Energiebilanz der Erde und Strahlungsantrieb des Klimawandels

Lesen Sie diesen Artikel, um mehr über die Energiebilanz der Erde und den Strahlungsantrieb des Klimawandels zu erfahren.

Einführung:

Unsere Erde empfängt kurzwellige Strahlung von der Sonne. ein Drittel davon wird reflektiert und der Rest wird von Atmosphäre, Meeren, Land, Eis und Biota absorbiert. Die Energie, die von der Sonnenstrahlung absorbiert wird, wird durch ausgehende Strahlung der Erde und ihrer Atmosphäre langfristig ausgeglichen.

Das Gleichgewicht zwischen der absorbierten und der als langwellige Infrarotstrahlung emittierten Energie kann sich jedoch aufgrund vieler natürlicher Faktoren wie der Energieabgabe der Sonne, langsamer Schwankungen der Erdumlaufbahn und anthropogener Faktoren, die den Treibhauseffekt verursachen, der globalen Erwärmung, dem nuklearen Winter und der Erschöpfung der Energie beeinflussen Ozonschicht und Ozonloch in der Antarktis. Die Absorption von Infrarotstrahlung wird im Allgemeinen als Strahlungsantrieb bezeichnet.

Unsere Atmosphäre ist in verschiedene horizontale Schichten unterteilt. Jeder ist durch die Steigung seines Temperaturprofils gekennzeichnet. Ausgehend von der Erdoberfläche heißen diese Schichten Troposphäre, Stratosphäre, Mesosphäre und Thermosphäre. In der Troposphäre und der Mesosphäre nimmt die Temperatur mit der Höhe ab, in der Stratosphäre und der Thermosphäre mit der Höhe.

Die Übergangshöhen zwischen diesen Schichten werden als Tropopause, Stratopause und Mesopause bezeichnet. In der Troposphäre treten über 80% der Masse der Atmosphäre und aller Wasserdampfwolken und Niederschläge auf. Am Äquator kann er etwa 18 km betragen, in mittleren Breiten kann er jedoch auf 10-12 km abfallen, bei Polen nur etwa 5-6 km. In der Troposphäre sinkt die Temperatur normalerweise um 5 bis 7 ° C pro km.

Diese Region ist normalerweise ein sehr turbulenter Ort, da es starke vertikale Bewegungen gibt, die zu einer schnellen und vollständigen Vermischung der Luft führen. Dieses Mischen verbessert die Luftqualität, da die verschiedenen Schadstoffe schnell verringert werden. Oberhalb der Troposphäre befindet sich die Stratosphese, eine stabile Schicht trockener Luft.

Die Schadstoffe, die in die Stratosphäre gelangen, können dort viele Jahre verbleiben, bevor sie wieder in die Troposphäre gelangen, wo sie leichter abgeführt und letztendlich durch Ansiedlung oder Niederschlag beseitigt werden. In der Stratosphäre werden kurzwellige ultraviolette Strahlung von Ozon (O 3 ) und Sauerstoff (O 2 ) absorbiert, so dass sich die Luft erwärmt. Die resultierende Temperaturumkehr bewirkt die Stabilität dieser Zone. Troposphäre und Stratosphäre machen zusammen etwa 99, 9% der Masse der Atmosphäre aus.

Nach der Stratosphäre liegt die Mesosphäre. In dieser Region vermischt sich auch Luft ziemlich schnell. Oberhalb der Mesosphäre befindet sich die Thermosphäre. In der Thermosphäre beruht die Erwärmung auf der Absorption von Sonnenenergie durch atomaren Sauerstoff. In der Thermosphäre findet man eine dichte Bande geladener Teilchen, die Ionosphäre genannt wird. Es reflektiert Radiowellen zur Erde zurück, so dass die Ionosphäre vor der Erfindung der Satelliten für die weltweite Kommunikation besonders wichtig war.

Treibhauseffekt:

Kurzwellige Sonnenstrahlen mit einer Wellenlänge von weniger als 3 µm können leicht durch die Atmosphäre dringen, während langwellige terrestrische Strahlungen, die von der Erdoberfläche (mehr als 3 µm) emittiert werden, teilweise durch die Anzahl der in der Atmosphäre vorhandenen Spurengase absorbiert werden. Diese Spurengase sind als Treibhausgase bekannt. (GHG).

Die wichtigsten Treibhausgase sind Kohlendioxid (CO 2 ) Methan (CH 4 ) Distickstoffoxid (N 2 O), Wasserdampf und Ozon (O 3 ), die in der Troposphäre und in der Stratosphäre vorhanden sind. Neben diesen natürlichen Treibhausgasen wurden in den letzten Jahrzehnten aufgrund verschiedener menschlicher Aktivitäten auch Chlorfluorkohlenwasserstoffe (FCKW) und andere Halogenkohlenwasserstoffe in die Liste aufgenommen.

Wenn Sonnenstrahlen oder kosmische Strahlung die Atmosphäre durchdringen, werden sie von verschiedenen Gasen und Aerosolen in der Luft beeinflusst. Diese Gase können die Strahlungsenergie oder Sonnenstrahlen entweder unbeeinflußt passieren lassen oder durch Reflexion streuen oder durch Absorption dieser einfallenden Strahlung stoppen.

In ähnlicher Weise absorbieren diese Gase die von der Erdoberfläche emittierten austretenden Infrarotstrahlungen (1R). Die meisten langwelligen Wärmestrahlungen der Erde werden von radioaktiv aktiven Treibhausgasen absorbiert. Wasserdampf (H 2 O), ein sehr wichtiges Treibhausgas, absorbiert Wärmestrahlungen in weniger als 8 µm und mehr als 18 µm sowie Bänder, die bei 2, 7 µm und 4, 3 µm zentriert sind.

