XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Влияние углекислого газа на парниковый эффект
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1. Теоретическая часть.
1.1 Введение.
Актуальность работы.
Мы все замечаем, что зимы в последние время стали не такими холодными, а по рассказам своих бабушек и дедушек знаем, насколько суровыми были морозы 15-20 лет назад. Все чаще на Новый год, вместо полагающегося снега моросит дождь. Виной всему может быть климатическое явление, как парниковый эффект в атмосфере Земли.
Но если наша планета будет стремительно нагреваться, не превратится ли она в негостеприимную Венеру, средняя температура которой составляет около +462°С?
В последнее время, с развитием технологий появилось множество новых источников, подпитывающих глобальный парниковый эффект, а значит, моя исследовательская работа актуальна.
Свое исследование я посвятил самому распространенному из парниковых газов – углекислому газу. Исходя из актуальности темы я поставил перед собой следующую цель и задачи.
Цель работы: исследование влияния углекислого газа на парниковый эффект.
Задачи исследования:
1. Изучить информацию по теме исследования.
2. Создать модель для изучения парникового эффекта.
3. Определить каково влияние парникового эффекта на окружающую среду.
4. Определить степень влияния концентрации углекислого газа на парниковый эффек.
5. Анализ результатов эксперимента.
Гипотеза: Повышенная концентрация углекислого газа, содержащегося в воздухе, усиливает парниковый эффект и может являеться причиной глобального потепления.
Объектом исследования является парниковый эффект.
Методы исследования:
- теоретические (поиск, изучение и анализ справочной литературы и обобщение полученной информации);
- практические (экспериментальное исследование, анализ, обобщение полученных результатов).
Исследовательская работа разделяется на две части: теоретическую и практическую. В теоретической части я изучал вопросы возникновения парникового эффекта и обработал необходимую информацию. В практической части использовал экспериментальные методы исследования, по результатам которых мной были сделаны соответствующие выводы.
Исследования проводились в домашних условиях.
1.2 Общие сведения о парниковом эффекте.
Парниковый эффект был обнаружен французским физиком Жозефом Фурье в 1824 году. Он предположил, что атмосфера Земли выполняет функцию своего рода стекла в теплице: воздух пропускает тепло, не давая ему при этом испариться обратно в космос.
Для Земли характерен естественный парниковый эффект, являющийся залогом жизни. Без него средняя температура Земли была бы невысокой, –18°С. Естественный парниковый эффект обусловлен незначительным количеством водяного пара и парниковых газов в атмосфере.
Эти газы пропускают солнечную радиацию, которая достигает поверхности Земли, но поглощают инфракрасное излучение, испускаемое Землей. В результате поверхность планеты нагревается до средней приземной температуры, которая составляет около +14°С.
Вот почему важно различать «естественный» парниковый эффект и «усиленный» парниковый эффект. Под усиленным парниковым эффектом подразумевается нагревание планеты за счет повышенных концентраций парниковых газов.
1.3 Виды парниковых газов.
Наиболее распространенными парниковыми газами в атмосфере Земли являются:
• водяной пар (H2О);
• углекислый газ (CO2);
• метан (CH4);
• озон (N2O).
Водяной пар занимает от 36 до 70% доли всех парниковых газов, углекислый газ от 9 до 26%, метан от 4 до 9%, озон от 3 до 7%.
Водяной пар образуется естественным путем, тогда как остальные виды парниковых газов являются результатом деятельности человека, что усматривается из представленной диаграммы.
1.4 Углекислый газ.
По итогам проведенного Всемирной метеорологической организацией анализа за 2022 год содержание парниковых газов в атмосфере вновь достигло нового рекордного уровня, и тенденция к росту не прекращается.
Глобальная средняя концентрация углекислого газа (CO2) в 2022 году впервые на целых 50 % превысила уровень, определенный 200 лет назад, и продолжила расти в 2023 году. В сравнении с другими парниковыми газами углекислый газ составляет 75 % глобальных выбросов парниковых газов.
