Jordens energibalans och strålning av klimatförändringar

Läs den här artikeln för att lära dig om energibalansen på jorden och strålningstvingande klimatförändringar.

Introduktion:

Vår jord mottar kortvågs strålning från solen; en tredjedel av dem återspeglas och resten absorberas av atmosfären, oceanerna, marken, isen och biota. Den energi som absorberas från solstrålning är balanserad på lång sikt av utgående strålning från jorden och dess atmosfär.

Men balansen mellan den energi som absorberas och avges som långvåg infraröd strålning kan förändras på grund av många naturliga faktorer som solens energiproduktion, långsamma variationer i jordens omlopp och antropogena faktorer som orsakar grönhusseffekt, global uppvärmning, kärnvinter och utarmning av ozonskikt och ozonhål i Antarktis. Absorptionen av infraröd strålning kallas i allmänhet som strålningstvingning.

Vår atmosfär är uppdelad i olika horisontella lager. Var och en kännetecknas av höjden av sin temperaturprofil. Från jordens yta kallas dessa lager troposfären, stratosfären, mesosfären och termosfären. I troposfären och mesosfärens temperatur sjunker med höjd, medan den i stratosfär och termosfär ökar med höjd.

Övergångshöjderna som skiljer dessa lager kallas tropopaus, stratopause och mesopause. Mer än 80% av atmosfärens massa och alla vattendimma och nederbörd sker i troposfären. Vid ekvatorn kan det vara ca 18 km men minska upp till 10-12 km i mitten av breddgraderna och vid poler kan det bara vara ca 5-6 km. I troposfären sjunker temperaturen normalt med 5 till 7 ° C per km.

Denna region är vanligtvis en mycket turbulent plats eftersom det finns starka vertikala rörelser som leder till snabb och fullständig blandning av luft. Denna blandning förbättrar luftens kvalitet eftersom det snabbt minskar de olika föroreningarna. Ovanför troposfären är stratosfosen, som är ett stabilt lager av torr luft.

De föroreningar som kommer in i stratosfären kan förbli där i många år innan de drivs tillbaka till troposfären, där de lättare sönderfaller och i slutändan avlägsnas genom sedimentering eller utfällning. I stratosfären absorberas kortvågs ultravioletta strålningar av ozon (O3) och syre (O2), så att luften värms upp. Den resulterande temperaturinversionen orsakar stabiliteten hos denna zon. Troposfären och stratosfären utgör tillsammans ca 99, 9% av atmosfärens massa.

Efter stratosfären ligger mesosfären. I denna region blandar också luften ganska snabbt. Ovanför mesosfären är termosfären. I termosfären beror uppvärmningen på absorption av solenergi med atomärt syre. I termosfären finns ett tätt band av laddade partiklar, kallad jonosfären. Det återspeglar radiovågor tillbaka till jorden, så före joniseringen av satelliter var jonosfären särskilt viktig för kommunikation över hela världen.

Växthuseffekt:

Kortvågiga solstrålningar med våglängd mindre än 3 μm kan enkelt passera genom atmosfären, medan långvågiga terrestriska strålningar som avges av jordens yta (mer än 3 μm) absorberas delvis av antalet spårgaser som finns närvarande i atmosfären. Dessa spårgaser är kända som växthusgaser. (GHG).

De viktigaste grönhusgaserna är koldioxid (CO 2 ) metan (CH 4 ) nitrousoxid (N 2 O), vattenånga och ozon (O 3 ) närvarande i troposfären och stratosfären. Förutom dessa naturliga växthusgaser under de senaste årtiondena läggs även klorfluorkolväten och andra halokarboner i listan på grund av olika mänskliga aktiviteter.

När solstrålningar eller kosmiska strålar passerar genom atmosfären påverkas de av olika gaser och aerosoler i luften. Dessa gaser kan antingen låta strålningsenergin eller solstrålarna passera genom opåverkad eller sprida strålar genom reflektion eller de kan stoppa dem genom att absorbera dessa inkommande strålningar.

På liknande sätt absorberar dessa gaser även de utgående infraröda strålningarna (1R) som utsöndras av jordens yta. De flesta av de långa vågens termiska strålningar som avges av jorden absorberas av radioaktivt aktiva växthusgaser. Vattenånga (H 2 O) som är en mycket viktig växthusgas absorberar starkt termiska strålningar på mindre än 8 μm och mer än 18 μm samt band som är centrerade vid 2, 7 μm och 4, 3 μm.

Mellan 7- 12 μm atmosfärfönster finns, vilket är en relativt klar himmel för utgående markbundna strålningar. Radiationer i dessa våglängder passerar lätt genom atmosfären förutom ett litet men ganska viktigt absorptionsband mellan 9, 5 μm och 10, 6 μm, vilket är förknippat med ozon. All inkommande solstrålning med våglängd mindre än 0, 3 μm, dvs ultraviolett (UV) strålning absorberas av syre och ozon.