Zwischen 7 und 12 µm findet sich ein atmosphärisches Fenster, das für ausgehende terrestrische Strahlungen ein relativ klarer Himmel ist. Strahlung in diesen Wellenlängen tritt leicht durch die Atmosphäre, mit Ausnahme einer kleinen, aber recht wichtigen Absorptionsbande zwischen 9, 5 µm und 10, 6 µm, die mit Ozon in Verbindung steht. Die gesamte einfallende Sonnenstrahlung mit einer Wellenlänge von weniger als 0, 3 µm, dh ultraviolette (UV) Strahlung wird von Sauerstoff und Ozon absorbiert.

Diese Absorption von UV-Strahlung tritt in der Stratosphäre auf, die die Erdoberfläche vor schädlichen ultravioletten Strahlen abschirmt. Radioaktiv aktive Treibhausgase absorbieren die Wellenlänge länger als 4 µm. Durch diese Absorption wird die Atmosphäre erwärmt, die dann, wie in der Abbildung (Abb. 1) gezeigt, Energie zur Erde und zum Weltraum zurückstrahlt. Diese Treibhausgase fungieren als thermische Decke auf der ganzen Welt und erhöhen die Oberflächentemperatur der Erde.

Der Begriff Treibhauseffekt basiert auf dem Konzept eines konventionellen Gewächshauses aus Glas. Glas überträgt die kurzwelligen Sonnenstrahlen leicht in ein Gewächshaus und absorbiert etwa die gesamte langwellige Strahlung, die vom Inneren des Gewächshauses abgestrahlt wird. Dieser Strahlungsfang ist teilweise für die erhöhten Temperaturen im Gewächshaus verantwortlich. Ein Großteil dieses Effekts ist lediglich auf die Verringerung der konvektiven Kühlung des Innenraums zurückzuführen, die durch das Gehäuse verursacht wird. Die Beheizung des Innenraums nach dem Abstellen in der Sonne ist ein weiteres einfaches Beispiel für den Treibhauseffekt.

Wenn die Erde keinen natürlichen Treibhauseffekt hätte, wäre ihre Durchschnittstemperatur -19 ° C. Wir können also sagen, dass der Treibhauseffekt für die Erwärmung der Erde verantwortlich ist. Der Treibhauseffekt ist zwar ein natürliches Phänomen und war seit undenklichen Zeiten vorhanden, aber nach der Industriellen Revolution oder wir können sagen, dass seit den 1950er Jahren aufgrund der raschen Industrialisierung Waldrodungen für Landnutzung und eine enorme Zunahme an Fahrzeugen usw. die Menge an Treibhausgase, die Gase in der Umgebung werden um ein Vielfaches erhöht, aufgrund dessen die Temperatur der Erde viel schneller zunimmt. Dies ist ein Hauptanliegen aller entwickelten und Entwicklungsländer.

Strahlungsantrieb des Klimawandels:

Der Treibhauseffekt ist jedoch ein natürliches Phänomen, das dafür verantwortlich ist, dass die Temperatur der Erde um 34 ° C höher liegt als dies der Fall gewesen wäre, wenn keine strahlungsaktiven Gase in der Atmosphäre vorhanden wären. Es ist jetzt klar, dass die vom Menschen verursachten Emissionsquellen vieler Gase und Aerosole den Treibhauseffekt beeinflussen, was zu einer Unsicherheit bei der Vorhersage des zukünftigen globalen Klimas führt, wie das Modell des globalen durchschnittlichen Energieflusses zeigt

Die einfallende Sonnenenergie, die von der Erde und ihrer Atmosphäre absorbiert wird, beträgt 235 W / m 2, ausgeglichen von 235 W / m 2 der ausgehenden langwelligen Strahlung. Wenn aus irgendwelchen Gründen der einfallenden Strahlungsenergie eine zusätzliche Energiemenge hinzugefügt wird, wird dieses Gleichgewicht vorübergehend gestört, obwohl sich das Klimasystem im Laufe der Zeit an diese Änderung anpasst, indem es entweder die Oberflächentemperatur von erhöht oder verringert Erde, bis das Gleichgewicht wieder hergestellt ist. Mathematisch können wir den Prozess wie folgt darstellen. Das ausgeglichene System hat anfangs gleich absorbierte Sonnenenergie (Qabs) und ausgehende Strahlungsenergie (Qrad)

Wenn das System durch Strahlungsantrieb, dh AF (w / m 2 ), für die einfallende absorbierte Energie gestört wird, wird mit der Zeit ein neues Gleichgewicht hergestellt

hier beziehen sich die Deltas auf Änderungen in der Menge der absorbierten und der Strahlungsenergie. Beim Abzug von 1 von 2 ergibt sich

Bis jetzt haben wir den Treibhauseffekt als ein natürliches Phänomen beschrieben, aufgrund dessen die Durchschnittstemperatur der Erde um 34 ° C höher liegt, als wenn es keine radioaktiv aktiven Gase in der Atmosphäre gegeben hätte. Das Konzept der Strahlungsantriebe des Klimawandels kann auf die Ansammlung von Treibhausgasen (THG) in der Atmosphäre angewendet werden, wodurch das Gleichgewicht zwischen den einfallenden Sonnenstrahlen und den ausgehenden terrestrischen Strahlungen gestört wird.

Es kann auch auf Änderungen in Aerosolen und Feinstaub durch natürliche und vom Menschen verursachte Quellen, Ozonabreicherung in der Stratosphäre, Anhäufung von photochemisch erzeugtem Ozon in der Troposphäre und Variabilität der Sonnenstrahlung, die die Erdatmosphäre erreicht, angewendet werden.

Aufgrund dieser Faktoren sind sowohl positive als auch negative Antriebe möglich. Positives Forcieren trägt zur globalen Erwärmung bei, während negatives Forcieren zur Abkühlung der Erde beiträgt. In der Atmosphäre vorhandene Gase und Feststoffe können sowohl direkte als auch indirekte Strahlungsantriebe ausüben.

