Ухудшение климата: газы – виновники парникового эффекта. Выбросы парниковых газов от производства: все, что нужно знать

12.10.2019

Советский климатолог и метеоролог Михаил Иванович Будыко еще в 1962 году первый опубликовал соображения о том, что сжигание человечеством огромного количества разнообразных топлив, особенно возросшее во второй половине XX века, неизбежно приведет к тому, что содержание углекислого газа в атмосфере будет увеличиваться. А он, как известно, задерживает отдачу с поверхности Земли в космос солнечного и глубинного тепла, что приводит к эффекту, который мы наблюдаем в застекленных парниках. Вследствие такого парникового эффекта средняя температура приземного слоя атмосферы должна постепенно повышаться. Выводы М. И. Будыко заинтересовали американских метеорологов. Они проверили его расчеты, сами провели многочисленные наблюдения и к концу шестидесятых годов пришли к твердому убеждению в том, что парниковый эффект в атмосфере Земли существует и нарастает.

Основными парниковыми газами, в порядке их оцениваемого воздействия на тепловой баланс Земли, являются водяной пар, углекислый газ, метан и озон, оксид азота.

Рис. 3. Структура выбросов странами парниковых газов

Водяной пар - важнейший естественный парниковый газ, вносит значительный вклад в парниковый эффект с сильной положительной обратной связью. Увеличение температуры воздуха вызывает увеличение влагосодержания атмосферы при примерном сохранении относительной влажности, что вызывает усиление парникового эффекта и тем самым способствует дальнейшему повышению температуры воздуха. Влияние водяного пара также может проявляться через увеличение облачности и изменение количества осадков. Хозяйственная деятельность человека вносит вклад в эмиссию водяного пара, составляющий менее 1%.

Диоксид углерода (CO2). Важнейшую роль в созидании парникового эффекта играет, кроме водяного пара, углекислый газ. Планетарный углеродный цикл представляет собой сложную систему, его функционирование на различных характерных временах определяется различными процессами, которыми соответствуют различные скорости круговорота CO2. Углекислый газ, как и азот, и водяной пар, поступали и поступают в атмосферу из глубоких слоев планеты в ходе дегазации верхней мантии и земной коры. Эти составляющие атмосферного воздуха входят в число газов, выбрасываемых в атмосферу при извержении вулканов, выделяются из глубоких трещин в земной коре и из горячих источников.

Рис. 4. Структура выбросов углекислого газа по регионам планеты в 1990-е

Метан (CH4). Метан является парниковым газом . Если степень воздействия углекислого газа на климат условно принять за единицу, то парниковая активность метана составит 23 единицы. Содержание в атмосфере метана росло очень быстро на протяжении последних двух столетий. Сейчас среднее содержание метана CH 4 в современной атмосфере оценивается как 1,8 ppm (parts per million , частей на миллион). Его вклад в рассеивание и удержание тепла, излучаемого нагретой солнцем Землей - существенно выше, чем от СО 2 . Кроме того, метан поглощает излучение Земли в тех «окошках» спектра, которые оказываются прозрачными для других парниковых газов. Без парниковых газов - СO 2 , паров воды, метана и некоторых других примесей средняя температура на поверхности Земли была бы всего –23°C, а сейчас она около +15°C. Метан высачивается на дне океана через трещины земной коры, выделяется в немалом количестве при горных разработках и при сжигании лесов. Недавно обнаружен новый, совершенно неожиданный источник метана - высшие растения, но механизмы образования и значение данного процесса для самих растений пока не выяснены.

Оксид азота (N2O) - третий по значимости парниковый газ Киотского протокола. Выделяется при производстве и применении минеральных удобрений, в химической промышленности, в сельском хозяйстве и т.п. На него приходится около 6 % глобального потепления.

