Исследовательская работа "Глобальное потепление"

Тема: «Вероятность глобального потепления»

Автор работы: Гиниятуллин Булат

Научный руководитель: Василова Миляуша Рифкатовна

2012

                                                      Оглавление

1.Введение………………………………………………………………...……….2

2.Цели и задачи……………………………………………………………………3

3.Анализ климатической ситуации…………………………………………..…..4

4.Главные аспекты глобального потепления……………………….…...………6

4.1.Вероятность влияния политического фактора …………………………..…7

4.2.Вероятноять влияния военного фактора……………………………..…….10

4.3. Вероятность влияния демографического фактора………...................…...12

4.4. Вероятность влияния технологического фактора………………………...15

5.Заключение…………………………………………………………………......17

6. Приложение ……………………………………………………………...........18

7. Список литературы……………………………………………………………21

Введение:

   В своей работе я бы хотела рассмотреть, на основе  практических возможностей применения теории вероятности, актуальную тему на сегодняшний день – глобальное потепление.

   О глобальном потеплении сейчас говорится и пишется много. Чуть ли не каждый день появляются новые гипотезы, опровергаются старые. Нас постоянно пугают, тем, что нас ожидает в будущем. Многие высказывания и статьи противоречат друг другу, вводя нас в заблуждение. Глобальное потепление для многих уже стало «глобальной путаницей», а некоторые и вовсе потеряли всяческий интерес к проблеме изменения климата. Ведь если посмотреть температуру прошедшей зимы, то теория о глобальном потеплении ставится под вопросом.

   В школе на уроках математики мы решали задачи по теории вероятности, в которых находили вероятность возникновения событий. Меня очень заинтересовала эта тема.  И я решила разобраться, какова вероятность глобального потепления в ближайшем будущем, применив полученные знания.    Может быть, это естественный природный процесс, который не несёт вред планете, либо это процесс постоянного увеличения температуры, вызванный деятельностью человека. Из многочисленных источников я выбрала интересующую меня информацию, и на её основе составила задачи, при решении которых я узнала вероятность возникновения событий.

        Актуальность данного исследования определяется важностью для всего  

        населения планеты нависшей проблемы и выбора её решения

Объектом исследования является процесс составления и решения задач на вычисление вероятности возникновения интересующих нас событий.

Предметом исследования является изучение практических возможностей применения теории вероятности по теме «Вероятность глобального потепления»

Цель исследования: через систематизацию знаний по теории вероятности, составить задачи  и через их решение  разобраться, какова вероятность глобального потепления в ближайшем будущем.

Для решения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

• проанализировать схему изменения температуры воздуха с прошлого века по десятилетиям
• рассмотреть четыре значимых, на мой взгляд, аспекта глобального потепления
• на основе знаний, полученных из информационных источников самой составить задачи на нахождение вероятности постоянного увеличения температуры
• продемонстрировать  составленные вероятностные задачи, показывающие возможность применения математических знаний в различных областях деятельности человека.

Методы исследования:

Анализ содержания тематической литературы, составление и решение вероятностных задач из различных областей профессиональной деятельности.

Анализ климатической ситуации

Глобальное потепление - это медленное и постепенное увеличение средней температуры на нашей планете^[1].

По научным данным, глобальное потепление может быть вызвано множеством факторов:

• извержения вулканов
• солнечная активность 
• магнитное поле Земли 
• деятельность человека ^[2]

Основываясь на данных, полученных мною с официального сайта Росгидромет^[3], я решила составить таблицу, где можно увидеть изменение температуры по десятилетиям:

Можно также составить более подробную таблицу для наглядности:

Для сравнения, таким был климат Москвы 100 лет назад (К примеру, тогда март был холоднее среднего января начала 21 века):

На основании этих данных составим арифметическую прогрессию со средней годовой температурой по десятилетиям. Для начала найдём среднее d.

d1=5.0-4.8=0.2; d2=5.7-5.0=0.7 и d3=6.3-5.7=0.6 d=(0.7+0.6+0.2):3=0.5. Теперь мы можем предположить, что при средней годовой температуре 30 °C  жизнь на земле исчезнет, таким образом, если мы подставим все наши данные в формулу: an=a1+(n-1)*d, то узнаем примерный год катастрофы:

d=0.5; a 1 =4.8; a n =30

30=4.8+(n-1)●0.5

25.2=0.5n - 0.5

25.7=0.5n

n=51.4 (примерно 51 член)

Подсчитав, мы узнаем, что катастрофа случится в период с 2480 по 2490г.г. Меня также заинтересовало, насколько велика вероятность данного исхода.

