【高頻考點】溫室效應是指透射陽光的密閉空間由於與外界缺乏熱對流而形成的保溫效應,看高考地理是如何考查溫室效應的?

2021-02-25 譚老師地理工作室

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近日有報導說,珠穆朗瑪峰海拔6000米長出植被。要知道,珠穆朗瑪峰海拔很高,非常寒冷,而頂峰更是連細菌都稀得去,而植被竟然跑上了珠穆朗瑪峰海拔6000多米的地方,這寓意著一件危險的事,我們不得不重視起來了。這一切正如上圖所說:「狼」來了!而這匹無比兇惡的惡狼,就是溫室效應!

1.定義

溫室效應,又稱「花房效應」,是大氣保溫效應的俗稱。溫室效應是指透射陽光的密閉空間由於與外界缺乏熱對流而形成的保溫效應,就是太陽短波輻射可以透過大氣射入地面,而地面增暖後放出的長波輻射卻被大氣中的二氧化碳等物質所吸收,從而產生大氣變暖的效應。大氣中的二氧化碳等物質就像一層厚厚的玻璃,使地球變成了一個大暖房。如果沒有大氣,地表平均溫度就會下到-23℃,而實際地表平均溫度為15℃,這就是說溫室效應使地表溫度提高38℃。大氣中的二氧化碳濃度增加,阻止地球熱量的散失,使地球發生可感覺到的氣溫升高,這就是有名的「溫室效應」。自工業革命以來,人類向大氣中排入的二氧化碳等吸熱性強的溫室氣體逐年增加,大氣的溫室效應也隨之增強,其引發了一系列問題已引起了世界各國的關注。

2.原理

世界上,宇宙中任何物體都輻射電磁波。物體溫度越高,輻射的波長越短。太陽表面溫度約6000K,它發射的電磁波很短,稱為太陽短波輻射(其中包括從紫到紅的可見光)。地面在接受太陽短波輻射而增溫的同時,也時時刻刻向外輻射電磁波而冷卻。地球發射的電磁波因為溫度較低而較長,稱為地面長波輻射。短波輻射和長波輻射在經過地球大氣時的遭遇是不同的:大氣對太陽短波輻射幾乎是透明的,卻強烈吸收地面長波輻射。大氣在吸收地面長波輻射的同時,它自己也向外輻射波長更長的長波輻射(因為大氣的溫度比地面更低)。其中向下到達地面的部分稱為逆輻射。地面接受逆輻射後就會升溫,或者說大氣對地面起到了保溫作用。這就是大氣溫室效應的原理。

3.溫室氣體

大氣中每種氣體並不是都能強烈吸收地面長波輻射。地球大氣中起溫室作用的氣體稱為溫室氣體,主要有二氧化碳(CO2)、甲烷、臭氧、一氧化二氮、氟裡昂以及水汽等。它們幾乎吸收地面發出的所有的長波輻射,其中只有一個很窄的區段吸收很少,因此稱為"窗區"。地球正是主要通過這個窗區把從太陽獲得的熱量中的70%又以長波輻射形式返還宇宙空間,從而維持地面溫度不變,溫室效應主要是因為人類活動增加了溫室氣體的數量和品種,使這個70%的數值下降,留下的餘熱使地球變暖的。不過,CO2等溫室氣體雖然吸收地面長波輻射的能力很強,但它們在大氣中的數量卻極少。也正因為如此,所以人為釋放如不加限制,便很容易引起全球迅速變暖。

早在1938年,英國氣象學家卡林達在分析了19世紀末世界各地零星的CO2觀測資料後,就指出當時CO2濃度已比世紀初上升了6%。由於他還發現從上世紀末到本世紀中葉全球也存在變暖傾向,因而在世界上引起了很大反響。為此,美國斯克裡普斯海洋研究所的凱林於1958年在夏威夷的冒納羅亞山海拔3400米的地方建立起了觀測所,開始了大氣中CO2含量的精密觀測。由於夏威夷島位於北太平洋中部,因而可以認為它不受陸地大氣汙染影響,觀測結果有可靠性。

