Проектная деятельность, страница 230 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

В настоящее время проблема глобального потепления является весьма актуальной и обсуждаемой в самых разных изданиях. В них довольно часто синонимом глобального потепления авторы употребляют словосочетание «парниковый эффект», но между этими понятиями есть небольшая разница.

1. Дайте определения парникового эффекта и глобального потепления.

2. Попробуйте сформулировать, в чём же разница между обсуждаемыми понятиями.

3. Какое из этих понятий является более широким.

4. Перечислите современные способы получения информации о климатических изменениях.

5. Существуют различные гипотезы по поводу причин глобального потепления. Перечислите некоторые из них (попробуйте в защиту той или иной гипотезы привести доступные вам научные факты).

6. Существует ряд сценариев по поводу дальнейших глобальных климатических изменений. Обсудите некоторые из них с учащимися вашего класса. Выберите тот сценарий, который вам кажется наиболее убедительным, приведите обоснование своей точки зрения.

1. Дайте определения парникового эффекта и глобального потепления.

Парниковый эффект — это естественный процесс, благодаря которому атмосфера планеты удерживает часть тепловой энергии, полученной от звезды. Солнечные лучи в видимом диапазоне беспрепятственно проходят через атмосферу и нагревают поверхность Земли. Нагретая поверхность, в свою очередь, излучает тепло в виде инфракрасных волн. Некоторые газы в атмосфере, называемые парниковыми (в основном это водяной пар ($H_2O$), углекислый газ ($CO_2$), метан ($CH_4$) и оксид азота ($N_2O$)), поглощают это инфракрасное излучение и переизлучают его, в том числе обратно к поверхности. Без этого естественного эффекта средняя температура на Земле была бы примерно на 33°C ниже (около -18°C), что сделало бы жизнь в её нынешнем виде невозможной.

Глобальное потепление — это долгосрочное повышение средней температуры климатической системы Земли, наблюдаемое с конца XIX века (период индустриализации). Этот процесс представляет собой усиление естественного парникового эффекта, вызванное деятельностью человека (антропогенными факторами). Основной причиной является сжигание ископаемого топлива (угля, нефти и газа), вырубка лесов и некоторые промышленные и сельскохозяйственные процессы, которые приводят к беспрецедентному росту концентрации парниковых газов, в первую очередь $CO_2$, в атмосфере.

Ответ: Парниковый эффект — это естественный процесс удержания тепла атмосферой, необходимый для жизни, а глобальное потепление — это его усиление из-за деятельности человека, приводящее к повышению средней температуры на планете.

2. Попробуйте сформулировать, в чём же разница между обсуждаемыми понятиями.

Ключевая разница между парниковым эффектом и глобальным потеплением заключается в их природе и масштабе. Парниковый эффект — это механизм, а глобальное потепление — это результат его интенсификации.
Можно провести аналогию с одеялом. Парниковый эффект — это как одно одеяло, которое согревает вас в прохладную ночь и поддерживает комфортную температуру. Это полезно и необходимо. Глобальное потепление — это как если бы кто-то начал накидывать на вас всё новые и новые одеяла (дополнительные молекулы $CO_2$), из-за чего вам становится слишком жарко, и ваш организм перегревается.
Таким образом, разница сводится к следующему:
- Парниковый эффект — естественное, стабильное и жизненно важное явление.
- Глобальное потепление — современное, быстрое и потенциально опасное изменение климата, вызванное антропогенным усилением парникового эффекта.

Ответ: Разница в том, что парниковый эффект — это естественный и необходимый для жизни механизм, тогда как глобальное потепление — это процесс его недавнего и быстрого усиления из-за деятельности человека, что приводит к негативным последствиям.

3. Какое из этих понятий является более широким.

Более широким понятием является парниковый эффект. Это фундаментальный физический процесс, который существует на любой планете, обладающей атмосферой с соответствующими газами. Он существовал на Земле задолго до появления человека, на протяжении миллиардов лет, и является неотъемлемой частью климатической системы. Глобальное потепление, напротив, является более узким понятием. Оно описывает конкретный эпизод в климатической истории Земли — современный период быстрого роста средних температур, вызванный антропогенным усилением парникового эффекта. Таким образом, глобальное потепление — это лишь одно из проявлений или последствий изменений в механизме парникового эффекта.