Denna absorption av UV-strålning sker i stratosfären, som skyddar jordens yta från skadliga ultravioletta strålningar. Radioaktivt aktiva växthusgaser absorberar våglängden längre än 4 μm. På grund av denna absorption värms upp atmosfären som sedan utstrålar energi tillbaka till jorden och utrymmet också som visas i diagrammet (fig 1). Dessa grönhusgaser fungerar som värmevärmen runt jorden och ökar jordens yttemperatur.

Termen grönhusseffekt är baserad på konceptet konventionellt växthus i glas. Glas överför snabbt kortvågsoljans strålning till grönt hus och absorberar all den långvågsstrålning som utstrålas av insidan av grönhuset. Denna strålningsfångare är delvis ansvarig för de höga temperaturerna i grönhuset. Mycket av denna effekt är bara på grund av minskning av konvektiv kylning av det inre utrymmet som orsakas av inneslutningen. Uppvärmning av bilens inre efter parkering i solen är ett annat enkelt exempel på grönhusseffekt.

Om jorden inte hade en naturlig grönhusseffekt skulle dess genomsnittliga temperatur vara -19 ° C. Således kan vi säga att grönhusseffekten är ansvarig för uppvärmning av jorden. Även om grönhusseffekten är ett naturfenomen och var närvarande från tidigt tider men efter den industriella revolutionen eller så kan vi säga att sedan 1950 på grund av snabb industrialisering, skörning av skogar för markanvändning och enorm ökning av fordon etc. mängden grönhus, gaser i miljön ökar många veckor på grund av vilken jordartstemperatur som ökar i mycket snabbare takt. Detta är en stor orsak till oro för alla utvecklade såväl som utvecklingsländer.

Radiativ tvång av klimatförändringar:

Även om grönhusseffekten är ett naturfenomen som är ansvarigt för att jordens temperatur är 34 ° C högre än vad det skulle ha varit om det inte hade radioaktiva gaser i atmosfären. Det är uppenbart nu att manskapskällor för utsläpp av många gaser och aerosoler påverkar grönhusseffekten, vilket leder till osäkerheten i förutsägelsen av det framtida globala klimatet. Som framgår av modellen av det globala genomsnittliga energiflödet

Den inkommande solenergin som absorberas av jorden och dess atmosfär är 235 w / m 2, vilket balanseras av 235 w / m 2 av utgående långvågsstrålning. Om det till följd av någon anledning läggs en extra mängd energi till den inkommande strålningsenergin, kommer denna balans tillfälligt att störas, men med tiden kommer klimatsystemet att anpassa sig till den förändringen genom att antingen öka eller minska ytemperaturen hos jorden, tills balansen återvinns. Matematiskt kan vi representera processen enligt följande. Ursprungligen har det balanserade systemet samma inkommande energi som absorberas (Qab) och utgående strålningsenergi (Qrad)

När systemet blir stört av radiativ kraft, dvs AF (w / m 2 ) till den inkommande absorberade energin, kommer en ny jämvikt att etableras med tiden så att

här hänvisar delarna till förändringar i mängden absorberad och strålningsenergi. På subtraherar 1 från 2 ger

Hittills har vi beskrivit grönhusseffekt som ett naturfenomen på grund av vilken jordens genomsnittstemperatur 34 ° C är högre än det skulle ha varit om det inte hade radioaktiva gaser i atmosfären. Begreppet strålningstvingande klimatförändringar kan tillämpas på ackumulering av växthusgaser i atmosfären på grund av vilken balans mellan inkommande solstrålningar och utgående markbundna strålningar blir störda.

Det kan också tillämpas på förändringar i aerosoler och partiklar på grund av naturliga och konstgjorda källor, uttömning av ozon i stratosfären, ackumulering av fotokemiskt producerad ozon i troposfären och variation i solstrålningar som når jordens atmosfär.

På grund av dessa faktorer är både positiva och negativa krafter möjliga. Positiv tvång bidrar till global uppvärmning medan negativ tvång bidrar till jordkylning. Gaser och partiklar som är närvarande i atmosfären kan utöva både direkta och indirekta strålningsdrivande effekter.

Direkt tvingning orsakas av ämnen i atmosfären som faktiskt har emitterats från någon källa. Indirekta tvingningar är de som uppstår när dessa substanser orsakar sådana andra atmosfäriska förändringar som påverkar atmosfärens strålningsegenskaper.

