сентябрь 2016 г.

Построение модели и с ее помощью изучение влияния особенностей поглощения тепловой энергии поверхностями из различных материалов на парниковый эффект.

3 Этап. Обобщающий. Октябрь 2016г.

Обобщение и анализ полученного материала.

В ходе исследования использовался такой метод как лабораторный эксперимент. Лабораторные исследования проводились на базе МКОУ « Южная  средняя общеобразовательная школа».

В ходе эксперимента изучалось влияние особенностей поглощения тепловой энергии поверхностями из различных материалов (темного грунта, светлого грунта- песка) , при прочих равных условиях  на парниковый эффект.

Использовалась следующая методика  проведения эксперимента:

I. Изучение влияния особенностей поглощения тепловой энергии поверхностями из различных материалов на парниковый эффект.

1.     На дно сосуда насыпался темный грунт слоем 3  см.

2.     С помощью пульверизатора темный грунт увлажнялся.

3.     В грунт помещался термометр резервуаром вверх. Сосуд закрывался прозрачной  стеклянной крышкой.

4.     В 20 см прямо над сосудом устанавливалась лампа так, чтобы свет падал на резервуар термометра.

5.     Фиксировалась комнатная температура.

6.     Оставив крышку на сосуде, включалась лампа, и снимались показания термометра каждую минуты в течение 20 минут (рис.1).

7.     Выключить лампу. Дать температуре снизится до комнатной. Снова увлажнить грунт и повторить опыт, сняв крышку сосуда.

Изучение влияния особенностей поглощения тепловой энергии темным грунтом на парниковый эффект

8.     Строился график зависимости температуры воздуха внутри сосуда от времени.

9.     Проделывалась аналогичная работа со светлым грунтом (песком)  .

10. Полученные результаты подвергались анализу.

Изучение влияния особенностей поглощения тепловой энергии светлым грунтом (песком) на парниковый эффект

2.3 Результаты исследования и их обсуждение

В ходе эксперимента были получены следующие результаты:

      Парниковый эффект над темным грунтом выражен сильнее, чем над светлым песком.

При включенной лампе видимые лучи, энергия которых составляет значительную часть излучения лампы, свободно проникают сквозь прозрачную крышку сосуда, частично поглощаясь поверхностями, частично отражаясь от них.

Энергия, поглощенная поверхностями, расходуется на их нагревание. Рост температуры поверхностей приводит к увеличению интенсивности инфракрасного излучения и скорости испарения влаги с поверхностей.

Стеклянная крышка, задерживая инфракрасное излучение, способствует уменьшению потерь тепла поверхностями. Действие крышки сходно с действием водяного пара и парниковых газов, находящихся в атмосфере Земли. Благодаря тому, что в воздухе есть водяной пар, инфракрасное излучение с поверхностей частично поглощается водяным паром, что приводит к нагреванию атмосферы и уменьшению потерь тепла поверхностями. Атмосфера играет роль ловушки для энергии солнечных лучей.

Увеличение температуры воздуха над различными поверхностями

При включенной лампе, температура воздуха над поверхностями увеличивается за счет количества теплоты, получаемого от лампы и энергии, излучаемой с поверхностей. Так как количество теплоты, получаемое воздухом от лампы одинаково (расстояние между сосудом и лампой не изменялось, мощность лампы не изменялась, продолжительность освещения поверхностей была одинаковой), то можно сделать вывод о том, что на увеличение температуры воздуха влияет энергия, излучаемая с поверхностей.

Наибольшее увеличение температуры воздуха происходит над черным грунтом; наименьшее увеличение температуры воздуха наблюдается над светлым песком.

