Парниковый эффект
Парнико́вый эффе́кт, способность атмосферы задерживать часть теплового излучения поверхности планеты, что приводит к аккумуляции тепла климатической системой планеты. Парниковый эффект характерен для планет, атмосферы которых имеют достаточную оптическую плотность (например, для Земли, Венеры, Юпитера). На Земле он ведёт к повышению температуры тропосферы, уменьшению перепада температур в годовом и суточном ходе, а также между экватором и полюсами. В то же время парниковый эффект понижает температуру стратосферы и мезосферы.
Предположение о существовании парникового эффекта в атмосфере Земли впервые высказано в 1824 г. Ж. Фурье и экспериментально подтверждено Дж. Тиндалем в 1859 г.
Тепловое излучение в атмосфере Земли поглощается молекулами парниковых газов. К последним относятся в основном многоатомные газы (водяной пар, диоксид углерода, озон, метан и др.), в меньшей степени – двухатомные газы, состоящие из атомов разных химических элементов (например, оксид углерода). Поглощение молекулами этих газов части квантов теплового излучения приводит к возбуждению атомов с последующим переизлучением. При этом часть переизлучённой радиации направлена вниз, что приводит к уменьшению потери энергии планетой за счёт теплового излучения – наблюдается парниковый эффект. Двухатомные газы, молекулы которых состоят из одинаковых атомов (в том числе основные газы воздуха – азот и кислород), прозрачны для теплового излучения. Облака (расположенные преимущественно в верхней и средней тропосфере) усиливают парниковый эффект на Земле.
Для оценки величины парникового эффекта можно выбрать разные характеристики. Например, сравнить среднюю приповерхностную температуру атмосферы планеты с её эффективной радиационной температурой (температурой чёрного тела, при которой оно излучало бы в космос энергию, равную солнечной энергии, поглощённой системой «атмосфера – поверхность планеты»). Эта разница для Земли составляет 33 К, для Венеры – около 500 К. Возможна также оценка величины парникового эффекта через изменение полного радиационного баланса на верхней границе атмосферы: для Земли при современном состоянии климата величи́ны радиационных балансов, рассчитанных с учётом и без учёта парникового эффекта, различаются примерно на 150 Вт/м2.
Начиная с 19 в. антропогенное воздействие на атмосферу Земли приводит к заметному повышению содержания в ней диоксида углерода и других парниковых газов. В результате этого величина парникового эффекта возрастает, что, по мнению ряда учёных, считается наиболее значимой причиной глобального потепления климата Земли, наблюдавшегося на протяжении 20 в. При интенсификации антропогенного воздействия на климатическую систему Земли возможно дальнейшее усиление парникового эффекта.