   Я считаю, что, если условия не изменятся, вероятность того, что увеличение температуры будет продолжаться, равна 90%, а если изменятся – то 30%. Но мне кажется, что вероятность того, что условия изменятся, равна 10%, ведь по таблице мы видим, что за последние 100 лет температура стремительно увеличивалась, какие бы мере не принимались.

Решение:

        H - не изменятся (гипотеза)

        H1 - изменятся (гипотеза)

        А – увеличение температуры постоянно

А/H; А/H1 –потепление будет постоянно при выполнении соответственной гипотезы

P (А) =∑P (H) •P (A/H) – формула полной вероятности

P(A)=P(H)•P(A/H)+P(H1)•P(A/H1)=0.9 •0.9+0.3•0.1=0.84=84%

Отсюда мы видим, что вероятность продолжения потепления достаточно высока. Но чтобы лучше разобраться в причинах столь быстрых природных изменений, я решила рассмотреть 4 главных, на мой взгляд, аспекта:

Аспекты глобального потепления

Политический фактор:

   Россия, Канада, северные районы Соединенных Штатов и Европы скорее выиграют от глобального потепления климата, нежели понесут потери. Такое мнение высказали американские ученые, изучившие влияние глобального потепления климата северных стран.

   Правительство России — одно из многих, которое считает глобальное потепление выгодным, пусть даже с минимальными потерями, и в краткосрочной перспективе надеется даже выиграть от изменения климата.

   Учёные нашей страны обеспокоены столь быстрым увеличением температуры. Недавно был опубликован труд «Мир вокруг России. Контуры недалекого будущего»^[4]. В работе содержится тревожное предупреждение о «климатических миграциях».

   Но правительство нашей страны видит множество плюсов:

   Во-первых, увеличение площади лесов.

   Во-вторых, получение выгоды в сфере туризма. По мнению исследователей, на более чем 170% возрастет число желающих посетить Россию, которая сейчас отпугивает теплолюбивых иностранцев.

   В-третьих, перспективы стремительного развития сельского хозяйства в тех районах, которые сейчас непригодны для деятельности человека.

   В-четвёртых, газовикам и нефтяникам станет легче и значительно дешевле разрабатывать месторождения за Полярным кругом. А ведь именно там, по прогнозам, находится 25% не открытых до сих пор мировых запасов углеводородов.

   Но ведь я уверена, что Россия не единственная страна, которая видит корыстные цели в глобальном потеплении. Правительство каждого государства волнует лишь его территория, они надеются вынести лишь личную выгоду, не видя всех отрицательных сторон, но ведь постоянное увеличение температуры может вылиться в мировую катастрофу. А ведь увеличение количества жарких дней может привести к распространению инфекционных заболеваний или появлением новых неизвестных ранее человеку паразитов и вирусов ^[5].

    На основе данной информации я составила задачу:

   Из 10 стран, среди которых 4 страны преследуют корыстные цели в глобальном потеплении , 5 объединяются для решения проблемы. Какова вероятность того, что среди объединённых стран окажутся 2-е, которые заинтересованы в потеплении?