Exempelvis påverkar aerosoler direkt tvingningen genom att absorbera eller reflektera solstrålningen, medan de också utövar indirekt effekt genom att framkalla förändringar i albedo av moln. På samma sätt utövar halokarboner som klorfluorkolväten (CFC) också direkta och indirekta effekter. Den direkta effekten av halokarboner är en ökning av strålningstvingning eftersom dessa gaser, dvs kol plus fluor, klor och / eller brom absorberar de stora vågens markbundna strålningar från jorden. De orsakar också en indirekt effekt genom att förstöra ozon (O 3 ) i stratosfären.

Ozonet absorberas i det atmosfäriska strålningsfönstret i morgon så att ozonförstöring öppnar fönstret och gör att jorden kan svalna lättare, så att vi kan säga att halokärlens direkta effekt bidrar till den globala uppvärmningen, där den indirekta effekten av att ozonföroreningar hjälper till vid kylning av planeten. I tabellen nedan ges sammanfattningen av nuvarande uppskattningar av strålningstryck som orsakas av direkta och indirekta effekter av växthusgaser, aerosoler och partiklar och solstrålar.

Huvudsakliga grönhusgaser som anges i tabellen ovan är väl blandade i atmosfären och deras strålningsförträngning är väl förstådda. Fig. 2 visar den relativa betydelsen av dessa huvudsakliga växthusgaser (GHG) när det gäller förändringar i deras strålningstvingning sedan preindustriella tider, dvs 1850 till idag. Av den sammanlagda 2, 45 W / m 2 kraften sedan 1850 är huvudandelen koldioxid, som står för 64%, den andra är metan (CH 4 ) för 19%, än halokarboner för 11% och kväveoxid (N 2 O) konton endast för 6%.

Halokarbonernas bidrag förenklas i denna figur, eftersom deras indirekta kylningseffekt som är förknippad med ozonförstöring inte ingår i data. Om dessa indirekta effekter ingår är den totala tvingningen av halokarboner faktiskt mindre än 11%. Nu kommer vi att diskutera om de här huvudgaskonerna i detalj.

Koldioxid (CO 2 ):

Det är en stor växthusgas med högsta andel, dvs 50-60% och står för nästan två tredjedelar av den nuvarande strålningstvingningen. De första exakta och direkta mätningarna av atmosfärisk koldioxid började 1957 vid södra polen och 1958 i Monaloa, Hawaii.

Koldioxidkoncentrationen vid den tiden var omkring 315 ppm och växte nästan med en hastighet av 1 ppm per år till mitten av åttiotalet och nu växer den med en hastighet av cirka 1, 6 ppm / år. CO 2 tas från atmosfären av växter i process av fotosyntes som visas i denna ekvation

På våren och sommarsäsongen är växthöjden maximal. CO 2 -nivån sjunker och når sin lägsta punkt i cirka oktober på norra halvklotet. Vid andning, processens levande varelser använder sig för att erhålla energi, är ovanstående ekvation omvänd. Vid andning är komplexa organiska molekyler brutna ned återvänt kol till atmosfären.

Hösten och vintermånaderna överstiger andningshastigheten hastigheten för fotosyntesen. Det finns en nettoutbyte av kol i atmosfären som resulterar i maximal koncentration av CO 2 i norra halvklotet runt maj. Koldioxid flyttar således kontinuerligt från atmosfären till livsmedelskedjan (i fotosyntes) och återgår till atmosfärerna (vid andning).

Reaktionen för andning är som följer:

Koldioxidkoncentrationerna är nästan 30% högre nu än före industrirevolutionen.

Metan (CH4):

Uppsamling av metan i atmosfären står för 0, 47 w / m 2 strålningstvingning, vilket är 19% av den totala direkta växthuseffekten. Under preindustriella tider var koncentrationen av metan i atmosfären ungefär 700 delar per miljard (ppb) under många hundra år, men på 1800-talet. dess koncentration ökade snabbt. År 1992 nådde det 1714 ppb, vilket var nästan två och en halv gånger mer än preindustrial nivåer.

Metan är en naturligt förekommande gas i atmosfären men dess koncentration ökar snabbt på grund av mänskliga aktiviteter. Naturliga källor till metan är våtmarker och oceaner frigör 160 miljoner ton metan per år medan konstgjorda källor utgör cirka 375 miljoner ton utsläpp av metangas. Cirka 50% av antropogena utsläpp av CH4 är resultatet av mänsklig livsmedelsproduktion och cirka 27% beror på användning av fossila bränslen.

När mat och energi-produktion stiger för att möta efterfrågan på växande befolkning kommer metanutsläppen att fortsätta att vara en betydande del av den totala strålningstvingningen. Bardiagrammet nedan (Fig. 3) visar den procentuella delen av olika antropogena källor för metanutsläpp.