   Так же мне хотелось узнать мнение ребят нашей школы о глобальном потеплении. Я провел опрос. В моем опросе 78 % респондентов согласились с гипотезой глобального потепления, однако 14 % отрицают факт глобального потепления. Далее был задан вопрос о том, какое же влияние оказывает глобальное потепление. Однако тема глобального потепления обсуждалась, естественно, уже только с теми, кто считает, что оно действительно происходит. Большинство из них (82 %) полагает, что глобальное потепление негативно влияет на жизнь человечества, и лишь немногие считают его влияние позитивным (5 %) либо отрицают какое-либо влияние этого процесса на жизнь людей (12 %). Затем респондентам был задан вопрос о причинах глобального потепления. При этом половина считающих глобальное потепление реальным рассматривает его исключительно как результат человеческой деятельности (70 %), как результат сочетания действия антропогенных и природных факторов — 24 %, и лишь 6 % полагают, что изменение климата всецело обусловлено естественными природными процессами. И последним был задан вопрос: «Сможет ли человек остановить процесс изменения климата?» В моём опросе 30 % респондентов считают, что предотвращение невозможно, у 70 % обратная точка зрения . Тем, кто считает противостояние потеплению возможным, был задан открытый вопрос о том, что именно может сделать человечество. Респонденты говорили о необходимости бережного отношения к природе в целом (88 %), об ограничении и контроле производственных выбросов и внедрении новых систем очистки (65 %), прекращении вырубки лесов (94 %), необходимо «всем странам серьёзно отнестись к этой проблеме и объединить усилия» для решения проблемы глобального потепления на международном уровне (98 %).

Заключение

Анализ полученных литературных и экспериментальных данных  позволяет заключить, что:

1.               Парниковый эффект – удержание значительной части тепловой энергии Солнца у земной поверхности.

2.               Существует два подхода к объяснению причин повышения средней температуры на Земле. Одни ученые считают, что повышение средней  температуры на Земле  происходит вследствие разогрева земной атмосферы парниковыми газами, другие ученые повышение температуры связывают с колебаниями интенсивности солнечной активности.

3.               В результате хозяйственной деятельности человека происходит усиление естественного парникового эффекта, что влияет на изменение климата на планете.

4.               Изменение климата может привести к негативным последствиям.

5.               Использование модели, демонстрирующей парниковый эффект, позволяет изучить влияние особенностей поглощения тепловой энергии поверхностями из различных материалов.

6.               Парниковый эффект над темным грунтом выражен сильнее, чем над светлым песком, так как черная поверхность, поглощая большую часть света и отражая меньшую часть света, нагревается быстрее и, следовательно, испускает инфракрасное излучение активнее. Поэтому  можно сделать вывод о том, что факторами, оказывающими влияние на парниковый эффект, являются различия в  поглощении тепловой энергии поверхностями из разных материалов.

7.               Я считаю, что снизить риск глобального потепления помогут следующие мероприятия:

- повышение выработки и использование энергии;

- переход  к использованию возобновляемых источников энергии;

- организация мероприятий по  улавливанию и хранению углекислого газа;

-  совершенствование ядерной энергетики;

- прекращение вырубки  лесов;

               - организация и поддержка кампаний по посадке деревьев.

Литература

1.     Абакумова  Г.М. , Ананьев Г.С. «Современная школьная энциклопедия География» ЗАО «Росмэн-пресс», 2008. - 416с.

2.     Алексеев С.В. Экология 10-11, С-Петербург, Смио-Пресс 1999г.

3.     Кислов А.В. Перспективы изменения климата в ближайшем будущем /А.В. Кислов, Ю.М. Баженов //География в школе. – 2005. - №5. – С. 4-9.

4.     Кузнецов В.Н. Экология. Справочные и дополнительные материалы к урокам экологии, Дрофа, М. 2002г.

5.     Миттон С.,  Миттон Ж.  «Астрономия» Москва «РОСМЭН» 1995г.

6.     Перышкин А.В. «Физика 8» Издательство «Дрофа» , 2008 г.

7.     Рыженков А.П.. Физика. Человек. Окружающая среда, М. Просвещение, 2000г.

8.     Фёдорова М.З.,  Кучменко В.С.,  Экология человека. 8 класс, М. «Вентена-Граф» 2004 г.

Скачано с www.znanio.ru