Решение:

   Прежде всего, стоит отметить, что выбор любой пятёрки стран имеет одну и ту же вероятность. Всего существует С510 способов составить такую пятёрку, то есть случайный эксперимент в данном случае имеет C510 равновероятных исходов. Сколько из этих исходов удовлетворяют условию "в пятерке две корыстные страны", то есть, сколько исходов принадлежит интересующему нас событию? Каждую интересующую нас пятерку можно составить так: выбрать две бракованные лампы, что можно сделать числом способов, равным C24 . Каждая пара  корыстных стран может встретиться столько раз, сколькими способами ее можно дополнить тремя честными странами, то есть С36 раз. Получается, что число пятерок, содержащих две нечестные страны, равно C24•С36. Отсюда, обозначив искомую вероятность через P, получаем:

Р = 0,48=48%

   Отсюда мы видим, что процент стран, которые заинтересованы в глобальном потепление, приближается к 50%, и это при том, что в условии мы взяли число корыстных стран из возможных самое маленькое.

Военный фактор^[6]

   Опасность военно-промышленного комплекса на экологию активно обсуждается в последнее время. Интенсивная деятельность ВПК нанесла большой и должным образом неоцененный ущерб здоровью населения и природной среды, значительные территории превращены в зону экологического неблагополучия. Особенно тяжелые экологические последствия связаны с производством, испытаниями, уничтожением ядерного оружия, с утилизацией ядерных подводных лодок, с производством, хранением и уничтожением химического оружия, с ракетно-космической деятельностью и загрязнением обширных территорий страны компонентами токсичных ракетных топлив.

   Мне кажется, широкомасштабное применение военного оружия вызывает сильнейшее загрязнение атмосферы. Известно, что при наземных взрывах общий выброс вредных веществ из воронки взрыва составляет примерно 5000 т. В результате взрывов и пожаров в атмосферу выброшено огромное количество ядовитых газов и пыли. Крупномасштабные пожары, загрязнение атмосферы грунтом, сажей постепенно приводят к тому, что атмосфера становится непроницаемой для солнечного излучения, происходит перестройка атмосферной циркуляции и Земля покрывается сплошным черным покрывалом. Наступит "горячая ядерная ночь"- как это называют учёные, и земля подвергнется глобальному потеплению.^[7]

   Во время войны во Вьетнаме было поражено более 40% посевных площадей. Война привела к бесследному уничтожению некоторых видов растений и животных, полезных микроорганизмов почвы. Из 150 видов птиц сохранилось 18, почти полностью уничтожены земноводные, насекомые, многие виды речных рыб.

   Как показал опыт Чернобыля, вредные вещества хорошо удерживаются в воде, в лесной подстилке, в перегное и в некоторых организмах (например, в грибах). Так в связи с боевыми действиями в Чечне разбиты нефтеперерабатывающие и химические заводы, в результате чего в дельте р. Терек содержание нефтепродуктов превышено в 5 раз^[8].

   Но страдает не только окружающая нас природа, но и сами люди.

   Посмотрим, как это влияет на здоровье человека.  Ведь если 20% военных предприятий вынесены за линию города, то проверим, какова же вероятность того, что из 20 баз ровно 5 находятся за пределами города.

Решение:

По схеме Бернулли мы видим, что:

р – вероятность того, что военные предприятия вынесены за черту города

q=1-р – вероятность того, что такие предприятия в городах

Р=Сnк●pк●qп-к =C520●0.25●0.815=15504●0.035●0.00032=0.17=17%

Ответ: Р=17%.

Мы получили всего лишь 17%, тем самым, мы можем сделать вывод, что 83% военных предприятий находятся в черте города, отсюда мы можем представить, какой вред здоровью они причиняют, не говоря уже о том, что загрязняют атмосферу этих городов.

Демографический фактор:

   Рост населения при нынешнем состоянии производства и уровне экологического сознания существенно влияет на рост загрязнения природной среды и истощение природных ресурсов.  XX в. переживает своего рода демографическую революцию, когда благодаря достижениям медицинской науки, росту общего благосостояния резко увеличился рост народонаселения в результате сокращения смертности и повышения рождаемости. Возьмем такие примеры: если в прошлом веке за 100 лет население прибавилось на 1 млрд., то в начале XX в. этот миллиард был достигнут уже за 30 лет, а во второй половине XX в. население увеличилось на миллиард за 15 лет. В настоящее время темпы прироста населения составляют 150 человек в минуту.^[9]

   Причем 56 % населения будет находиться в Азии, 25 % — в Африке, 11%—в Латинской Америке, 8%—в Европе и 3 % — в Северной Америке. Таким образом, традиционно развитые страны Европы и Северной Америки постепенно по количеству населения уже и сейчас уступают место развивающимся странам Азии, Африки и Южной Америки.