Тропосферный озон, я вляясь парниковым газом, тропосферный озон (троп. О 3) оказывает как прямое влияние на климат через поглощение длинноволновой радиации Земли и коротковолновой радиации Солнца, так и через химические реакции, которые изменяют концентрации других парниковых газов, например, метана (троп. О 3 необходим для образования важного окислителя парниковых газов - радикала - ОН). Увеличение концентрации троп. О 3 с середины XVIII века является третьим по величине положительным радиационным воздействием на атмосферу Земли после СО 2 и СН 4 . В целом содержание троп. О 3 в тропосфере определяется процессами его образования и разрушения в ходе химических реакций с участием предшественников озона, имеющих как естественное, так и антропогенное происхождение, а также процессами переноса озона из стратосферы (где его содержание значительно больше) и поглощением озона поверхностью земли. Время жизни троп. О 3 - до нескольких месяцев, что значительно меньше, чем у других парниковых газов (СО 2 , СН 4 , N 2 O). Концентрация троп. О 3 значительно изменяется во времени, по пространству и высоте, и её мониторинг является значительно более сложной задачей, чем мониторинг хорошо перемешанных в атмосфере парниковых газов.

Учеными был сделан однозначный вывод о том, что выбросы в атмосферу, вызванные человеческой деятельностью, приводят к существенному увеличению концентрации парниковых газов в атмосфере. На основе расчетов с использованием компьютерных моделей было показано, что если сохранится нынешняя скорость поступления парниковых газов в атмосферу, то всего за 30 лет температура в среднем по Земному шару повысится, примерно, на 1°. Это необычно большое повышение температуры, если судить по палеоклиматическим данным. Необходимо отметить, что оценки экспертов, по-видимому, несколько занижены. Потепление, скорее всего, будет усиливаться в результате ряда природных процессов. Причиной большего, чем прогнозируемое, потепления может быть неспособность нагревающегося океана поглощать из атмосферы расчетное количество диоксида углерода.

Из результатов численного моделирования также следует, что средняя глобальная температура в следующем столетии будет повышаться со скоростью 0,3°С за 10 лет. В результате к 2050 г. она может возрасти (по сравнению с доиндустриальным временем) на 2°С, а к 2100 году - на 4°С. Глобальное потепление должно сопровождаться усилением осадков (к 2030 г. на несколько процентов), а также повышением уровня Мирового океана (к 2030 г. - на 20 см, а к концу столетия - на 65 см).

Парниковый газ - это газ, который характеризуется прозрачностью, что обеспечивает невидимость, и высокой степенью поглощения в инфракрасном диапазоне. Выделение подобных веществ в окружающую среду становится причиной парникового эффекта.

Откуда берутся парниковые газы?

Парниковые газы присутствуют в атмосферах всех планет Солнечной системы. Высокая концентрация данных веществ становится причиной возникновения одноименного явления. Речь идет о парниковом эффекте. Для начала стоит сказать о его положительной стороне. Именно благодаря данному явлению, на Земле поддерживается оптимальная температура для зарождения и поддержания различных форм жизни. Тем не менее, когда концентрация парниковых газов завышена, можно говорить о серьезной экологической проблеме.

Изначально причиной появления парниковых газов были естественные природные процессы. Так, первые из них образовались в результате нагревания Земли солнечными лучами. Таким образом, часть тепловой энергии не уходила в космическое пространство, а отражалась газами. В результате создавался эффект нагревания, аналогичный тому, который происходит в теплицах.

В тот момент, когда климат Земли только формировался, значительная доля парниковых газов вырабатывалась вулканами. На тот момент водяной пар и углекислый газ в огромных количествах попадали в атмосферу и концентрировались в ней. Тогда парниковый эффект был настолько сильным, что Мировой океан буквально закипал. И лишь с появлением на планете зеленой биосферы (растений) ситуация стабилизировалась.

Сегодня проблема парникового эффекта особенно актуальна. Она во многом обусловлена развитием промышленности, а также безответственного отношения к природным ресурсам. Как ни странно, не только промышленное производство становится причиной ухудшения экологии. Даже такая безобидная на первый взгляд отрасль, как сельское хозяйство, также представляет собой опасность. Наиболее разрушительным является животноводство (а именно продукты жизнедеятельности крупного скота), а также использование химических удобрений. Также неблагоприятно сказывается на атмосфере выращивание риса.

Водный пар

Водяной пар - это парниковый газ естественного происхождения. Несмотря на то что он выглядит безобидным, именно на него приходится 60 % парникового эффекта, который является причиной глобального потепления. Учитывая, что температура воздуха непрерывно повышается, значение концентрации водяного пара в воздухе становится все выше, а потому есть основания говорить о замкнутой цепи.

Положительной стороной испарения воды можно считать так называемый антипарниковый эффект. Данное явление заключается в формировании значительной массы облаков. Они, в свою очередь, в некоторой степени защищают атмосферу от перегрева посредством попадания солнечных лучей. Поддерживается некоторое равновесие.