Углекислый газ попадает в атмосферу при сжигании ископаемых видов топлива (уголь, природный газ и нефть), твердых отходов, с выхлопными газами, выбросами ТЭЦ и различных заводов, а также в результате определенных химических реакций (например, при производстве цемента).
Углекислый газ удаляется из атмосферы, путем поглощения растениями в процессе их жизнедеятельности. Однако «одеяло» из углекислого газа, окутывающее планету, становится всё «толще», что может привести к глобальному потеплению и негативным последствиям для всего человечества (повышение уровня моря, таяние ледников).
2. Экспериментальная часть.
2.1 Воздействие парникового эффекта на окружающую среду (приложение № 1).
Эксперимент № 1 проводился в домашних условиях.
В целях создания модели для изучения парникового эффекта, в стеклянную банку был помещен слой грунта – 4 см., установлен термометр. Грунт сбрызнут с помощью пульверизатора водой, произведен замер исходной температуры внутри банки: +23°С.
Банка накрыта прозрачной пленкой, играющей роль атмосферы. Над банкой, на расстоянии 20 см. установлена лампа, выступающая в качестве Солнца.
Эксперимент проводился в течение 30 минут. В банке я наблюдал образование водяного пара, на ее стенках образовались капли воды, и я фиксировал увеличение температуры.
Результаты эксперимента представлены в таблице.
|
Время, мин. |
Температура воздуха, °С |
|
0 |
23 |
|
5 |
24 |
|
10 |
25,3 |
|
15 |
26 |
|
20 |
27 |
|
25 |
28 |
|
30 |
29 |
По результатам проведенного эксперимента № 1 я пришел к выводу, что парниковый эффект за счет увеличения концентрации водяного пара влияет на повышение температуры окружающей среды.
2.2 Парниковый эффект при увеличенном содержании углекислого газа (приложение № 2).
После подтверждения увеличения температуры за счет парникового эффекта я перешел к эксперименту № 2, где использовал сравнительный метод исследования.
В двух одинаковых стеклянных банках были созданы условия подобно первому эксперименту (объем грунта, замер исходной температуры, имитация атмосферы и Солнца).
В стеклянную пробирку помещен размельченный мел (CaCO3), через воронку в пробирку наливалась соляная кислота (HCl) в таком количестве, чтобы она на 1 см покрывала мел. Углекислый газ (CO2), полученный в результате химической реакции, между мелом и соляной кислотой через газоотводную трубку запускался в банку № 2.
При увеличении концентрации углекислого газа температура воздуха в банке № 2 повышалась больше по сравнению с температурой в банке № 1 в условиях естественного парникового эффекта.
Показания термометров снимались каждые пять минут в течение 30 минут и были занесены в таблицу.
|
Время, мин. |
Температура воздуха при низкой концентрации углекислого газа, °С Банка № 1 |
Температура воздуха при повышенной концентрации углекислого газа, °С Банка № 2 |
|
0 |
23 |
23 |
|
5 |
24 |
25 |
|
10 |
25,3 |
27 |
|
15 |
26 |
28,5 |
|
20 |
27 |
30 |
|
25 |
28 |
32 |
|
30 |
29 |
33 |
В результате проведения эксперимента № 2 можно сделать вывод, что повышенная концентрация углекислого газа, содержащегося в атмосфере, усиливает парниковый эффект и способствует повышению температуры.
2.3 Таяние снега при увеличенном содержании углекислого газа (приложение № 3).
В целях определения возможного влияния углекислого газа на изменение климата мною был проведен эксперимент № 3. Для демонстрации таяния ледников в имеющиеся банки сверху на грунт был насыпан снег слоем 4 см. Зафиксирована комнатная температура, после чего в банку № 2 запускался углекислый газ.