Direktes Forcieren wird durch Substanzen in der Atmosphäre verursacht, die tatsächlich aus einer Quelle emittiert wurden. Indirekte Antriebe sind solche, die auftreten, wenn diese Substanzen solche anderen atmosphärischen Veränderungen verursachen, die die Strahlungseigenschaften der Atmosphäre beeinflussen.

Zum Beispiel beeinflussen Aerosole direkt das Treiben, indem sie die Sonnenstrahlung absorbieren oder reflektieren, während sie auch eine indirekte Wirkung ausüben, indem sie die Albedo von Wolken beeinflussen. In ähnlicher Weise wirken Halogenkohlenwasserstoffe wie Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) sowohl direkt als auch indirekt. Die direkte Wirkung von Halogenkohlenwasserstoffen ist eine Erhöhung des Strahlungsantriebs, da diese Gase, dh Kohlenstoff plus Fluor, Chlor und / oder Brom, die terrestrischen Großwellenstrahlungen von der Erde absorbieren. Sie haben auch einen indirekten Effekt durch Zerstörung von Ozon (O 3 ) in der Stratosphäre.

Das Ozon wird im atmosphärischen Strahlungsfenster des Mittagessens absorbiert, so dass die Zerstörung des Ozons das Fenster öffnet und die Erde leichter abkühlen kann. Wir können also sagen, dass die direkte Wirkung von Halogenkohlenwasserstoffen zur globalen Erwärmung beiträgt, während deren indirekte Wirkung der Zerstörung von Ozon die Abkühlung von unterstützt der Planet. In der nachstehenden Tabelle sind die aktuellen Schätzungen des Strahlungsantriebs zusammengefasst, die durch die direkten und indirekten Auswirkungen von Treibhausgasen, Aerosolen und Feinstaub sowie Sonnenstrahlung verursacht werden.

Die in der obigen Tabelle aufgeführten Haupt-Treibhausgase sind in der Atmosphäre gut gemischt und ihre Strahlungsantriebe sind gut verstanden. Abb. (2) zeigt die relative Bedeutung dieser wichtigsten Treibhausgase (GHGs) in Bezug auf Änderungen in ihrem Strahlungsantrieb seit vorindustrieller Zeit, dh von 1850 bis heute. Von den insgesamt 2, 45 W / m 2 des Treibstoffs seit 1850 ist der Hauptanteil Kohlendioxid (64%), zweitens Methan (CH 4 ) (19%), Halokohlenwasserstoffe (11%) und Lachgas (N 2 O) nur für 6%.

Die Beiträge von Halogenkohlenwasserstoffen werden in dieser Abbildung vereinfacht, da deren indirekter Kühleffekt, der mit der Zerstörung von Ozon verbunden ist, nicht in den Daten enthalten ist. Wenn diese indirekten Effekte einbezogen werden, beträgt der Gesamtzwang der Halogenkohlenstoffe tatsächlich weniger als 11%. Nun werden wir ausführlich über diese wichtigsten Treibhausgase diskutieren.

Kohlendioxid (CO 2 ):

Es ist ein bedeutendes Treibhausgas mit dem höchsten Anteil von 50-60% und macht fast zwei Drittel des derzeitigen Strahlungsantriebs aus. Die ersten präzisen und direkten Messungen des Kohlendioxids in der Atmosphäre begannen 1957 am Südpol und 1958 in Monaloa, Hawaii.

Die CO 2 -Konzentration betrug zu dieser Zeit etwa 315 ppm und wuchs fast bis zur Jahresmitte um 1 ppm pro Jahr. Jetzt wächst sie mit einer Rate von etwa 1, 6 ppm / a. Wie in dieser Gleichung gezeigt, wird CO 2 von Pflanzen in der Photosynthese aus der Atmosphäre entnommen

In der Frühjahrs- und Sommersaison ist das Pflanzenwachstum maximal. In der nördlichen Hemisphäre sinkt der CO 2 -Gehalt ab etwa Oktober. Bei der Atmung wird der Prozess, den die Lebewesen nutzen, um Energie zu gewinnen, die obige Gleichung umgekehrt. In der Atmung werden komplexe organische Moleküle abgebaut, die Kohlenstoff in die Atmosphäre zurückführen.

In den Herbst- und Wintermonaten übersteigt die Atmungsrate die Photosynthese. Es gibt keinen Ersatz für Kohlenstoff in der Atmosphäre, der zu einer maximalen Konzentration von CO 2 in den nördlichen Hemisphären um Mai führt. So wandert Kohlenstoff kontinuierlich aus der Atmosphäre in die Nahrungskette (in der Photosynthese) und kehrt in die Atmosphären zurück (in der Atmung).

Die Reaktion zur Atmung ist wie folgt:

Die CO 2 -Konzentrationen sind jetzt fast 30% höher als vor der industriellen Revolution.

Methan (CH 4 ):

Die Ansammlung von Methan in der Atmosphäre macht 0, 47 W / m² des Strahlungsantriebs aus, was 19% des gesamten direkten Treibhausantriebs entspricht. In vorindustriellen Zeiten betrug die Methankonzentration in der Atmosphäre während vieler Jahrhunderte, aber in 1800, etwa 700 Teile pro Milliarde (ppb). seine Konzentration nahm rasch zu. 1992 erreichte er 1714 ppb, was fast zweieinhalb Mal mehr war als das vorindustrielle Niveau.

Methan ist ein natürlich vorkommendes Gas in der Atmosphäre, aber seine Konzentration steigt aufgrund der menschlichen Aktivitäten rasch an. Natürliche Methanquellen sind Feuchtgebiete und Meere, die jährlich 160 Millionen Tonnen Methan freisetzen, wohingegen auf künstliche Quellen etwa 375 Millionen Tonnen Methangas freigesetzt werden. Etwa 50% der anthropogenen Emissionen von CH4 sind das Ergebnis der menschlichen Nahrungsmittelproduktion und rund 27% sind auf den Einsatz fossiler Brennstoffe zurückzuführen.