Углекислый газ

Углекислый газ - парниковый газ, который является одним из самых распространенных в атмосфере. Его источником могут послужить вулканические выбросы, а также процесс жизнедеятельности биосферы (а особенно человека). Безусловно, часть углекислого газа поглощается растениями. Тем не менее за счет процесса гниения они выделяют аналогичное количество данного вещества. Ученые утверждают, что последующее увеличение концентрации газа в атмосфере может привести к катастрофическим последствиям, а потому постоянно проводятся изыскания путей очищения воздуха.

Метан

Метан - это парниковый газ, который живет в атмосфере около 10 лет. Учитывая, что этот период является сравнительно коротким, у данного вещества наблюдается наибольший потенциал для устранения последствий глобального потепления. Несмотря на это, парниковый потенциал метана более, чем в 25 раз опаснее углекислоты.

Источник парниковых газов (если речь идет о метане) - это продукты жизнедеятельности скота, выращивание риса, а также процесс горения. Наибольшая концентрация данного вещества наблюдалась в первом тысячелетии, когда сельское хозяйство и скотоводство были основными видами деятельности. К 1700 году данный показатель значительно снизился. На протяжении нескольких последних столетий концентрация метана снова стала расти, что связано с большим количеством сжигаемого топлива, а также разработкой месторождений угля. На данный момент отмечается рекордный показатель метана в атмосфере. Тем не мене за последнее десятилетие скорость роста данного показателя немного замедлилась.

Озон

Без такого газа, как озон, жизнь на Земле была бы невозможной, ведь он выступает в качестве барьера от агрессивных солнечных лучей. Но защитную функцию выполняет лишь стратосферный газ. Если же говорить о тропосферном, то он является токсичным. Если принять во внимание данный парниковый газ в пересчете на углекислый газ, то на него приходится 25 % эффекта глобального потепления.

Время жизни вредного озона составляет около 22 дней. Он удаляется из атмосферы путем связывания в почве и последующего разложения под действием ультрафиолета. Отмечается, что показатель содержания озона может значительно варьироваться по географическому признаку.

Закись азота

Около 40% закиси азота поступает в атмосферу из-за использования удобрений и развития химической промышленности. Наибольшее количество данного газа вырабатывается в тропических районах. Здесь эмитируется до 70 % вещества.

Новый газ?

Недавно канадские ученые заявили, что открыли новый парниковый газ. Его название - перфтортрибутиламин. С середины ХХ века он используется в области электротехники. В природе данное вещество не встречается. Ученые выяснили, что PFTBA прогревает атмосферу в 7000 раз сильнее, чем углекислый газ. Тем не менее на данный момент концентрация данного вещества ничтожно мала и не несет угрозы экологии.

На данный момент задача исследователей заключается в том, чтобы контролировать количества данного газа в атмосфере. Если будет отмечен рост показателя, это может привести к значительному изменению климатических условий и радиационного фона. На данный же момент нет оснований принимать какие-либо меры по реорганизации производственного процесса.

Немного о парниковом эффекте

Для того чтобы в полной мере оценить разрушительную силу парникового эффекта, стоит обратить внимание на планету Венера. Из-за того что ее атмосфера практически полностью состоит из углекислого газа, температура воздуха у поверхности достигает 500 градусов. Учитывая выбросы парниковых газов в атмосферу Земли, ученые не исключают аналогичного развития событий в будущем. на данный же момент планету во многом спасают океаны, которые способствуют частичному очищению воздуха.

Парниковые газы образуют своего рода барьер, который нарушает циркуляцию тепла в атмосфере. Именно это и является причиной парникового эффекта. Данное явление сопровождается значительным повышением среднегодовой температуры воздуха, а также учащению природных катаклизмов (особенно в прибрежных зонах). Это чревато исчезновением многих видов животных и растений. На данный момент ситуация настолько серьезная, что решить проблему парникового эффекта полностью уже нельзя. Тем не менее еще возможно контролировать данный процесс и смягчать его последствия.