Metan har både direkta och indirekta effekter på strålningstvingning. Eftersom CH 4 har en längre livslängd i atmosfären fortsätter den att absorbera infraröd strålning under längre tid vilket ökar sin globala uppvärmningspotential. Det finns också oro för möjligheten att frigöras på grund av den globala uppvärmningen av en stor mängd metan som för närvarande frystes i permafrost i världens yttersta norra delar och att den anaeroba sönderdelningen av organisk substans frystes i permafrost och därigenom producerar mer metan. Uppvärmning på grund av ökad utsläpp av metan kan ge upphov till den ursprungliga uppvärmningen.

Kväveoxid:

Det är en annan naturligt förekommande grönhusgas, som har ökat i koncentration på grund av mänskliga aktiviteter. Vid preindustriella tider var koncentrationen 275 ppb. som för närvarande är 312 ppb som visar 13% ökning. Nitrogenoxid släpps ut i atmosfären under nitrifikationsprocessen med kvävecykeln.

Nitrogenoxid står för 6% strålningstvingning. Naturliga källor till N2O släpper ut cirka 9 miljoner ton kväve i atmosfären per år, med stor del som kommer från hav och våt skogsmark. Människokällor bidrar med cirka 40% av de totala utsläppen av N 2 O, dvs 5, 7 miljoner ton per år (IPCC, 1995), vilket främst beror på tropiskt jordbruk.

Omvandling av skogsmark till gräsmarker och användning av kvävegödselmedel på odlingsmark är de viktigaste källorna till N 2 O-utsläpp. Andra källor är förbränning av N 2- innehållande bränslen, 3-vägs katalysatorer i bilar och många industriella processer som tillverkning av nylon. N 2 O har också en lång atmosfärisk livslängd uppskattad till omkring 120 år, vilket innebär störningar i sin naturliga cykel kommer att ha långvariga följder. Det sakta nedbrytas i stratosfären genom fotolys.

halokarboner:

Dessa är kolbaserade molekyler som har klor, fluor eller brom i dem. Dessa är potenta grönhusgaser. Dessa är också miljömässigt ganska viktiga eftersom de bidrar till den globala uppvärmningen och också på grund av närvaron av klor och bromatomer som leder sig in i stratosfären och har förmåga att förstöra ozon i det lagret. Halokarboner innefattar klorfluorkolväten. (CFC) och hydroklorfluorkolväten (HCFC).

CFC är icke-toxiska, icke-reaktiva och icke brandfarliga och vattenolösliga. På grund av sin inerta natur förstörs de inte av kemiska reaktioner och avlägsnas inte heller från troposfären av regn. Så de har lång atmosfärisk livstid. De kan bara avlägsnas genom fotolys dvs nedbrytning genom kortvågs solstrålning, som sker när molekylerna når in i stratosfären.

Men klor som befrias av fotolys av CFC, förstör stratosfäriska ozon. För att förhindra denna stratosfäriska ozonnedbrytning introduceras HCFC i stället för CFC. Tillsats av väte bryter sin inerthet så att de förstörs av kemiska reaktioner i troposfären innan de drivs till stratosfären. Men de har fortfarande god potential att
tömma ozonskiktet. Hydrofluorkolväten (HFC) har ingen klor så att de är ännu bättre än HCFC.

Haloner innehåller brom som också är ett ozonförstörande element. De är mycket stabila molekyler och sönderdelas inte i troposfären, så de släpper bara det bromet efter att ha nått in i stratosfären och bryts av fotolys. De används i brandsläckare.

Ozon (O3):

Ozon har ett starkt absorptionsband på 9 μm dvs mitt i atmosfärsfönstret vilket gör det till en viktig växthusgas. Det är en huvudgas i fotokemisk smog, eftersom smogproduktionen är förknippad med större industrialisering så att koncentrationen är mer i utvecklade länder dvs på norra halvklotet än i södra halvklotet.

Deras koncentration varierar också säsongsmässigt med högre koncentrationer på sommaren som sommarmånader påverkar ozonbildningen. Radiativ tvingning av troposfärisk ozon är också ganska osäker vilken ligger mellan 0, 2-0, 6 vikt / m 2 . Stratosfäriska ozonkoncentrationer minskar på grund av attacker av klor och brom som släpps ut av UV-exponerade CFC och haloner.

Enligt en uppskattning har förlusten i stratosfärisk ozon globalt genomsnittlig negativ kraft på omkring -0, 1 w / m 2 med faktor 2 osäkerhet. Denna ozonnedbrytning är indirekt ett resultat av användningen av CFC och haloner. Så denna negativa tvång tenderar att kompensera vissa positiva tvingningar orsakade av utsläpp av halokarboner. Som efter Montrealprotokollet begränsas utsläppen av CFC och haloner till atmosfären, så det förväntas att ozon kommer att börja återhämta sig under de kommande åren och denna negativa tvingning kommer att minska.