1958年4月到1991年6月,人們對冒納羅亞山大氣中CO2的濃度進行了觀測,發現1958年大氣中CO2含量不過315ppm左右,而1991年已經達到了355ppm。問題的嚴重性還在於,1996年人類每年燃燒55億噸化石燃料(每噸約產生4噸CO2)中,大約只有一半進入了大氣,其餘一半主要被海洋和陸地植物所吸收。一旦海洋中CO2達到飽和,大氣中CO2含量將成倍上升。此外,他們還發現CO2含量還有季節變化,冬夏可以相差6ppm。這主要是由於北半球廣闊大陸上植被冬枯夏榮的結果,也就是植物在夏季大量吸收CO2因而使大氣中CO2濃度相對降低。

甲烷是僅次於CO2的重要溫室氣體。它在大氣中的濃度雖比CO2少得多,但增長率則大得多。據聯合國政府間氣候變化委員會(IPCC)1996年發表的第二次氣候變化評估報告,從1750-1990年共240年間CO2增加了30%,而同期甲烷卻增加了145%。

一氧化二氮又稱笑氣,因為吸入一定濃度的這種氣體後會引起面部肌肉痙攣,看上去像在發笑一樣。主要是使用化肥,燃燒化石燃料和生物體所產生。

大氣中的臭氧含量,在平流層中雖有減少,但在對流層中是增加的。

氟裡昂氣體是氯、氟和碳的化合物;自然界裡本不存在,完全是人類製造出來的。由於它的融點和沸點都比較低,不燃,不爆,無臭,無害,穩定性極好,因此廣泛用來製造製冷劑、發泡劑和清潔劑等。地球大氣中濃度最高的氟裡昂12和氟裡昂11含量雖都極少,但過去增長率卻很高,都是年增5%。CO2以外的其他溫室氣體在大氣中的濃度雖比CO2小得多,有的要小好幾個量級,但它們的溫室效應作用卻比CO2強得多。因此它們對大氣溫室效應的貢獻,根據IPCC第二次《報告》,都只比CO2低一個量級。如果說它們對地球大氣溫室效應的總貢獻和CO2相比,在1960年以前還是很小的話,那麼不久的將來便會和CO2並駕齊驅以至超過CO2,這是不可忽視的。

溫室氣體的排放量逐年增長

4.直接原因

溫室效應主要是由於現代化工業社會過多燃燒煤炭、石油和天然氣,產生的和大量排放的汽車尾氣中含有的二氧化碳氣體進入大氣造成的。 

5.特點

溫室有兩個特點:溫度較室外高,不散熱。生活中我們可以見到的玻璃育花房和蔬菜大棚就是典型的溫室。使用玻璃或透明塑料薄膜來做溫室,是讓太陽光能夠直接照射進溫室,加熱室內空氣,而玻璃或透明塑料薄膜又可以不讓室內的熱空氣向外散發,使室內的溫度保持高於外界的狀態,以提供有利於植物快速生長的條件。之所以稱這一效應為溫室效應,亦與此原理有關。譚老師地理工作室綜合整理

6.主要影響

(1)全球變暖

溫室氣體濃度的增加會減少紅外線輻射放射到太空外,地球的氣候因此需要轉變來使吸取和釋放輻射的份量達至新的平衡。這轉變可包括全球性的地球表面及大氣低層變暖。

溫室效應可使史前致命病毒威脅人類,美國科學家發出警告,由於全球氣溫上升令北極冰層融化,被冰封十幾萬年的史前致命病毒可能會重見天日,導致全球陷入疫症恐慌,人類生命受到嚴重威脅。

今年初,科學家分析了採集自西藏古裡雅冰蓋的兩個冰芯樣本,從中發現了多種前所未見的古代病毒,最早可以追溯至1.5萬年前。研究人員稱,冰川融化「可能釋放保存了數萬至數十萬年的微生物和病毒」。

2016年,俄羅斯東北部數十位居民感染「西伯利亞瘟疫」,一名12歲的俄羅斯男孩死於炭疽病。專家確信疫病爆發與75年前埋藏在多年凍土中的染病致死的人類和動物屍體有關——氣溫升高導致凍土融化,屍體暴露,馴鹿接觸病原體後再傳染給人類,最終釀成悲劇。

假若全球變暖正在發生,有兩種過程會導致海平面升高。第一種是海水受熱膨脹令水平面上升。第二種是冰川和格陵蘭及南極洲上的冰塊溶解使海洋水份增加。預期由1900年至2100年地球的平均海平面上升幅度介乎0.09米至0.88米之間。