Возможные последствия

Парниковые газы в атмосфере - это основная причина изменения климата в сторону потепления. Последствия могут быть следующими:

Повышение влажности климата за счет увеличения количества осадков. Тем не менее это справедливо только для тех регионов, которые и так постоянно страдают от аномальных ливней и снегопадов. А в засушливых районах ситуация станет еще более плачевной, что приведет к дефициту питьевой воды.
Повышение уровня мирового океана. Это может привести к затоплению части территорий островных и прибрежных государств.
Исчезновение до 40 % видов растений и животных. Это прямое последствие изменения среды обитания и роста.
Уменьшение площади ледников, а также таяние снега на горных вершинах. Это опасно не только в плане исчезновения видов флоры и фауны, но также в плане схода лавин, селей и оползней.
Снижение производительности сельского хозяйства в странах с засушливым климатом. Там же, где условия можно считать умеренными, есть вероятность повышения урожайности, но это не спасет население от голода.
Нехватка питьевой воды, которая связана с иссушением подземных источников. Это явление может быть связано не только с перегреванием Земли, но также с таянием ледников.
Ухудшение состояния здоровья человека. Это связано не только с ухудшением качества воздуха и повышенной радиацией, но также и с сокращением количества продуктов питания.

Уменьшение выбросов парниковых газов

Не секрет, что состояние экологии Земли с каждым годом ухудшается. Расчет парниковых газов приводит к неутешительным выводам, а потому актуальным становится принятие мер по уменьшению количества выбросов. Этого можно достичь следующим образом:

повышение эффективности производства с целью сокращения количества используемых энергетических ресурсов;
охрана и увеличение количества растений, которые выступают поглотителями парниковых газов (рационализация ведения лесного хозяйства);
поощрение и поддержка развития форм сельского хозяйства, которые не наносят вреда окружающей среде;
разработка финансовых стимулов, а также снижение налогообложения для предприятий, которые работают в соответствии с концепцией экологической ответственности;
принятие мер по снижению выброса парниковых газов транспортными средствами;
увеличение штрафных санкций за загрязнение окружающей среды.

Расчет парниковых газов

Все субъекты хозяйствования обязаны регулярно рассчитывать ущерб, нанесенный окружающей среде, и подавать отчетную документацию в соответствующие органы. Так, количественное определение выбросов парниковых газов осуществляется следующим образом:

выявление количества топлива, которое сжигается в течение года;
умножение полученного показателя на коэффициент выбросов по каждому виду газа;
объем выбросов каждого вещества пересчитывается в эквиваленте углекислого газа.

Источники выбросов, связанные со сжиганием топлива

Развитие научно-технического прогресса, безусловно, облегчает жизнь человеку, но наносит непоправимый вред окружающей среде. Во многом это связано со сжиганием топлива. В связи с этим источники парниковых газов могут быть следующими:

Энергетическая отрасль. Сюда входят электростанции, которые снабжают ресурсами промышленные предприятия и жилые объекты.
Промышленность и строительство. К данной категории относят предприятия всех отраслей. Учет осуществляется по топливу, использованному в процессе производства, а также на вспомогательные нужды.
Транспорт. Вредные вещества в атмосферу выделяют не только автомобили, но также воздушные средства передвижения, поезда, водный транспорт и трубопроводы. Учитывается только топливо, использованное на непосредственное перемещение грузов или пассажиров. Затраты энергии на внутренние хозяйственные перевозки сюда не относятся.
Коммунальный сектор. Это сфера услуг и ЖКХ. Значение имеет тот объем топлива, который был потрачен на обеспечение конечного энергопотребления.

Проблема парниковых газов в России

Масса выбросов парниковых газов в России с каждым годом возрастает. Если рассмотреть структуру загрязнений по секторам, то картина будет следующей:

энергетическая отрасль - 71 %;
добыча топлива - 16 %;
промышленное производство и строительство - 13 %.

Таким образом, приоритетным направлением в работе по снижению выбросов вредных газов в атмосферу является именно энергетический сектор. Показатель использования ресурсов отечественными потребителями более чем в 2 раза превышает мировой показатель и в 3 раза - европейский. Потенциал снижения энергопотребления достигает 47 %.

Заключение

Загрязнение парниковыми газами является глобальной проблемой и рассматривается на самом высоком международном уровне. Тем не менее она касается каждого отдельно взятого человека. Таким образом, должно присутствовать чувство персональной ответственности за состояние окружающей среды. Минимальный вклад каждого человека - это высадка зеленых насаждений, соблюдение правил противопожарной безопасности в лесах, а также использование в быту безопасных продуктов и товаров. Если говорить о будущих перспективах, речь может идти о переходе на электромобили и безопасное отопление жилых домов. Огромный вклад в сохранение окружающей среды призвана внести пропагандистская и просветительская деятельность.