Da die Nahrungsmittel- und Energieerzeugung steigt, um den Bedarf der wachsenden Bevölkerung zu decken, werden Methanemissionen weiterhin einen erheblichen Teil des gesamten Strahlungsantriebs ausmachen. Das Balkendiagramm unten (Abb. 3) zeigt den prozentualen Beitrag verschiedener anthropogener Methanquellen.

Methan hat sowohl direkte als auch indirekte Auswirkungen auf den Strahlungsantrieb. Da CH 4 in der Atmosphäre eine längere Lebensdauer hat, absorbiert es weiterhin länger Infrarotstrahlung und erhöht so das globale Erwärmungspotenzial. Es gibt auch Bedenken hinsichtlich der Möglichkeit, dass aufgrund der globalen Erwärmung eine große Menge Methan freigesetzt wird, das derzeit im Permafrost eingefroren ist und die anaerobe Zersetzung von im Permafrost eingefrorenem organischem Material ermöglichen könnte, wodurch mehr Methan erzeugt wird. Erwärmung durch erhöhte Methanfreisetzung kann zur ursprünglichen Erwärmung beitragen.

Lachgas:

Es ist ein weiteres natürlich vorkommendes Treibhausgas, dessen Konzentration durch menschliche Aktivitäten zugenommen hat. In vorindustrieller Zeit betrug seine Konzentration 275 ppb. Dies ist derzeit 312 ppb und zeigt eine Steigerung von 13%. Lachgas wird während des Nitrifikationsprozesses des Stickstoffzyklus in die Atmosphäre freigesetzt.

Lachgas macht 6% des Strahlungsantriebs aus. Natürliche N2O-Quellen setzen jährlich etwa 9 Millionen Tonnen Stickstoff in die Atmosphäre frei, wobei der größte Teil aus Ozeanen und nassen Waldböden stammt. Vom Menschen verursachte Quellen tragen etwa 40% zu den gesamten N 2 O-Emissionen bei, dh 5, 7 Millionen Tonnen pro Jahr (IPCC, 1995), was hauptsächlich auf die tropische Landwirtschaft zurückzuführen ist.

Die Umwandlung von Waldland in Grasland und die Verwendung von Stickstoffdüngern auf Ackerflächen sind die Hauptquellen für N 2 O-Emissionen. Andere Quellen sind die Verbrennung von N 2 -haltigen Kraftstoffen, 3-Wege-Katalysatoren in Autos und viele industrielle Prozesse wie die Herstellung von Nylon. N 2 O hat auch eine lange atmosphärische Lebensdauer, die auf etwa 120 Jahre geschätzt wird, was bedeutet, dass Störungen in seinem natürlichen Zyklus lang anhaltende Auswirkungen haben werden. Es wird in der Stratosphäre durch Photolyse langsam abgebaut.

Halocarbon:

Dies sind Moleküle auf Kohlenstoffbasis, die Chlor, Fluor oder Brom enthalten. Dies sind starke Treibhausgase. Diese sind aus Umweltgründen auch sehr wichtig, da sie zur globalen Erwärmung beitragen und auch durch die Anwesenheit von Chlor- und Bromatomen, die in die Stratosphäre gelangen und Ozon in dieser Schicht zerstören können. Halokohlenwasserstoffe umfassen Fluorchlorkohlenwasserstoffe. (FCKW) und teilhalogenierte Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW).

FCKWs sind nicht toxisch, nicht reaktiv und nicht entflammbar und wasserunlöslich. Aufgrund ihrer inerten Natur werden sie nicht durch chemische Reaktionen zerstört und auch nicht durch Regen aus der Troposphäre entfernt. Sie haben also eine lange atmosphärische Lebensdauer. Sie können nur durch Photolyse entfernt werden, dh durch kurzwellige Sonnenstrahlen, die beim Eintritt der Moleküle in die Stratosphäre entstehen.

Das durch die Photolyse von FCKW freigesetzte Chlor zerstört jedoch das stratosphärische Ozon. Um diesen stratosphärischen Ozonabbau zu verhindern, werden anstelle von FCKW H-FCKW eingeführt. Die Zugabe von Wasserstoff bricht ihre Trägheit, so dass sie durch chemische Reaktionen in der Troposphäre zerstört werden, bevor sie in die Stratosphäre gelangen. Aber sie haben immer noch ein gutes Potenzial
die Ozonschicht abbauen. Fluorchlorkohlenwasserstoffe (HFKW) enthalten kein Chlor, daher sind sie sogar noch besser als FCKW.

Halone enthalten Brom, das auch ein Ozon zerstörendes Element ist. Sie sind sehr stabile Moleküle und zersetzen sich in der Troposphäre nicht. Sie setzen also nur Brom ab, wenn sie in die Stratosphäre gelangen, und werden durch Photolyse gebrochen. Sie werden in Feuerlöschern eingesetzt.

Ozon (O 3 ):

Ozon hat eine starke Absorptionsbande bei 9 µm, dh in der Mitte des atmosphärischen Fensters, was es zu einem wichtigen Treibhausgas macht. Es ist ein Hauptgas im photochemischen Smog, da die Smog-Produktion mit einer starken Industrialisierung einhergeht, so dass seine Konzentration in entwickelten Ländern stärker ist dh in der nördlichen Hemisphäre als in der südlichen Hemisphäre.

Ihre Konzentration variiert auch saisonal mit höheren Konzentrationen im Sommer, da die Sommermonate die Ozonbildung anregen. Auch das Strahlungswachstum von troposphärischem Ozon ist ziemlich unsicher und liegt zwischen 0, 2 und 0, 6 W / m 2 . Die stratosphärischen Ozonkonzentrationen nehmen aufgrund von Angriffen von Chlor und Brom durch UV-exponierte FCKW und Halone ab.