В банке № 2 время таяния снега сокращалось. Сравнивая температуру воздуха над поверхностью после окончания эксперимента в банке № 1 и банке № 2, я определил, что температура воздуха над растаявшим снегом в банке № 2 была больше.
|
Время таяния снега, мин |
Температура воздуха над поверхностью до начала эксперимента, °С |
Температура воздуха над поверхностью после окончания эксперимента, °С |
|
|
Низкая концентрация углекислого газа Банка № 1 |
90 |
21 |
18 |
|
Повышенная концентрация углекислого газа Банка № 2 |
60 |
21 |
20 |
Вывод: увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере действительно может привести к изменению климата.
3. Заключение
Усиление «естественного» парникового эффекта влияет на изменение климата на планете. В ходе проведенной работы моя гипотеза подтвердилась. Парниковый эффект напрямую зависит от концентрации углекислого газа, содержащегося в воздухе.
Таким образом, увеличение содержания углекислого газа вызывает глобальное потепление и может привести к экологической катастрофе. Таяние снега и ледников повысит уровень мирового океана, а повышение средней температуры приведет к тому, что многие растения и животные не смогут адаптироваться к климатическим изменениям и погибнут. Участятся наводнения, ураганы и засуха, а также начнется необратимый процесс распространения болезней.
В ходе выполнения данной работы я ознакомился с информацией о парниковом эффекте, видах парниковых газов, опытным путем определил влияние углекислого газа на изменение температуры, формирование парникового эффекта.
Таким образом, поставленная цель и задачи достигнуты.
Мои предложения по снижению уровня углекислого газа в атмосфере, которыми может придерживаться каждый из нас: увеличивать и сохранять леса, не допускать лесных пожаров, уменьшить потребление энергии (использовать энергосберегающие лампочки, уменьшить использование горячей воды), меньше пользоваться личным транспортом, сократить уровень отходов, выбирая продукты с минимальной или в перерабатываемой упаковке.
Приложение № 1
Воздействие парникового эффекта на окружающую среду
(фото № 1)
В стеклянную банку помещен слой грунта – 4 см., установлен термометр. Грунт сбрызнут с помощью пульверизатора водой (фото № 1).
(фото № 2) (фото № 3)
Произведен замер исходной температуры внутри банки: +23°С (фото № 2).
Фиксировалось повышение температуры (фото № 3).
Приложение № 2
Парниковый эффект при увеличенном содержании углекислого газа
(фото № 1)
В две стеклянные банки помещен слой грунта – 4 см., установлены термометры. Грунт сбрызнут с помощью пульверизатора водой (фото № 1).
(фото № 2)
Необходимое дополнительное оборудование и реактивы для проведения эксперимента № 2:
- настольная лапка, мощность лампочки 60 Вт.;
- пробирки стеклянные;
- воронка;
- мерная ложка;
- газоотводная трубка;
- мел растолчённый;
- раствор соляной кислоты 10% (фото № 2).
(фото № 3, № 4)
Получение углекислого газа в домашних условиях посредством химической реакции мела и соляной кислоты (фото № 3, № 4).
Углекислый газ через газоотводную трубку запускался в банку № 2 (фото № 5).
(фото № 5)
Приложение № 3
Таяние снега при увеличенном содержании углекислого газа
(фото № 1, № 2)
В банки на грунт насыпан снег слоем 4 см. (фото № 1), произведена фиксация температуры: +23°С (фото № 2).
(фото № 3)
Углекислый газ через газоотводную трубку запускался в банку № 2 (фото № 3).
(фото № 4)
Таяние снега под воздействием увеличения концентрации углекислого газа и в обычных условиях (фото № 4).
Использованная литература
Учебная литература:
1. Физика глобальной атмосферы. Парниковый эффект, атмосферное электричество, эволюция климата, издательство «Интеллект групп», 2019 г.
2. Детская энциклопедия «Я познаю мир», издательство «Дрофа», 2006 г.
3. Мир вокруг тебя. Энциклопедия экологии для детей, издательство «Махаон», 2011 г.
Интернет ресурсы:
-
https://ru.wikipedia.org/wiki/Парниковый_эффект
-
https://nplus1.ru/news/2023/11/15/wmo-greenhouse-gases-2023
-
https://meteoinfo.ru/
-
https://www.vesti.ru/nauka/article/2785376