Одним из основных парниковых газов считают диоксид углерода - углекислый газ (С02). Его роль до недавнего времени слишком подчеркивалась, на его долю относили до половины общего вклада в парниковый эффект. Однако сейчас пришли к мнению, что эта оценка была завышенной.

Инструментально доказано, что в последние десятилетия ежегодное накопление С0 2 в атмосфере составляет 0,4%. С начала XX в. уровень С0 2 в атмосфере увеличился на 31%. Эта величина существенна, чтобы повысить температуру. По самому оптимистичному сценарию, температура повысится в ближайшее столетие на 1,5-2°С, а но самому пессимистичному - почти на 6°С.

Каждый год в атмосферу из антропогенных источников поступает 6 млрд т диоксида углерода, из них 3 млрд т поглощаются растительностью в процессах фотосинтеза, оставшиеся 3 млрд т накапливаются. Общая сумма накоплений по вине человека за прошедшие 100 лет составила около 170 млрд т. Приведенные данные следует рассматривать в сопоставлении со 190 млрд т углекислого газа, которые ежегодно поступают в атмосферу вследствие естественных процессов. По оценкам ряда российских ученых, вклад антропогенной деятельности в глобальное потепление составляет лишь 10-15%, а остальное приходится на долю глобальных природных циклов. Поэтому усилия человечества на пути снижения выброса парниковых газов едва ли смогут заметно замедлить грядущее потепление.

Рост концентрации С0 2 не означает гибель для биосферы. Миллионы лет назад, в каменноугольный период, концентрация С0 2 была в 10 раз выше, чем сейчас. В тот период растительность буйно развивалась, деревья достигали больших размеров. Но для человеческой популяции условия были неблагоприятными. Предельный верхний уровень содержания С0 2 в атмосфере для человека не установлен.

Существуют разные гипотезы о причинах накопления С0 2 в атмосфере. Согласно первой, наиболее распространенной точке зрения углекислый газ накапливается в атмосфере как продукт сжигания органического топлива. Вторая гипотеза основной причиной роста содержания С0 2 считает нарушение функций микробных сообществ в почвах Сибири и части Северной Америки. Независимо от выбора гипотезы накопление диоксида углерода происходит во все увеличивающихся масштабах.

Большое воздействие на климат оказывают такие парниковые газы, как метан, оксиды азота и водяной пар.

До последнего времени недооценивалась роль метана (СН 4). Он активно участвует в парниковом эффекте. Кроме того, поднимаясь на высоту 15-20 км, метан под действием солнечных лучей разлагается на водород и углерод, который, соединяясь с кислородом, образует диоксид углерода. Это еще больше усиливает парниковый эффект.

В природе СН 4 образуется в болотах при гниении органики, его еще называют болотным газом. Метан также возникает в обширных мангровых зарослях в тропических областях. Рост концентрации СН 4 происходит в мире за счет разрушения биоты. Кроме того, он поступает в атмосферу из тектонических разломов на суше и на дне океана.

Антропогенные выбросы метана связаны с разведкой и добычей полезных ископаемых, со сгоранием минерального топлива в тепловых электростанциях и органического топлива в двигателях внутреннего сгорания транспортных средств, его выделением на животноводческих фермах. Использование азотных удобрений, выращивание риса, свалки бытовых отходов, утечки и неполное сгорание природного газа также ведут к росту выбросов метана и оксидов азота, которые являются мощными парниковыми газами. Содержание СН 4 в атмосфере, по инструментальным данным, возрастает на 1% в год. За прошедшие 100 лет рост составил 145%.

Оксиды азота накапливаются в атмосфере за год в пределах 0,2%, а общее накопление за период интенсивного промышленного развития составило около 15%. Увеличение содержания оксидов азота обусловливается сельскохозяйственной деятельностью и массовым уничтожением лесов.

Быстрое потепление климата на Земле приводит к ускорению кругооборота воды в природе, усилению испарения с водных поверхностей, что способствует накоплению водяного пара в атмосфере и активизации действия парникового эффекта. По мнению некоторых ученых, около 60% парникового эффекта вызывают пары воды. Чем больше их в тропосфере, тем сильнее парниковый эффект, а их концентрация в свою очередь зависит от приземных температур и площади водной поверхности.