Nach einer Schätzung hat der Verlust an stratosphärischem Ozon einen global negativen Durchtrieb von etwa -0, 1 W / m 2 mit einem Faktor von 2, der unsicher ist. Dieser Ozonabbau ist indirekt das Ergebnis der Verwendung von FCKW und Halonen. Daher neigt dieser negative Druck dazu, einen positiven Druck durch die Emission von Halogenkohlenstoffen auszugleichen. Da nach dem Montrealer Protokoll die Emission von FCKW und Halonen in die Atmosphäre eingeschränkt wird, wird erwartet, dass sich Ozon in den kommenden Jahren erholen wird und dieser negative Zwang abnehmen wird.

Auf diese Weise sehen wir, dass Strahlungsantriebe dieser Treibhausgase die globale Temperatur und das globale Klima beeinflussen. Ein positiver Antrieb erhöht die Temperatur, während ein negativer Antrieb dieselbe verringert. Da wir besprochen haben, dass diese Kräfte nicht nur ein natürliches Phänomen sind, sondern auch durch menschliche Aktivitäten ausgelöst werden, müssen wir vor dem Einsatz einer solchen Technologie zwei Überlegungen anstellen, die zur Erhöhung der Treibhausgase und der globalen Erwärmung und zu Klimaänderungen beitragen.

Treibhausgase und globales Klima:

Der Anstieg der CO 2 -Konzentration, gemessen am Maunalao-Observatorium in Hawaii im Jahr 1958 von 315 ppm auf 345 ppm im Jahr 1985, ist hauptsächlich auf zwei Hauptaktivitäten des Menschen zurückzuführen, nämlich die Verbrennung fossiler Brennstoffe mit einer alarmierenden Geschwindigkeit und die Zerstörung der Waldbedeckung, die als CO betrachtet werden 2 Senke des Planeten. Der Verbrauch von Kohle und Öl hat sich in den letzten Jahren um das Vielfache erhöht, wie in der Abbildung dargestellt. (19) Der Anstieg des CO 2 -Pegels hat unmittelbare Auswirkungen auf den Anstieg der globalen Temperatur. Neben den CO 2 -Pegeln der Treibhausgase (GHGs) steigt im Laufe der Jahre, wie bereits erwähnt, an.

Laut dem Bericht der NASA steigt der FCKW-Anstieg um etwa 5% pro Jahr, während der Methan-Anstieg etwa 1% pro Jahr beträgt. Wenn der Anstieg der Treibhausgasemissionen mit der aktuellen Rate erfolgt, wird der Verdoppelungspunkt für jedes dieser Gase, die zum Treibhauseffekt beitragen, im Jahr 2030 einige Zeit sein. Obwohl die Wirkung der Treibhausgasemissionen auf das Klima langsam und unmerklich ist, ist dies jedoch auf lange Sicht Auswirkungen auf den Klimawandel werden alarmierend und irreversibel. Der Prozentsatz der Treibhausgasemissionen von 12 wichtigen Ländern ist in Abbildung (Abb. 5) angegeben.

Es ist interessant festzustellen, dass die Industrieländer bei der Emission von Treibhausgasen die größten Beiträge leisten und der Beitrag der Entwicklungsländer nur 15% beträgt. In postindustriellen Zeiten entwickeln sich etwa 75% der Weltbevölkerung in Ländern der Dritten Welt. Bis vor kurzem wurden die meisten Treibhausgase durch die großen biogeochemischen Zyklen der Erde ohne Beeinflussung durch menschliche Aktivitäten aus der Troposphäre ausgestoßen und entfernt. Nach der industriellen Revolution haben wir jedoch besonders seit 1950 enorme Mengen an Treibhausgasen in die Atmosphäre gegeben. Es gibt wachsende Besorgnis, dass diese Treibhausgase den natürlichen Treibhauseffekt verstärken und zu einer globalen Erwärmung des Planeten führen können.

Die möglichen Auswirkungen der globalen Erwärmung sind folgende:

(i) Anstieg des Meeresspiegels:

Aufgrund der globalen Erwärmung wird die thermische Ausdehnung des Meeres, das Schmelzen von Berggletschern, das Schmelzen von Grönlandeis und das Abschmelzen von Antarktisplatten auftreten, was zu einem Anstieg des Meeresspiegels führt.

(ii) Ernteertrag:

Es wird erwartet, dass die Ernteerträge aufgrund des Anstiegs des CO2-Niveaus erhöht werden, obwohl andere Faktoren diese Auswirkungen abkürzen könnten.

(iii) menschliche Gesundheit:

In den kommenden Jahrzehnten, da der Globus wärmer wird, werden wahrscheinlich mehr Menschen von Tropenkrankheiten betroffen sein.

(iv) Wasserhaushalt:

Trotz des künftigen Meeresspiegelanstiegs wird die wärmere Welt in einigen Teilen eine Wasserkrise haben, während andere Teile feuchter sind als heute. Auf diese Weise wird der Wasserhaushalt gestört. Die Gesamtauswirkungen sind unten dargestellt (Abb. 6).

Ozonabbau und Strahlungsproblem:

Ozongas kommt in geringen Mengen in der Atmosphäre vor. Es ist ein blau gefärbtes, stechendes Gas. In Bodennähe enthält jeder Zentimeter Luft durchschnittlich etwa 10 -19 Gase, deren Ozonkonzentration nahezu 0, 1 ppm beträgt. Nahezu 90% des atmosphärischen Ozons liegt in der Stratosphäre. In der Stratosphäre wird ständig Ozon produziert und zerstört. Aber viele Schadstoffgase wie NO, NO 2, CI usw., die leicht mit Ozon reagieren könnten, gelangen in die Stratosphäre und reagieren mit Ozon, um Sauerstoff zu erzeugen. Dies wird im Allgemeinen als "Ozonabbau" bezeichnet.