På detta sätt ser vi att strålningsstyrkan hos dessa gröna husens gaser påverkar den globala temperaturen och klimatet. Positiv tvång ökar temperaturen medan negativ tvång minskar densamma. Som vi har diskuterat är dessa tvångsintressen också framkallade av mänskliga aktiviteter, så vi måste tänka två gånger före användningen av sådan teknik, vilket bidrar till ökad växthusgaser och global uppvärmning som leder till klimatförändringar.

Gröna husgaser och globalt klimat:

Ökningen av CO 2 -koncentrationen som uppmätt vid Maunalao-observatoriet på Hawaii år 1958 som 315 ppm till 345 ppm 1985 beror främst på två huvudsakliga mänskliga aktiviteter, dvs bränning av fossila bränslen i alarmerande takt och förstöring av skogsskydd som betraktas som CO 2 sjunker av planeten. Kol- och oljekonsumtionen har ökat många veck under de senaste åren, som avbildats i figuren (19) Stigningen i CO2, nivån har omedelbar effekt på ökningen av den globala temperaturen. Förutom CO 2 -nivån av växthusgaser (GHG) ökar också under åren som vi har diskuterat tidigare.

Enligt rapporten från NASA stiger CFCs ca 5% per år medan ökningen av metan är ca 1% per år. Om uppkomsten av växthusgaser sker vid nuvarande hastighet kommer fördubblingspunkten för var och en av dessa gaser som bidrar till grönhusseffekten att vara någon gång år 2030. Trots att effekten av växthusgaser på klimatet är långsam och omärkbar omedelbart men på lång sikt är det påverkan på klimatförändringen blir alarmerande och irreversibel. Procent av växthusgasemissioner från 12 större länder ges i figur (figur 5)

Det är intressant att notera att utvecklade länder i utsläpp av växthusgaser är de största bidragsgivarna och bidrag från utvecklingsländer är bara 15%. I postindustriella tider, trots att cirka 75% av världens befolkningsliv utvecklar tredje världsländer. Fram till förflutna släpptes de flesta växthusgaser och avlägsnades från troposfären genom jordens stora biogeokemiska cykler utan att det störde mänskliga aktiviteter, men efter en industrirevolution, särskilt sedan 1950, har vi satt enorma mängder grönhusgaser i atmosfären. Det finns en växande oro nu när dessa växthusgaser kan förbättra den naturliga grönhusseffekten och leda till global uppvärmning av planeten.

De möjliga effekterna av den globala uppvärmningen är följande:

(i) Stigande i havsnivå:

På grund av den globala uppvärmningen av termisk expansion av havet, kommer bergglaciärsmältning, smältning av grönska och smältning av Antarktis att ske, vilket leder till att havsnivån ökar.

ii) Avkastningsutbyte:

På grund av ökningen av koldioxidhalten förväntas växtutbytena öka, även om andra faktorer kan minska dessa effekter.

iii) människors hälsa:

Under de kommande årtiondena som världen kommer att bli varmare kommer fler människor sannolikt att drabbas av tropiska sjukdomar.

(iv) Vattenbalans:

Trots stigning i havsnivån i framtiden kommer den varmare världen att ha vattenkris i vissa delar medan andra delar blir mer våtare än idag. På så sätt blir vattenbalansen störd. De övergripande effekterna avbildas nedan (fig 6).

Ozonavstötning och strålningsproblem:

Ozon gas uppträder i atmosfären i små mängder. Det är en blåfärgad skarp luktande gas. På marknivå i genomsnitt innehåller varje centimeter av luft omkring 10 -19 molekyler av gaser, vars ozonkoncentration är nästan 0, 1 ppm. Nästan 90% av atmosfärens ozon ligger i stratosfären. Ozon produceras och förstörs ständigt i stratosfären. Men många förorenande spårgaser som NO, NO 2, CI etc. som lätt kan reagera med ozon tar sig till stratosfären och reagerar med ozon för att producera syre. Detta kallas vanligen som "Ozon Depletion".

På grund av denna ozonnedbrytning i stratosfären når de ultravioletta strålningarna från solen lätt till jorden, eftersom ozonskiktet fungerar som skyddssköld. Dessa UV-strålning har skadliga effekter på vår hälsa, på våra ekosystem, på vattenvägar och på vegetation etc. Enligt en uppskattning under 1969-1988 fanns 3-5-5% ozonförlust på norra halvklotet.

Vanligtvis finns det tre huvudsakliga sätt att ozonnedbrytning i stratosfären. Dessa är:

(i) Vätesystem

(ii) kväve system och

(iii) klorsystem

(i) Vätgasystem (OH-system):

Detta system förstör endast 10% av ozon.