Воздействие парниковых газов на климат

В группу парниковых газов входят все виды газообразных соединений, оказывающие влияние на проницаемость атмосферы для солнечных лучей и тепловой энергии. Присутствие этих газов в атмосферном воздухе служит причиной того, что часть тепловой энергии, излучаемой поверхностью Земли, не уходит в космос, а остается в приземных воздушных слоях. Чем выше содержание в атмосферном воздухе парниковых газов, тем интенсивнее перегревается поверхность планеты.

Замечание 1

В течение геологической истории Земли их содержание постоянно менялось. Одновременно происходили изменения климат ических показателей, а также ряда других параметров атмосферы, например, ее плотности, газового состава, прозрачности и т.д., во многом определяющие особенности жизнедеятельности организмов. Считается, что начиная с каменноугольного периода палеозойской эры (т.е. около 370 миллионов лет назад) содержание газов, способствующих парниковому эффекту, стабилизировалось на уровне, позволяющем поддерживать температурное равновесие планеты.

В состав группы парниковых газов входят:

водяные пары,
углекислый газ,
метан,
фреоны,
а также оксиды азота и озон.

Естественные источники парниковых газов

До начала промышленной эры, основными источниками парниковых газов в атмосфере служили: испарение воды с поверхности Мирового океана, вулканическая деятельность и лесные пожары. В настоящее время вулканы выбрасывают в атмосферу около 0,15–0,26 млрд. тонн углекислого газа в год. Специфика вулканической деятельности заключается в крайне неравномерном поступлении оксида углерода в атмосферу.

Много его выделяется при крупных извержениях, которые происходят сравнительно редко – менее одного за десятилетие. При этом, наряду с парниковыми газами, вулканы выбрасывают и огромное количество пыли, что способствует снижению поступления солнечной радиации и некоторому похолоданию. Как показывают современные исследования, эффект наиболее крупных извержений может вызвать изменение температуры на Земле порядка нескольких десятых долей градуса, и продолжаться несколько лет. Количество водяного пара, поступающее в атмосферу за тот же период, эквивалентно испарению 355 тысяч кубических километров воды.

Антропогенные источники парниковых газов

С интенсификацией промышленности парниковые газы стали поступать в атмосферу в процессе сжигания ископаемого топлива (углекислый газ), при разработках нефтяных месторождений (метан), из-за потерь хладагентов и использования аэрозолей (фреоны), ракетных запусков (оксиды азота), работе автомобильных моторов (озон). Помимо этого, промышленная деятельность человека способствовала сокращению лесных территорий – основных природных поглотителей углекислого газа на материках.

Теоретически, при полном сжигании ископаемого топлива (при условии исчерпания всех его месторождений) в атмосферу поступит примерно такое же количество углекислого газа, которое было в течение геологической истории выведено из нее в процессе фотосинтеза и законсервировано в виде ископаемого углерода.

Поскольку самые древние (и маломощные) месторождения каустобиолитов относятся к девонскому периоду, можно предположить, что содержание углекислого газа в атмосфере будет немногим меньше, чем к концу этого периода или к началу следующего, каменноугольного периода (поскольку полная выработка всех полезных компонентов в современных месторождениях не только экономически невыгодна, но и технически крайне трудна). В это время уже существовала развитая жизнь, в том числе и наземная, однако климат существенно отличался от современного. Он был значительно теплее, более влажным, атмосфера отличалась большей плотностью. Содержание кислорода в атмосфере было близко к современному, а углекислого газа существенно больше – около 0,2%, т.е примерно в 5,6 раз выше, чем сейчас.

Основной причиной влияния на климат считают нарастание в атмосфере доли парниковых газов, ведущее к повышению температуры, за которой следует таяние ледников и повышение уровня океана, что вызовет кардинальное изменение климата в мире. За 130 лет, с 1860 по 1990 г. средняя глобальная температура атмосферы увеличилась на 1 °С и эта тенденция сохраняется до настоящего

Впервые мысль о парниковом эффекте была высказана Ж. Б. Фурье в 1827 г. По его выражению, атмосфера подобна прозрачной стеклянной оболочке, дающей возможность солнечному свету проникать до земной поверхности, но задерживающей скрытую радиацию Земли.