Aufgrund dieses Ozonabbaus in der Stratosphäre erreichen die ultravioletten Strahlungen der Sonne leicht die Erde, da die Ozonschicht als Schutzschild wirkt. Diese UV-Strahlung hat schädliche Auswirkungen auf unsere Gesundheit, auf unsere Ökosysteme, auf Wassersysteme und auf die Vegetation usw. Nach einer Schätzung zwischen 1969 und 1988 kam es in der nördlichen Hemisphäre zu einem 3-5 bis 5% igen Ozonabbau.

In der Stratosphäre gibt es im Allgemeinen drei Hauptarten des Ozonabbaus. Diese sind:

(i) Wasserstoffsystem

(ii) Stickstoffsystem und

(iii) Chlorsystem

(i) Wasserstoffsystem (OH-System):

Dieses System zerstört nur 10% des Ozons.

Die Reaktion ist über 40 km über der Erdkruste zu sehen. Es ist wie folgt :

OH kann auch durch die Oxidation von Methan gebildet werden

(ii) Stickstoffsystem (N 2 O-System):

60% der Ozonzerstörung tritt durch dieses System auf. N 2 O, das in Ozeanen und Böden durch die bakterielle Wirkung von Mikroorganismen erzeugt wird, diffundiert in der Stratosphäre nach oben und reagiert dort mit '0' in Gegenwart von Licht zu NO, das dann O 3 zerstört.

Die Reaktionen dieses Prozesses sind wie folgt:

(iii) Chlorsystem (CFCI 3 - oder CF 2 CI 2 -System):

Obwohl neutrales Chlor sehr wenig Ozon zerstört, sind Fluorchlorkohlenwasserstoffe (CFCl) und andere Halogenkohlenwasserstoffe die hauptsächlichen Ozonzerstörer. Diese Verbindungen bleiben in der Troposphäre inert, werden jedoch in die Stratosphäre dissoziiert.

Reaktionen sind wie folgt:

Auf diese Weise sehen wir, dass diese Prozesse zu einem Abbau der Ozonschicht in der Stratosphäre führen. In den späten achtziger Jahren zeigten Messungen von Satelliten und Ballons, dass sich die Zone mit O 3 -Emissionen in der gesamten Antarktis erstreckt. Der Abbau ist hauptsächlich zwischen 12 und 14 km in der Höhe konzentriert und erstreckt sich über einen Großteil der unteren Stratosphäre in diesen Breitengraden.

Dieses Ozonloch entwickelt sich jedes Jahr im August und September. Was verursacht Ozonloch ist eine kontroverse Frage. Ein allgemeiner Konsens ist jedoch, dass eine Abfolge von Stufen für die besondere Effizienz verantwortlich ist, mit der Chlor Ozon über der Antarktis zerstört. Der Abbau von Ozon ist aufgrund seiner Rolle als Filter der ultravioletten Strahlung der Sonne ein Grund zur Sorge. Die mit UV-C (2, 0 × 2, 9 × 10 –7 nm) markierte UV-Strahlungsbande wird durch die Atmosphäre eliminiert.

Diese UV-C-Bande ist für Mikroorganismen tödlich und kann sowohl Nukleinsäuren als auch Proteine ​​zerstören. Der Schutz vor UV-C beruht ausschließlich auf der Absorption durch Ozon. Eine UV-Strahlungsbande zwischen 2, 9 × 10 –7 nm und 3, 2 × 10 –7 ist wichtiger als „biologisch aktive UV-Strahlung“ oder „UV-B“. Band. UV-B-Strahlung hat schädliche Auswirkungen auf den Menschen sowie auf Pflanzen und Tiere. Nun werden wir die schädlichen Auswirkungen von UV-B auf Menschen, Pflanzen und Tiere sowie auf unsere Umwelt ausführlich diskutieren.

(i) zur menschlichen Gesundheit:

Der schädlichste Effekt ist, dass die Häufigkeit von Hautkrebs durch UV-B-Strahlung erhöht wird. Die zwei Beweise dafür sind: (i) Hautkrebs ist hauptsächlich die Erkrankung von Menschen mit weißer Haut und das dunkle Pigment Melanin ist als wirksamer Filter für UV-B bekannt. Die zweite Evidenz stammt aus der Epidemiologie, dh der Untersuchung jener Faktoren, die das Auftreten der Krankheit in der menschlichen Bevölkerung beeinflussen. Melanom, eine bestimmte Form von Hautkrebs, wird in vielen Bereichen mit hohen Sterblichkeitsraten berichtet.

Es betrifft junge Menschen, obwohl andere Formen von Hautkrebs vorwiegend bei älteren Menschen auftreten. Diese Krebsarten sind belastend, werden aber in der Regel erfolgreich behandelt. Das Auftreten von Melanomen nimmt in den letzten Jahrzehnten in allen weißhäutigen Populationen zu. Studien deuten darauf hin, dass das Melanom mit einer hohen UV-B-Exposition verbunden ist.

Laut einer von der EPA durchgeführten Studie kann jede 1% ige Abnahme der Ozonsäule zu einem Anstieg der Inzidenz von Nicht-Melanom-Hautkrebs um 3% führen. Die Exposition gegenüber biologisch aktiver ultravioletter Strahlung (UV-B) kann auch direkte schädliche Auswirkungen auf den menschlichen Körper haben, da diese Strahlungen dazu neigen, das körpereigene Immunsystem zu unterdrücken. UV-B-Strahlung schädigt auch unsere Augen.

(ii) an terrestrischen Pflanzen:

In der Regel sind terrestrische Pflanzen an die heutigen sichtbaren Strahlungswerte angepasst, und es ist wenig über die Auswirkungen der verstärkten UV-B-Strahlung in Pflanzen bekannt. Die meisten Studien zu den Effekten erhöhter UV-B-Strahlung konzentrieren sich auf Kulturpflanzen. Bisher wurden mehr als 300 Arten untersucht, von denen etwa zwei Drittel eine gewisse Empfindlichkeit für Strahlung aufweisen, obwohl der Empfindlichkeitsgrad für verschiedene Arten und sogar für verschiedene Kultivatoren gilt derselben Art variieren erheblich.