Reaktionen ses över 40 km över jordskorpan. Det är som följer :

OH kan också bildas genom oxidation av metan

(ii) kväve system (N20 system):

60% av ozonnedbrytningen sker genom detta system. N 2 O som produceras i hav och jord genom bakterieverkan av mikroorganismen diffus uppåt i stratosfären och där det reagerar med "0" i närvaro av ljus för att producera NO som förstör O 3 .

Reaktionerna enligt denna process är följande:

(iii) klorsystem (CFCI 3 eller CF 2 CI 2- system):

Även om neutralt klor förstörs mycket lite ozon men klorfluorkarboner (CFCl s ) och andra halokarboner är de främsta ozonförstörare. Dessa föreningar förblir inerta i troposfären men får dissocieras i stratosfären.

Reaktionerna är följande:

På så sätt ser vi att dessa processer leder till ozonnedbrytning i stratosfären. I slutet av 1980-talet visade mätningar från satelliter och ballonger att O 3 utarmad zon sträcker sig över hela Antarktis. Utarmningen är koncentrerad huvudsakligen mellan 12-14km i höjd - som spänner över mycket av den lägre stratosfären i dessa breddgrader.

Detta ozonhål utvecklas varje år i augusti och september. Vad som orsakar ozonhål är en kontroversiell fråga. Men gemensamt samförstånd är att en sekvens av steg är ansvarig för den pekulära effektiviteten med vilken klor förstör ozon över Antarktis. Utslipp av ozon är en viktig orsak till oro på grund av dess roll som filter av solens ultravioletta strålning. Det ultravioletta strålningsbandet märkt UV-C (2, 0 x 2, 9 x 10 -7 nm) elimineras av atmosfären.

Detta UV-C-band är dödligt för mikroorganismer och kan förstöra både nukleinsyror och proteiner. Skydd mot UV-C beror helt och hållet på att den absorberas av ozon. Ett band med UV-strålning mellan 2, 9 × 10 -7 nm och 3, 2 × 10 -7 är viktigare som kallas "Biologiskt aktiv UV-strålning eller UV-B". band. UV-B-strålningar har skadliga effekter på människor såväl som på växter och djur. Nu kommer vi att diskutera om skadliga effekter av UV-B på människor, växter och djur och på vår miljö i detalj.

(i) om människors hälsa:

Den mest skadliga effekten är att incidensen av hudcancer ökar genom UV-B-strålning. De två bevisen till förmån för detta är: (i) hudcancer är mestadels sjukdomen hos vita skinnade människor och det mörka pigmentmelaninet är känt som det effektiva filtret för UV-B. Andra bevisen är från epidemiologi dvs studien av de faktorer som påverkar sjukdomens förekomst hos den mänskliga befolkningen. Melanom en särskild form av hudcancer rapporteras på många områden med hög dödlighet.

Det påverkar ungdomar, även om andra former av hudcancer övervägande förekommer hos relativt äldre människor. Dessa cancerformer är störande men behandlas vanligtvis med framgång. Förekomsten av melanom ökar under de senaste decennierna i alla vita skinnpopulationer. Studier tyder på att melanom är förknippat med hög exponering för UV-B.

Enligt en studie utförd av EPA kan varje 1% minskning av ozonkolonnen resultera i en ökning av 3% i förekomsten av hudcancer från melanom. Exponering för biologiskt aktiv ultraviolett strålning (UV-B) kan också ha direkta skadliga effekter på människokroppen, eftersom dessa strålningar har en tendens att undertrycka kroppens immunförsvar. UV-B-strålningar orsakar också skador på våra ögon.

ii) På växtodlingar:

De flesta markbundna växter anpassas till nuvarande nivåer av synlig strålning och lite är känt om effekterna av förbättrade UV-B-strålningar i växter. De flesta studierna om effekter av ökade UV-B-strålningar är inriktade på grödor och över 300 arter har hittills undersökts, ungefär två tredjedelar av vilka visar viss känslighet för strålning, även om graden av känslighet för olika arter och till och med olika kultivatorer av samma art varierar väsentligt.

Symptomen på känslighet inducerar minskad växttillväxt, mindre löv, minskad effektivitet av fotosyntes och minskat utbyte av frön och frukter. I vissa fall ses förändringar i växternas kemiska sammansättning, vilket påverkar deras livsmedelskvalitet. Även om få data finns tillgängliga om effekten av UV-B-strålning på skogsgrödan, men de föreslår att ökade UV-B-nivåer också kan påverka skogens produktivitet.

