Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

13.5: Глобальне потепління

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    74848

    • Boundless
    • Boundless
    \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    навчальні цілі

    • Охарактеризуйте вплив парникових газів на рівноважну температуру Землі

    Випромінювання - природний процес теплопередачі, все постійно випромінює тепло. Коли система знаходиться в рівновазі, ми не помічаємо цього обміну енергією, оскільки кожен об'єкт поглинає і випромінює саме ту кількість енергії, яку він отримує, але ця рівновага є динамічною - обмін завжди відбувається. Загалом, коли температура об'єкта збільшується, він швидше випромінює енергію, випромінюючи фотони з більшою швидкістю, і випромінюючи фотони більшої середньої енергії.

    Якщо ми наблизимо Землю як ідеальний поглинач і випромінювач випромінювання, отриманого від Сонця (називається чорним тілом), ми очікуємо, що Земля буде мати середню температуру 5° C, а не 14° C, яку ми спостерігаємо. Додаткова температура надходить із Землі, і її атмосфера вибірково поглинає певні довжини хвиль випромінювання, відображаючи інші довжини хвиль. Невідповідність 9° C обумовлена парниковим ефектом. Гази атмосфери є «селективними поглиначами»; енергія у видимій частині електромагнітного спектра проходить через атмосферу безпосередньо на поверхню Землі (при цьому відбувається також деяке відображення). Земля поглинає цю енергію, а потім повторно випромінює випромінювання в інфрачервоній частині спектра. Гази в атмосфері, в першу чергу CO 2 та водяна пара, сильно абсорбують в інфрачервоній частині спектра. Атмосфера поглинає інфрачервоне випромінювання від Землі, не даючи їй вирватися в космос. Оскільки всі об'єкти постійно випромінюють випромінювання, атмосфера (поглинувши випромінювання Землі) потім випромінює випромінювання, частина з яких потім реабсорбується поверхнею Землі. Таким чином, парниковий ефект являє собою безперервний цикл поглинання і викиду енергії між Землею і атмосферою. Це призводить до того, що атмосфера і поверхня Землі будуть теплішими, ніж очікувалося інакше.

    Радіаційний перенесення

    Парниковий ефект - це явище радіаційного перенесення, процес, за допомогою якого відбувається обмін енергією світлових хвиль в речовині. Радіаційна передача диктує, яка енергія відбивається, поглинається і випромінюється.

    зображення

    Парниковий ефект: Короткий зміст тепловіддачі в атмосфері Землі.

    Атмосферні поглиначі

    Властивості випромінювання переносу атмосферних хімічних речовин залежать від енергії випромінювання (як для поглинання, так і для випромінювання), і ці властивості є унікальними для кожного хімічного речовини. У контексті глобального потепління ми виявляємо, що важливо враховувати як хімічні речовини та частинки відбивають сонячне світло, так і як вони поглинають енергію, випромінювану Землею. Атмосферні відбивачі, зокрема сульфати і нітрати, відбивають і розсіюють світло ще до того, як він коли-небудь потрапить на поверхню Землі, ефективно зменшуючи потужність, яку отримує Земля. З іншого боку, парникові гази, такі як вуглекислий газ (CO 2), метан (CH 4) та закис азоту (N 2 O), є характерно сильними поглиначами енергії, що випромінюється земною поверхнею. Вони так сильно поглинають, тому що зазвичай проявляють резонансну поведінку поглинання в тому ж енергетичному діапазоні, що і випромінювання, випромінюване землею. Ці пастки тепла перед тим, як він покине Землю, ізолюючи Землю і підвищуючи рівноважну температуру Землі.

    Ентропія і сонячне випромінювання

    Другий закон термодинаміки має на увазі, що для отримання джерел енергії повинна вироблятися ентропія. У планетарному масштабі це виробництво ентропії в першу чергу враховується поглинанням і повторним випромінюванням випромінювання. Загалом, земля випромінює ту ж енергію, яку отримує. (Якщо парникові гази збільшуються, то температура зростає, а більш високі температури змушують Землю випромінювати більше, компенсуючи більшу енергію, поглинену в атмосфері.) За допомогою світлового випромінювання ми виявляємо, що ентропія, що переноситься фотонами, зменшується зі збільшенням температури, S1TS1T. Оскільки Земля прохолодніше Сонця, оскільки Земля поглинає випромінювання від Сонця і повторно випромінює випромінювання з поверхні Землі, відбувається чисте виробництво ентропії. Це чисте виробництво ентропії дозволяє зберігати та повторно використовувати енергію, особливо у вигляді хімічної енергії, що зберігається клітинами за допомогою фотосинтезу.

    Ключові моменти

    • Атмосфера може як поглинати, так і відображати випромінювання, збільшуючи або зменшуючи середню температуру Землі.
    • Всі тіла природним чином випромінюють випромінювання; теплі тіла випромінюють більше фотонів, з вищими середніми енергіями.
    • Поглинаючи сонячне світло і випромінюючи інфрачервоне випромінювання, Земля виробляє ентропію.

    Ключові умови

    • селективний поглинач: Об'єкт, який поглинає випромінювання на певному наборі довжин хвиль, але не буде (прозорим) на інших довжині хвиль.
    • парниковий ефект: Процес, за допомогою якого планета нагрівається своєю атмосферою.
    • парникові гази: Будь-який газ, такий як вуглекислий газ або ХФУ, який сприяє парниковому ефекту при викиді в атмосферу.
    • радіаційний перенесення: передача випромінювання (енергії), що залишає один об'єкт і поглинається іншим.
    • blackbody: Об'єкт, який є ідеальним поглиначем і випромінювачем випромінювання.

    ЛІЦЕНЗІЇ ТА АВТОРСТВА

    CC ЛІЦЕНЗОВАНИЙ КОНТЕНТ, РАНІШЕ ДІЛИВСЯ

    CC ЛІЦЕНЗОВАНИЙ ВМІСТ, СПЕЦИФІЧНА АТРИБУЦІЯ