Die Symptome der Empfindlichkeit führen zu vermindertem Pflanzenwachstum, kleineren Blättern, einer geringeren Effizienz der Photosynthese und einem geringeren Ertrag an Samen und Früchten. In einigen Fällen treten auch Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung von Pflanzen auf, die sich auf die Lebensmittelqualität auswirken. Zwar liegen nur wenige Daten zur Auswirkung von UV-B-Strahlung auf die Waldvegetation vor, sie legen jedoch nahe, dass erhöhte UV-B-Konzentrationen auch die Produktivität von Wäldern beeinflussen können.

Es wird auch vermutet, dass ein durch biologisch aktive ultraviolette Strahlung (UV-B) induziertes reduziertes Pflanzenwachstum das empfindliche Gleichgewicht der natürlichen Ökosysteme stören könnte, so dass die Verteilung und die Abundanz von Pflanzen beeinflusst werden können.

(iii) zu Meeresökosystemen:

Das Leben in den Ozeanen ist auch anfällig für UV-Strahlung. Es gibt Hinweise darauf, dass die UV-B-Strahlung der umgebenden Sonne auch ein wichtiger limitierender Faktor in marinen Ökosystemen ist, obwohl dies nicht so wichtig ist wie das sichtbare Licht oder die Temperatur des Nährstoffgehalts. Der Einfluss der verstärkten UV-B-Strahlung hängt von der Eindringtiefe ab. In klaren Gewässern sind es mehr als 20 m, in unklaren Gewässern jedoch nur 5 m.

Verbesserte UV-B-Strahlung hat gezeigt, dass viele Arten von kleinen Wasserorganismen, Zooplanktons, Larvenkrebsen, Garnelen und Jungfischen beschädigt werden. Bei Phytoplankton wird eine Verringerung der Photosynthese aufgrund von UV-Strahlung beobachtet.

(iv) Zum Klima:

Unsere größte Sorge ist mit der großen Rolle von Ozon bei der atmosphärischen Temperatur verbunden. Mit der kreativen und zerstörerischen Runde des Ozonkreislaufs wird die Sonnenstrahlung insgesamt absorbiert, die letztendlich als Wärme in der Stratosphäre freigesetzt wird. Dies wärmt die Stratosphäre und führt zu einer Temperaturinversion in der Tropopause. Infizieren wäre keine Stratosphäre ohne die Ozonschicht. Ein Abbau von Ozon in der Stratosphäre würde diese Region abkühlen und die Temperaturstruktur der Stratosphäre in gewissem Maße verändern.

Atmosphärische Strahlung und nuklearer Winter:

Feinstaub und Aerosole beeinflussen das Klima, indem sie den Fluss der Sonnenstrahlung im Atmosphärensystem der Erde stören. Diese Abschwächung oder Verringerung der Sonnenstrahlung, die durch das Vorhandensein von Partikeln und Aerosolen in der Atmosphäre verursacht wird, ist ein Hinweis auf atmosphärische Trübung, eine Eigenschaft, die mit Staub oder Schmutz der Atmosphäre zusammenhängt.

Wenn Strahlung auf ein Aerosol in der Atmosphäre trifft, wird, wenn das Teilchen optisch transparent ist, die Strahlungsenergie unverändert durchgelassen und es findet keine Änderung im Energiebilanz der Atmosphäre statt. Üblicherweise wird die Strahlung reflektiert, gestreut oder absorbiert, und der Anteil der Reflexion, Streuung oder Absorption hängt von der Größe, Farbe und Konzentration der Teilchen in der Atmosphäre und auch von der Art der Strahlung selbst ab. Feinstaub oder Aerosole, die die Strahlung streuen oder reflektieren, erhöhen die Atmosphäre der Atmosphäre und verringern die Menge der Sonnenstrahlung, die auf die Erdoberfläche gelangt.

Aerosole oder Partikel, die die Strahlung absorbieren, haben einen entgegengesetzten Effekt und erhöhen die Menge der einfallenden Sonnenstrahlung. Jeder dieser Prozesse hat das Potenzial, das Energiebudget der Erde zu verändern, indem er den Strahlungsweg durch die Atmosphäre verändern kann. Neben der Störung des einfallenden Sonnenstrahlungsflusses wirkt sich das Vorhandensein von Aerosolen auch auf die terrestrische Strahlung aus.

Die Erdoberfläche, die sich auf einem niedrigeren Energieniveau befindet, strahlt Energie am infraroten Ende des Spektrums ab. Die Partikel und Aerosole wie Ruß, Sand und Staubpartikel, die in die Grenzschicht freigesetzt werden, absorbieren Infrarotstrahlen leicht, insbesondere wenn sie einen Durchmesser von mehr als 1, 0 µm haben, und als Folge dieser Absorptionen steigt die Temperatur in der Troposphäre tendenziell an. Große Mengen an Feinstaub werden in der Umgebung durch natürliche Prozesse wie Vulkanausbrüche freigesetzt.

Das freigesetzte Feinstaub wird durch Wind- und Luftdrücke der atmosphärischen Zirkulation von weit entfernten Orten abgeführt. Durch menschliche Aktivitäten entstehen nur 15 bis 20% Feinstaub, und die Hauptquelle für diesen Stoff ist der Krieg. Beispielsweise wurden im Golfkrieg 1991 mehr als 600 Ölquellen von irakischen Streitkräften verbrannt. Diese Brunnen brannten noch viele Monate.

In dieser Zeit wurden große Mengen an Rauch, SO 2, CO 2, unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Nitraten freigesetzt. Das meiste davon blieb in der unteren Hälfte der Troposphäre in einer Höhe von 5 km von der Erdoberfläche entfernt. In den letzten fünfzig Jahren dauerte es in den meisten Ländern trotz der Vereinbarungen zwischen den Supermächten, den Einsatz von Nuklearwaffen einzuschränken.