   Такое перераспределение населения, возможно, усилит экологические противоречия. В этих странах будут ощущаться большие трудности с обеспечением экологической безопасности в смысле затрат средств на внедрение безотходных технологий и создание системы очистных сооружений.

   Экологические проблемы городов, главным образом наиболее крупных из них, связаны с чрезмерной концентрацией на сравнительно небольших территориях населения, транспорта и промышленных предприятий, с образованием антропогенных ландшафтов, очень далеких от состояния экологического равновесия.

   Темпы роста населения мира в 1.5-2.0 раза ниже роста городского населения, к которому сегодня относится 40% людей планеты. За период 1949 - 1989 гг. население крупных городов выросло в 4, в средних - в 3 и малых - в 2 раза.

   Процент городского населения в отдельных странах равен: Аргентина - 83, Уругвай - 82, Австралия - 75, США - 80, Япония - 76, Германия - 90, Швеция - 83.

   Города потребляют в 10 и более раз больше воды в расчете на 1 человека, чем сельские районы, а загрязнение водоемов достигает катастрофических размеров. Объемы сточных вод достигают 1м2 в сутки на одного человека. Поэтому практически все крупные города испытывают дефицит водных ресурсов и многие из них получают воду из удаленных источников.

   Обобщенные данные свидетельствуют о сложном экологическом состоянии Москвы. Город стремительно растет, переходит за кольцевую дорогу, сливается с городами-спутниками. Средняя плотность населения 8.9 тыс. чел. на 1 кв. км. В целом на 1 москвича приходится 46 кг вредных веществ в год.

   Тепловое воздействие увеличивает температуру в городе на 3-5°С.

   Расход воды в Москве на 1 жителя - около 700 л/сутки. При огромных расходах на очистку даже водопроводная вода содержит некоторое количество вредных соединений, главным образом удобрений и ядохимикатов. Водные ресурсы используются нерационально - более 20% воды уходит неиспользованной. Например, только для бритья москвич за один раз использует до 100 литров.

   В пределах города почвы значительно отличаются от своих аналогов в областях. Почвы обогащены органическими веществами, главным образом сажей - до 5% вместо 2-3%. Содержание тяжелых металлов в 4-6 раз превышает должное.

   Крупные города влияют на прилегающую местность: атмосферное загрязнение распространяется на восток на 70-100 км, тепловое загрязнение и нарушение режима осадков наблюдается на расстоянии 90-100 км, а угнетение лесных массивов - на 30-40 км.

    Над крупными городами атмосфера содержит в 10 раз больше аэрозолей и в 25 раз больше газов. При этом 60-70% газового загрязнения дает автомобильный транспорт. В среднем число автомобилей в России увеличивается на 10 % в год, а на одну семью уже приходится более чем два автомобиля. Мы видим такой стремительный рост автотранспорта, связанный с увеличением населения. На мой взгляд, если условия не изменятся вероятность того, что загрязнения останутся прежними, равна 70%, а если изменятся – то 25%. Я также решила, что вероятность того, что в течение года условия изменятся, равна 20%. И мне стало интересно чему равна вероятность того, что загрязнения будут постоянно продолжаться?

Решение:

        H - не изменятся (гипотеза)

        H1 - изменятся (гипотеза)

        А - загрязнения постоянны

А/H; А/H1 – загрязнения будут постоянны при выполнении соответственной гипотезы

P (А) =∑P (H) •P (A/H) – формула полной вероятности

P(A)=P(H)•P(A/H)+P(H1)•P(A/H1)=0.7•0.8+0.25•0.2=0.61, то мы выяснили , что 61% того , что загрязнения будут продолжаться. Но при этом мы взяли минимальную, на мой взгляд, вероятность постоянства загрязнений и всё равно получили процент загрязнений больше 50 %.