Det föreslås också att minskad växttillväxt inducerad av biologiskt aktiva ultravioletta (UV-B) strålningar kan störa det känsliga balansen som finns i naturliga ekosystem, så att plantans fördelning och överflöd kan påverkas.

iii) På marina ekosystem:

Livet i haven är också sårbart för UV-strålning. Det finns bevis för att omgivande sol UV-B-strålning också är en viktig begränsningsfaktor i marina ekosystem, men det är inte lika viktigt som synligt ljus eller temperatur på näringsnivåerna. Effekterna av ökad UV-B-strålning beror på djupet som det tränger in i. I klart vatten är det mer än 20 meter men i oklart vatten är det bara 5 meter.

Förhöjda UV-B-strålningar har visat skada många arter av små vattenlevande organismer, zooplanktoner, larvalkrabbor och räkor och ungfisk. I fytoplanktons minskning av fotosyntes observeras på grund av UV-strålning.

iv) Klimat:

Vårt största bekymmer är förknippat med ozonens huvudroll i atmosfärstemperaturen. Med den kreativa och destruktiva ozoncykeln finns det en övergripande absorption av solstrålning, som i slutändan släpps som värme i stratosfären. Detta värmer stratosfären och producerar temperaturinversion vid tropopausen, infekterar att det inte finns någon stratosfär utan ozonskiktet. Således uttömning i stratosfärisk ozon skulle svalna denna region och förändra stratosfärens temperaturstruktur i viss utsträckning.

Atmosfäriska strålningar och kärnvinter:

Partiklarna och aerosolerna påverkar klimatet genom att störa flödet av solstrålar i jordens atmosfäriska system. Denna dämpning eller minskning av solstrålning som orsakas av närvaron av partiklar och aerosoler i atmosfären är en indikation på atmosfärisk grumlighet, en egenskap som är relaterad till dammighet eller smutsighet i atmosfären.

När strålningen träffar en aerosol i atmosfären, då är partikeln optiskt transparent än strålningsenergin passerar genom den oförändrade och ingen förändring sker i atmosfärens energibalans. Vanligtvis reflekteras strålningen, sprids eller absorberas och andelen reflektion, spridning eller absorption kommer att bero på storleken, färgen och koncentrationen av partiklar i atmosfären och även på själva strålningens natur. Partikelämnen eller aerosoler som sprider eller reflekterar strålningen, ökar atmosfärens albedo och minskar mängden solstrålning som kommer fram till jordens yta.

Aerosoler eller partiklar som absorberar strålningen har motsatt effekt och de ökar mängden inkommande solstrålning. Var och en av dessa processer har potential att ändra jordens energibudget genom sin förmåga att förändra strålningsbanan genom atmosfären. Förutom att störa flödet av inkommande solstrålning har närvaron av aerosoler också en effekt på markbunden strålning.

Jordens yta ligger på en lägre energinivå utstrålar energi vid infrarödänden av spektret. Partiklarna och aerosolerna, såsom sot, sand och dammpartiklar som släpps ut i gränsskiktet absorberar infraröd strålning lätt, speciellt om de är större än 1, 0 um i diameter och som ett resultat av dessa absorptionsformer tenderar temperaturen i troposfären att öka. Stor volym partikelformiga ämnen frigörs i miljön genom naturliga processer som vulkanutbrott.

Den partikelformiga substansen som frigörs transporteras bort från källplatserna genom vind- och lufttryck av atmosfärisk cirkulation till avlägsna platser. Mänskliga aktiviteter skapar bara 15-20% partikelformiga ämnen och den främsta källan till en sådan fråga är kriget, till exempel i Gulfkriget 1991 mer än 600 oljebrunnar brändes av irakiska styrkor. Dessa brunnar fortsatte att brinna i många månader.

Under den tiden släpptes stor mängd rök, SO2, CO2, brännbara kolväten och nitrater i miljön. Huvuddelen av denna fråga kvarstod i den nedre halvan av troposfären inom höjden av 5 km från jordytan. Under de senaste femtio åren, trots att överenskommelserna mellan supermakterna för att begränsa användningen av kärnvapen, fortsätter användningen av dessa i de flesta länderna.

Fall och joniserande strålning från dessa vapen förorenar atmosfären i en alarmerande takt. Nu läggs en ny möjlighet till kärnvinter också i denna moderna kamp över övermakt, vilket kanske är det sista slaget för alla överlevande av kärnväxeln. Kärnvinterhypotesen baserad på antagandet att rök och damm som släpptes i atmosfären under kärnkriget skulle öka atmosfärisk grumlighet i en sådan utsträckning att en hög andel inkommande solstrålning skulle hindras från att nå den lägre atmosfären och jordens yta. Så jordens temperatur kommer att falla kraftigt.