Ответ: Понятие «парниковый эффект» является более широким, так как оно описывает общий физический принцип, в то время как «глобальное потепление» — это частный случай его проявления в современную эпоху.

4. Перечислите современные способы получения информации о климатических изменениях.

Современная климатология использует комплексный подход, сочетая множество методов для сбора данных о климатических изменениях:
• Спутниковый мониторинг: Космические аппараты непрерывно измеряют температуру поверхности океана и суши, концентрацию газов в атмосфере (например, $CO_2$), площадь и массу ледников и ледяных щитов, уровень мирового океана, площадь морского льда.
• Наземные метеорологические станции: Глобальная сеть станций на протяжении более ста лет ведет систематические измерения температуры воздуха, количества осадков, скорости ветра и атмосферного давления.
• Океанографические измерения: Системы океанических буев (например, глобальная сеть «Арго»), корабельные экспедиции и автономные подводные аппараты измеряют температуру, соленость и химический состав воды на разных глубинах.
• Анализ ледяных кернов: Бурение глубоких скважин в ледниках Антарктиды и Гренландии позволяет извлечь ледяные керны. В пузырьках воздуха, запечатанных во льду, сохранился состав атмосферы прошлого (до 800 тыс. лет и более), а изотопный состав самого льда ($δ^{18}O$) позволяет реконструировать древние температуры.
• Палеоклиматология: Изучение годичных колец деревьев (дендрохронология), озерных и океанских донных отложений, кораллов и пещерных натеков (сталагмитов) позволяет получить информацию о климате на протяжении тысяч и миллионов лет.
• Компьютерное моделирование: Создание сложных математических моделей климатической системы Земли на суперкомпьютерах. Эти модели позволяют проверить гипотезы о причинах прошлых изменений и составить прогнозы будущего развития климата при различных сценариях.

Ответ: Современные методы включают спутниковый и наземный мониторинг, океанографические измерения, анализ ледяных кернов, палеоклиматологические исследования (годичные кольца, отложения) и компьютерное моделирование.

5. Существуют различные гипотезы по поводу причин глобального потепления. Перечислите некоторые из них (попробуйте в защиту той или иной гипотезы привести доступные вам научные факты).

Основных гипотез о причинах современного глобального потепления две.

1. Антропогенная гипотеза (является доминирующей в научном сообществе)
Суть: Главной причиной потепления является деятельность человека, ведущая к росту концентрации парниковых газов.
Научные факты в защиту:
• Прямые измерения: С 1958 года на обсерватории Мауна-Лоа ведется непрерывный мониторинг концентрации $CO_2$ в атмосфере (график Килинга). Он показывает неуклонный рост с 315 ppm (частей на миллион) до более 420 ppm в настоящее время.
• Данные ледяных кернов: Анализ пузырьков воздуха из антарктического льда показывает, что на протяжении последних 800 000 лет концентрация $CO_2$ колебалась в пределах 180-300 ppm. Текущие значения являются беспрецедентно высокими для этого периода.
• Изотопный анализ: Углерод, выбрасываемый при сжигании ископаемого топлива, имеет специфический изотопный состав (он обеднен радиоактивным изотопом $^{14}C$ и содержит меньше изотопа $^{13}C$ по сравнению с $^{12}C$). Уменьшение доли этих изотопов в атмосфере является прямым «отпечатком пальца», доказывающим, что прирост $CO_2$ имеет именно антропогенное происхождение.

2. Гипотеза о естественных причинах (в значительной степени опровергнута как основная причина современного потепления)
Суть: Наблюдаемое потепление является частью естественного климатического цикла и вызвано природными факторами, такими как изменения солнечной активности или вулканическая деятельность.
Научные факты (и их критика):
• Солнечная активность: Сторонники этой гипотезы предполагают, что Солнце стало светить ярче. Однако спутниковые наблюдения с конца 1970-х годов показывают, что общая энергия, поступающая от Солнца, не демонстрировала тенденции к росту; более того, в последние десятилетия наблюдался её небольшой спад, в то время как температура Земли продолжала расти.
• Вулканическая деятельность: Крупные извержения вулканов выбрасывают в атмосферу большое количество $CO_2$, но также и сульфатные аэрозоли, которые отражают солнечный свет. Эффект от аэрозолей сильнее, и в результате крупные извержения приводят к краткосрочному (1-3 года) похолоданию, а не потеплению. Антропогенные выбросы $CO_2$ в год в десятки раз превышают выбросы от всех вулканов Земли.
• Орбитальные циклы (циклы Миланковича): Эти циклы изменения орбиты Земли действительно управляют ледниковыми периодами, но их временной масштаб — десятки и сотни тысяч лет. Они не могут объяснить столь резкое потепление, произошедшее всего за 150 лет.

