ПАРНИКОВЫЙ ЭФФЕКТ: ПРИЧИНЫ И МЕХАНИЗМ ВОЗНИКНОВЕНИЯ

Сивонкин Алексей

класс 7, МБОУ Николо-Урюпинская ООШ, с. Николо-Урюпино, Красногорского района, Московской области

 Малозёмова Т.В.

научный руководитель, учитель высшей категории, преподаватель биологии МБОУ Николо-Урюпинской ООШ, с. Николо-Урюпино, Красногорского района, Московской области

Введение

В школе на уроках природоведения, биологии, географии затрагивается тема об экологических проблемах, которые возникают от деятельности человека. Одной из таких проблем является «Парниковый эффект». О нём много говорится и пишется. Изучаются механизм и причины образования этого явления. Особое внимание уделяется влиянию «парникового эффекта» на климат Земли. Считается, что при дальнейшем развитии промышленности и выделении в атмосферу так называемых «парниковых газов», климат на планете изменится в сторону повышения температуры.

Парнико́вый эффе́кт — это повышение температуры нижних слоёв атмосферы планеты по сравнению с эффективной температурой, то есть температурой теплового излучения планеты, наблюдаемого из космоса.

Суть «парникового эффекта» заключается в том, что поверхность планеты, получая тепло в виде солнечной энергии, нагревается. Тепло от почвы поднимается вверх, но задерживается в тропосфере, так как содержащиеся в ее атмосфере газы — водяной пар, СО₂, метан и другие газы препятствуют выходу тепла в космос. Атмосфера задерживает идущее от земной поверхности тепловое излучение так же как пленка над огородным парником.

На уроках при изучении темы о проблемах, влияющих на изменение климата, мне стало интересно, каким же образом возникает это явление под названием — парниковый эффект. И я решил разобраться в этом вопросе.

Для этого я построил модель, демонстрирующую парниковый эффект и постарался выяснить как поглощают тепловую энергию поверхности из различных материалов.

Рисунок 1. Поглощение тепловой энергии поверхностями из различных материалов.

Методики исследований.

Для проведения опытов я приготовил модель для определения механизма парникового эффекта. Я взял стеклянную банку с крышкой, спиртовой уличный термометр, электрическую лампу, проволоку, воду, почву, песок. 

Затем поместил на дно банки почву, слоем 2—3 см. Грунт увлажнил. Вертикально с помощью проволоки и поместил термометр в банку так, чтобы легко было снимать показания через стенку сосуда. Накрыть банку стеклянной крышкой и на высоте 20—30 см. установил лампу.

После, не включая ламп, записал температуру, установившуюся внутри банки. Оставил крышку на сосуде, включил лампу и записывал температуру каждую минуту в течение 20 минут. Далее выключил лампу, дал температуре упасть до комнатной. Увлажнил грунт и повторил опыт, сняв крышку с банки. То есть измерял температуру каждую минуту при открытой крышке.

Заменив тёмный грунт на светлый (я использовал обыкновенный речной песок), повторил опыт. Сначала нагрел содержимое банки, а потом охладил. 

Рисунок 2. Повторение опыта

Результаты исследований

Проведя опыты, я получил следующие результаты.

Сделав модель, демонстрирующую парниковый эффект, я сначала насыпал в банку почву. Установил температуру, она равнялась 17,5°⁰С. Затем закрыл банку стеклянной крышкой и поставил под электрическую лампу. Лампу установил на высоте 25 см. от крышки банки. Каждую минуту фиксировал показания термометра. За 20 минут температура в банке поднялась до 20,5°⁰С. Всего колебания температуры составили 3 градуса.

После того как убрал банку из-под лампы изнутри ёмкость запотела. На стенках образовался пар. Через некоторое время это явление стало исчезать. Причём очень хорошо было видно, как туман поднимается вверх по стенке. Особенно это заметно было по термометру. Сначала шкалу термометра было видно плохо, а затем постепенно, снизу вверх шкала стала чётко просматриваться.

Рисунок 3. Образование пара

Я подождал, когда температура в банке сравняется с комнатной и открыл её. Но в течение 20 минут никаких изменений не произошло. Температура оставалась на уровне 17,5 °С.

Таким образом, я выяснил, какое влияние облачность оказывает на температуру воздуха. Когда банка была закрыта крышкой тёплый воздух поднимаясь вверх не мог преодолеть закрытую крышку имитирующую облака в верхних слоях атмосферы. В этом и заключается суть парникового эффекта — атмосфера задерживает идущее от земной поверхности тепловое излучение подобно пленке над огородным парником.

Если облака рассеиваются или возрастает прозрачность воздушных масс, температура неизбежно понижается по мере того, как поверхность Земли беспрепятственно излучает тепловую энергию в окружающее пространство. Что хорошо было видно когда с банки сняли крышку. Температура внутри и снаружи банки сравнялись.

Когда опыт повторил с песком, то температура в банке при нагревании поднялась всего на 1° С, с 18° до 19°. После того как прекратили нагревание и песок остыл, то температура песка сначала была равна комнатной, а затем снизилась на полградуса. Это связано с тем, что почва лучше, чем песок поглощает солнечную энергию и нагревается. Соответственно и тепла почва отдаёт больше; столько, сколько получила. Ещё это связано с тем, что светлые поверхности больше отражают свет, чем поглощают в отличие от тёмных.

Это подтверждается и температурными кривыми, которые представлены на графиках. (график №1 и график №2).Видно, что тёмный грунт отдаёт тепло в окружающую среду, создавая эффект парника. 

График № 1. График, показывающий температурные кривые при нагревании банки и после остывания с темным грунтом

График № 2. График, показывающий температурные кривые при нагревании и после остывания банки с песком

В начале работы я поставил себе цель: разобраться в сути и механизме образования природного явления — парниковый эффект. Сделав модель, демонстрирующую парниковый эффект и проведя соответствующие опыты я понял механизм образования данного явления в атмосфере. Выяснил влияние облачности на образование парникового эффекта, чем больше облачность, тем сильнее проявление этого явления, так как облака препятствуют выходу тепловой энергии в открытое пространство. Выяснил, что выделение тепловой энергии в атмосферу зависит от поверхности, с которой это тепло выделяется, тёмный грунт лучше отдаёт тепло, чем светлый. Если не вмешиваться в природные процессы, то состояние теплового равновесия на Земле устанавливается само.

Список литературы:

1.Алексеев В.В., Киселева С.В., Чернова Н.И. «Рост концентрации СО2 в атмосфере — всеобщее благо?» // Природа, № 9, 1999 г.

2.Заварзин Г.А. «Становление биосферы» // Вестник Российской Академии наук, том 71, № 11, с. 988—1001 (2001)

3. Монин А.С., Шишков Ю.А. «Климат как проблема физики» // УФН, том 170, № 4, 2000 г.

4.Мелешко В.П., Катцов В.М, Спорышев П.В., Вавулин С.В., Говоркова В.А., «Изучение возможных изменений климата с помощью моделей общей циркуляции атмосферы и океана» // Изменения климата и их последствия. — Спб.: Наука, 2002.

5. Яншин А. «Опасен ли парниковый эффект» // Наука и жизнь. 1989. № 12.