Det är troligt att vegetation i tropiska områden skulle leda till betydande skador. Tropiska växter blomstra i milda subtila temperaturer. De är mottagliga för måttlig nedgång i temperaturer och kan inte utveckla motstånd för kallt som tempererade växter gör. Vid låga temperaturer och låga ljusförhållanden vid kärnvinter kan de försvinna i dessa områden. Förutom skador på vegetation i naturligt ekosystem kommer odlade växter också att skadas.

Tropiska grödor som ris, majs, banan etc. skadas vanligtvis genom att temperaturen sjunker till 7-10 ° C under några dagar och en måttlig kyla skulle vara tillräcklig för att orsaka skördefel. Vi står redan inför problemet med växtbrist som skulle förvärras av kärnvatten.

Utöver dessa atmosfäriska effekter av låga temperaturer, låga ljusnivåer och våldsamma stormar, skulle vi också möta fortsatt radioaktiv nedfall, höga toxiska luftföroreningar och ökad ultraviolett strålning. Alla dessa effekter tillsammans med brist på mat och dricksvatten skulle göra livet mycket stressigt och farligt. För att rädda vår framtid och kommande generationers liv är det viktigt att nödvändiga åtgärder vidtas för att bekämpa krig och främja världsfred inte bara för mänsklighetens skull utan också för att skydda vår miljö.

Strålning och global uppvärmning:

Vårt klimatsystem omfattar atmosfären, hydrosfären litosfären och biosfären. Dessa är alla sammanhängande och störningar i en påverkar den andra. I atmosfären absorberar CO 2 och vattenångor starkt infraröd strålning (i våglängden 14000 till 25000 nm) och blockerar effektivt en stor del av jordens utsända strålningar.

Den strålning som absorberas av CO 2 och vattenångor, dvs H 2 O, avges delvis på jordens yta och orsakar global uppvärmning. Sot eller svart kol absorberar solstrålning direkt och orsakar 15-30% uppvärmning av jorden. Den internationella klimatförändringspanelen (IPCC) i sin första bedömningsrapport drog slutsatsen att jordens lägre nivåstemperatur skulle öka i genomsnitt mellan 2 ° C och 6 ° C i slutet av nästa århundrade, vilket kommer att få mycket katastrofala konsekvenser.

Vi har observerat det senaste århundradet att årtionden av nittiotalet har varit varmast på norra halvklotet. Strålningsförändringarna och vulkanaktiviteten anses vara den främsta orsaken till heta åren av nittiotalet, särskilt 1990, 1994, 1997 och 1998. År 1998 upplevde Europa och Japan den brännande värmen. I London var det den torraste sommaren på 300 år och Tyskland upplevde den hetaste sommaren någonsin.

I Japan var torkan så svår att tusentals fabriker stängdes där. På grund av temperaturhöjningen smälter isen vid polerna mycket snabbt vilket resulterar i stigningen i havsnivån. I varmt klimat tenderar snö och istäckning av jord att minska. Eftersom snö och is är bra reflektorer av inkommande strålning, kommer en minskning av snö och is att öka strålningsabsorptionen och förbättra uppvärmningen av jorden. När temperaturen ökar blir jorden torr och damm och partikelformigt material går lätt in i atmosfären.

IPCC hävdar att havsnivån vid 2100 e.Kr. kommer att stiga med 30-110cm om vårt nuvarande energiförbrukningsmönster fortsätter som sådant. Stigningen i havsnivån kommer att få allvarliga konsekvenser. Många tätbefolkade områden kan översvämmas, allvarliga erosioner av kustområden kan uppstå, intrång av saltvatten i landområden skulle sänka många dricksvatten och över 30% av odlingslandet skulle förlora produktiviteten. Det finns en möjlighet att i Indiska och Stillahavsområdet många vackra öar som Maldiverna, Marshallö, Tonga, Tavalu etc. torkas ut. Många lågt liggande kustområden skulle vara på spel.

Andra effekter inkluderar att sänka termohalinscirkulationen, uttömning av ozonskikt, intensiva orkaner, sänkning av havsvattnets pH och spridning av infektioner och sjukdomar som denguefeber, bubonpest, virusinfektioner och många andra bakteriesjukdomar hos människor. Dessutom skulle det finnas risk för utrotning av många växt- och djurarter.

Den globala uppvärmningen kommer att orsaka varmare temperaturer i vissa regioner och även torrhet i vissa områden, så det kommer att bli förskjutningar som skulle gå utöver kontrollen över alla moderna samhällen. Ingen kontinent har sparats från negativa effekter av global uppvärmning.

Några återverkningar av den globala uppvärmningen de senaste två decennierna återspeglas i följande konsekvenser:

1. Den genomsnittliga havsnivån har stigit med 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.