Ответ: Основная научная гипотеза — антропогенная, согласно которой потепление вызвано выбросами парниковых газов человеком. Это подтверждается ростом концентрации $CO_2$, его изотопным составом и несоответствием наблюдаемого потепления естественным циклам, таким как солнечная активность.

6. Существует ряд сценариев по поводу дальнейших глобальных климатических изменений. Обсудите некоторые из них с учащимися вашего класса. Выберите тот сценарий, который вам кажется наиболее убедительным, приведите обоснование своей точки зрения.

Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) разработала несколько сценариев будущего, которые зависят от социально-экономического развития человечества и объемов будущих выбросов парниковых газов. Их можно условно разделить на три группы:

1. Оптимистичный сценарий (низкие выбросы, например, SSP1-2.6): Человечество предпринимает быстрые и решительные действия. Происходит глобальный переход на возобновляемые источники энергии, внедряются технологии улавливания углерода, повышается энергоэффективность. В этом случае глобальное потепление удается удержать в пределах 1,5-2°C по сравнению с доиндустриальным уровнем. Последствия все равно будут серьезными (рост уровня моря, более частые экстремальные погодные явления), но человечество избежит климатической катастрофы.

2. Умеренный (промежуточный) сценарий (средние выбросы, например, SSP2-4.5): Этот сценарий предполагает, что страны будут выполнять свои текущие обязательства по сокращению выбросов, но этих усилий будет недостаточно. Эмиссии продолжают расти какое-то время, а затем медленно снижаются. К концу XXI века потепление может составить около 2,5-3°C. Это приведет к очень серьезным последствиям: значительное затопление прибрежных городов, сильные засухи и нехватка продовольствия в одних регионах и катастрофические наводнения в других, массовое вымирание видов.

3. Пессимистичный сценарий (высокие выбросы, например, SSP5-8.5): Человечество продолжает развиваться по пути интенсивного использования ископаемого топлива, игнорируя климатические проблемы. Выбросы продолжают расти на протяжении всего века. В этом случае потепление к 2100 году может превысить 4-5°C. Последствия будут катастрофическими: коллапс ледяных щитов Гренландии и Антарктиды, подъем уровня моря на метры, превращение огромных территорий, включая тропики, в непригодные для жизни зоны, коллапс глобальных экосистем и, как следствие, глубочайший кризис человеческой цивилизации.

Наиболее убедительный сценарий и его обоснование:
На сегодняшний день наиболее убедительным, к сожалению, представляется умеренный (промежуточный) сценарий.
Обоснование: С одной стороны, оптимистичный сценарий требует немедленных, скоординированных и беспрецедентных по масштабу действий от всего мирового сообщества. Текущие темпы и уровень международного сотрудничества показывают, что достичь его целей будет крайне сложно. С другой стороны, самый пессимистичный сценарий также становится менее вероятным, поскольку стоимость возобновляемой энергии (солнечной и ветровой) резко упала, и она уже сейчас экономически более выгодна, чем ископаемое топливо во многих регионах. Это замедляет рост выбросов по сравнению с прогнозами "бизнес как обычно". Таким образом, мир, скорее всего, будет двигаться по "серединному" пути: предпринимаемых усилий будет недостаточно для предотвращения опасного изменения климата, но технологический и экономический прогресс не позволит скатиться в наихудший из возможных сценариев. Этот путь все равно ведет к очень опасному будущему, что подчеркивает крайнюю необходимость активизации усилий по борьбе с изменением климата.

Ответ: Наиболее убедительным кажется умеренный сценарий, при котором потепление к концу века составит 2,5-3°C. Это связано с тем, что текущих мер недостаточно для оптимистичного сценария, но экономическое развитие возобновляемой энергетики делает наихудший сценарий менее вероятным.