全球變暖使極冰迅速融化,海平面上升對島嶼國家和沿海低洼地區帶來的災害是顯而易見的,突出的是:淹沒土地,侵蝕海岸。沿海區域是各國經濟社會發展最迅速的地區,也是世界人口最集中的地區,約佔全世界60%以上的人口生活在這裡,全球有超過一半人口居住在沿海100公裡的範圍以內,其中大部分住在海港附近的城市區域,海平面上升這些地區將是首當其衝的重災區。

實驗證明在CO2高濃度的環境下,植物會生長得更快速和高大。但是,全球變暖的結果可能會影響大氣環流,繼而改變全球的雨量分布與及各大洲表面土壤的含水量。由於未能清楚了解全球變暖對各地區性氣候的影響,以致對植物生態所產生的轉變亦未能確定。

沿岸沼澤地區消失肯定會令魚類,尤其是貝殼類的數量減少。河口水質變鹹可會減少淡水魚的品種數目,相反該地區海洋魚類的品種也可能相對增多。至於整體海洋生態所受的影響仍未能清楚知道。

(6)水循環

全球降雨量可能會增加。但是,地區性降雨量的改變則仍未知道。某些地區可有更多雨量,但有些地區的雨量可能會減少。此外,溫度的提高會增加水份的蒸發,這對地面上水源的運用帶來壓力。

(7)男女比例失調

高溫環境容易創造男寶寶,低溫環境容易創造女寶寶。研究人員比較擔心的是,在全球溫度日益增高的溫室效應下,男寶寶出生的機率會越來越高,可能會造成男女比例的失衡。

7.主要對策

實際上全球正在朝此方向推動努力,是以此案最具實現可能性。倘若此案能夠實現,對於2050年為止的地球溫暖化,根據估計可以發揮3%左右的抑制效果。

今日以熱帶雨林為主的全球森林,正在遭到人為持續不斷的急劇破壞。有效的因應對策,便是趕快停止這種毫無節制的森林破壞,另一方面實施大規模的造林工作,努力促進森林再生。

日本汽車在此方面已獲技術提升,大幅改善昔日那種耗油狀況。但在美國等地,或許是因油藏豐富,對於省油設計方面,至今未見有何明顯改善跡象,仍舊維持過度耗油的狀況。因此,該地區生產的汽車在改善燃油設計方面,具有充分發揮的餘地。由於此項努力所導致的化石燃料消費削減,估計到了2050年,可使溫室效應降低5%左右。

要改善其他各種場合的能源使用效率。今日人類生活,到處都在大量使用能源,其中尤以住宅和辦公室的冷暖氣設備為最。因此,對於提升能源使用效率方面,仍然具有大幅改善餘地,這對2050年為止的地球溫暖化,預計可以達到8%左右的抑制效果。

任何化石燃料一經燃燒,就會排放出二氧化碳來。惟其排放量會因化石燃料種類而有不同。由於天然瓦斯的主要成分為甲烷,故其二氧化碳排放量要比煤炭、石油為低。同樣是要產生一千卡的熱量,煤炭必須排放相當於0.098公克碳量的二氧化碳;這在石油則為0.085公克;若是換成天然瓦斯只需排放0.056公克即可。因此,有人提案依照天然瓦斯、石油、煤炭的順序予以加重課稅。如此一來,或許可以促使生產廠商及消費者在使用能源時有所警惕,避免作出無謂的浪費。而其稅金收入,則可用於森林保護和替代能源的開發方面。

因為天然較少排放二氧化碳。日本都市也都普遍改用天然氣取代液化瓦斯,此案則是希望更進一步推廣這種運動。

由於汽車的排氣中,含有大量的氮氧化物與一氧化碳,因此希望減少其排放,這可以對到2050年為止的溫暖化,分擔2%左右的抑制效果。

利用生物能源、太陽能等作為能源。這方面的努力能使化石燃料用量相對減少,因此對於降低溫室效應具備直接效果。

作為地球上最大的碳吸收劑載體,海洋大約吸收了人類碳排放量的三分之一,減少了大氣中的含量,延緩了氣候變化。其能力很大,潛力也很大。

來源 高中地理何從春工作室

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