Die herausfallenden und ionisierenden Strahlungen dieser Waffen belasten die Atmosphäre mit einer alarmierenden Geschwindigkeit. Nun kommt in diesem modernen Kampf um die Vorherrschaft auch eine neue Möglichkeit des nuklearen Winters hinzu, was vielleicht der letzte Schlag für alle Überlebenden des Atomaustausches ist. Die nukleare Winterhypothese basiert auf der Annahme, dass Rauch und Staub, die während des Atomkriegs in der Atmosphäre freigesetzt werden, die Trübung der Atmosphäre so stark erhöhen, dass verhindert wird, dass ein hoher Anteil der einfallenden Sonnenstrahlung die untere Atmosphäre und die Erdoberfläche erreicht. Die Temperatur der Erde wird also stark sinken.

Es ist wahrscheinlich, dass die Vegetation tropischer Regionen erheblichen Schaden erleiden würde. Tropische Pflanzen gedeihen bei milden Temperaturen. Sie neigen zu einem moderaten Temperaturabfall und können keine Kälteresistenz entwickeln, wie dies bei gemäßigten Pflanzen der Fall ist. Bei niedrigen Temperaturen und schlechten Lichtverhältnissen im nuklearen Winter können sie in diesen Regionen verschwinden. Neben den Vegetationsschäden im natürlichen Ökosystem werden auch Kulturpflanzen geschädigt.

Tropical crops like rice, maize, banana etc. are usually damaged by temperature falling to 7-10°C for even a few days and moderate chilling would be sufficient to cause crop failure. We are already facing the problem of crop shortage which would be aggravated by nuclear winter.

In addition to these atmospheric effects of low temperatures, low light levels and violent storms, we would also face continued radioactive fallout, high levels of toxic air pollution and increase in ultraviolet radiation. All these impacts along with shortage of food and drinking water would make life highly stressful and hazardous. So to save our future and the life of coming generations it is essential that necessary steps should be taken for curbing wars and promoting the world peace not only for the sake of humanity but also to protect our environment.

Radiation and Global Warming:

Our climate system includes the atmosphere, the hydrosphere the lithosphere and the biosphere. These are all interrelated and disturbance in one affects the other. In the atmosphere CO 2 and water vapours strongly absorb infrared radiation (in the wavelength of 14000 to 25000 nm) and effectively block a large fraction of earths emitted radiations.

The radiation thus absorbed by CO 2 and water vapours ie H 2 O is partly emitted to the earth's surface causing global warming. Soot or black carbon absorbs solar radiation directly and causes 15-30% heating of earth. The International Panel On Climate Change (IPCC) in their first assessment report concluded that the earth's lower level temperature would increase on an average between 2°C to 6°C by the end of next century, which will have very disastrous consequences.

We have observed in the past century that the decade of nineties have been the warmest in the northern hemisphere. The radiation changes and volcanic activity are considered as the main cause of hot years of nineties especially 1990, 1994, 1997, and 1998. In 1998 Europe and Japan experienced the scorching heat. In London it was the driest summer in 300 years and Germany experienced the hottest summer ever.

In Japan the drought was so severe, that thousands of factories were closed there. Due to the rise in temperature the ice at poles melt much rapidly resulting in the rise in sea level. In warm climate snow and ice cover of earth tends to decrease. As snow and ice are good reflectors of incoming radiation, therefore a decrease in snow and ice will increase absorption of radiation and enhance the warming of earth. As the temperature increases soil becomes dry and dust and particulate matter easily go into the atmosphere.

IPCC claims that by 2100 AD the sea level will rise by 30-110cm if our present energy consumption pattern continues as such. The rise in sea level will have serious impacts. Many densely populated areas could be flooded, severe erosion of coastal areas could occur, intrusion of salt water in land areas would salinize many potable ground waters and over 30% of cropland would lose productivity. There is a possibility that in Indian and Pacific ocean many beautiful islands like Maldives, Marshall island, Tonga, Tavalu etc. would be wiped out. Many low lying coastal areas would be at stake.

Other effects include slowing of thermohaline circulation, depletion of ozone layer, intense hurricanes, lowering of pH of seawater and spread of infections and diseases like dengue fever, bubonic plague, viral infections and many other bacterial diseases in people. Besides there would be danger of extinction of many plant and animal species.

Global warming will cause warmer temperatures in some regions and also dryness in some areas, so there will be dislocations that would go beyond control of any modern society. No continent has been spared from adverse effects of global warming.

Some repercussions of global warming in the previous two decades are reflected in the form of following consequences:

1. The mean sea level has risen by 15 cm.

2. At Antarctica melting of ice has reduced the population of Adelie Penguins by one third in last 25 years.

3. Australia had experienced its worst drought in 2003, which was due to Elnino effect ie the warming of the equatorial Pacific Ocean.

4. New York experienced driest July in 1999 with temperature raising above 35°C for nearly 15 days.

5. In Tibet, warmest days temperatures were recorded in June 1998, in Lhasa with temperature exceeding 25°C for almost the whole month.

6. In Spain in 2006 severe drought was experienced and more than 306, 000 hactare of forests went up in flames

7. According to the United Nations Environment Programme (UNEP) reports the Arctic Permafrost is melting due to global warming and releasing carbon and methane locked in it.

8. Himalayan glaciers are receding at an alarming rate. These are origin of most of the rivers of North India. The Gangotri glacier is a major source of mighty Ganga, and tributaries of Ganga constitute the lifeline of hundreds of millions of people living in Gangetic basin. According to one report of International Commission for Snow and Ice, the Gangotri glacier is receding 20- 30 metres per year and had lost about one third of its 13 km length. Drying of this glacier means drying of Ganga which will have devastating consequences for the people of Gangetic basin.


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