Технологический фактор:

По мере роста промышленного производства загрязнение атмосферы Земли увеличивается. В настоящее время в промышленно развитых странах ежегодно в атмосферу выбрасываются свыше 2,25 кг/чел, различных загрязнителей, в том числе — 1,5 кг/чел газообразных и 0,75 кг/чел твердых веществ. Более 87% населения области проживает в зонах сильного загрязнения воздушного бассейна от выбросов промышленности.

Основными экологическими проблемами промышленности являются:

• чрезмерная концентрация промышленных предприятий на небольшой территории
• из всего объема сточных вод 84% сбрасываются в водоемы недостаточно очищенными и 3,2% вообще без очистки
• промышленные выбросы ухудшают качество подземных вод
• для промышленности при разработке твердых полезных ископаемых образовало свыше 300 карьеров;
• твёрдые выбросы образуют свалки, лишь в Московской области в настоящее время размещено 210 полигонов и свалок, общей площадью 678 га, более 80% которых размещены без учета природоохранных требований.

   Подъём промышленного производств увеличило объем выбросов вредных веществ за последнее десятилетие в 1,7 раза.

   Если в 1998 г. средний показатель превышения предельно допустимых концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе составил 13,7%, то сейчас их превышение составляет 20,9%. Наиболее высокий уровень загрязнения в жилых районах, расположенных промышленных центрах составляет от 33 до 69%.

   Отведение сточных вод в Московской области в различные водоемы осуществляется от предприятий в количестве 4083 тыс. куб. м/сут.

   Итого, 60% предприятий являются возможными загрязнителями, которые не соблюдают природоохранительных норм. В связи с этим, из всех сточных вод, требующих очистки 89% сбрасывается недостаточно очищенными и 2,4% загрязненными без очистки. Выборочный анализ на территории Московской области показал, что 90% предприятий являются нарушителями. Я решила выяснить, чему равен % предприятий из возможных, которые не соблюдают должные нормы.

Решение:

Р (АВ)-вероятность возможных нарушителей

А-возможные (независимые события)

В-нарушители (независимые события)

Р (АВ)=Р(А) ●Р(В)=0.6●0.9=0.54=54%

Ответ: Р (АВ)=54%

   Мы подсчитали, что вероятность того, что предприятия не соблюдают должные нормы, равна 54%.Отсюда следует, что больше половины всех предприятий точно не охраняют природу.

Вывод:

   Людям кажется, что они живут на огромной планете, которая выдержит их любое небрежное отношение. Хотя если присмотреться, то можно увидеть, что наша планета – это маленькое и хрупкое создание во Вселенной^[10]. Я считаю, что в своей работе я смогла одновременно через рассмотрение практических возможностей применения теории вероятности ответить на интересующие меня вопросы. Тем самым я увидела, что деятельность  человека в политическом, военном, демографическом и  технологическом   аспекте нанесли большой и должным образом неоценимый ущерб природной среде и  здоровью человека, а вероятность продолжения нанесения  вреда  приближается  к 56 % ! Тем самым, можно с полной вероятностью подтвердить, что   наша планета беззащитна по отношению к деятельности человека и вероятность экологического кризиса, по моим подсчётам, очень велика и составляет 84%. Все мои вероятностные задачи составлены на основе доступной мне информации, и вероятность неблагоприятного исхода, как мы видим, достаточно высока. А какова же вероятность с научной точки зрения, основанной на достоверной информации?

Приложение

Рис. 1. Процент потепления в различных странах

Рис. 3 Влияние на здоровье населения изменениями температуры

Рис. 4. Таблица последствий  войны

Рис. 5. Увеличение числа населения

Список литературы

В. С. Лютикас «Школьнику о теории вероятности», Москва, Просвещение 1986г.

Л.Е. Майстроф «Теория вероятности. Исторические очерки» , Москва, Наука 1967г.

Л.Я. Савельев «Комбинаторика и вероятность» , Москва , Наука 1975г.

http://greenword.ru

Росгидромет http://climetechange.narod.ru/

http://camry.org/articles/global_warming_plus_crisis.html

http://www.rusrev.ru