Сущность парникового эффекта заключается в следующем: парниковые газы выполняют роль стекла, в результате чего тепло концентрируется под создаваемой ими оболочкой вокруг земли. Энергия света, проникая через атмосферу, поглощается поверхностью нашей планеты, переходит в тепловую и выделяется в виде тепла. Тепло, как известно, в отличие от света не выходит наружу через стекло, а накапливается внутри парника, заметно повышая температуру воздуха и усиливая испарение. Главным поглотителем теплового излучения Солнца и земной поверхности служит вода, присутствующая в виде паров и облаков. Менее 7 % излучаемой земной поверхностью радиации проходит через «окна прозрачности», однако эти окна существенно снижаются из-за присутствия в атмосфере молекул парниковых газов.

Парниковые газы

Метан . Глобальное потепление на 12% обусловлено метаном (СН 4). Он образуется в процессе анаэробного бактериального разложения в болотах, на рисовых полях и свалках, в желудках коров и овец и в кишечниках термитов, утечки из газовых скважин, газопроводов, печей, топок. За последние десятилетия содержание метана возросло в связи с увеличением площадей, занятых под рис, а также в результате создания крупных животноводческих хозяйств. Метан сохраняется в тропосфере около 11 лет. Каждая молекула СН 4 способствует парниковому эффекту в 25 раз больше, чем молекула СО 2 . Эмиссии метана возрастают в год на 1 %.

Закись азота . Глобальное потепление на 6 % обусловлено закисью азота (N 2 О). Он выделяется при разложении азотных удобрений в почвах, из стоков животноводческих хозяйств, при сгорании биомасс. В тропосфере сохраняется в среднем 150 лет. Каждая молекула N 2 О в 230 раз более эффективно способствует глобальному потеплению, чем молекула СО 2 . Ежегодно выбросы увеличиваются на 0,2 %.

В результате потепления может произойти непоправимое в судьбе нашей планеты: начнется таяние ледников Гренландии, Северного Ледовитого океана, Южного полюса, наконец, горных ледников; существенно поднимется уровень Мирового океана (на 1,5 -2 м и больше). Средняя температура Антарктиды увеличится на 5 о С, что достаточно для таяния всей ледяной шапки. Уровень Мирового океана повсеместно повысится на 4,5- 8 м и произойдет затопление многих прибрежных территорий (будут затоплены Шанхай, Каир, Венеция, Бангкок, большие площади плодородных низменностей в Индии), а миллионы людей будет вынуждены мигрировать вглубь материков, в горные районы; возрастет влияние океана на сушу через усиление штормов, приливов, отливов. Выравнивание температуры на экваторе и полюсах приведет к нарушению ныне существующей циркуляции атмосферы, изменению режима осадков (скудные осадки в районах земледелия), снижению производства зерна, мяса и других продуктов питания. Надежда на орошение этих территорий не велика, поскольку уже сегодня уровень грунтовых вод заметно снизился, а к середине столетия их запасы практически будут израсходованы. Влияние «парникового эффекта» на региональный климат уже начинает проявляться: длительные засухи в Южной Африке (5 лет), Северной Америке (6 лет), теплые зимы и т.д.

Диоксид углерода . Интенсивная вырубка лесов, сжигание топлива, мусора весьма заметно нарушает сложившийся баланс углекислого газа в атмосфере. Каждый атом углерода топлива присоединяет два атома кислорода при горении с образованием углекислого газа, поэтому масса углекислого газа увеличивается по сравнению с массой сжигаемого топлива (1 кг топлива → 3 кг СО 2). В настоящее время этим газом обусловлено интенсивное потепление на 57 %. Ежегодно выбросы СО 2 увеличиваются на 4 %.

Фторхлоруглероды (ФХУ, или ХФУ). Содержание ХФУ в атмосфере невелико по сравнению с СО 2 , но им присуща достаточно высокая теплоемкость: они поглощают тепло значительно интенсивнее (выше в 50 раз), чем углекислый газ. Эти газы обусловливают 25 % глобального потепления. Основные источники - утечки из кондиционеров, испарение из аэрозольных распылителей. ХФУ могут оставаться в атмосфере в течение 22- 111 лет в зависимости от их типа. Ежегодно выбросы ХФУ увеличиваются на 5 %.

Промышленный выпуск фторхлоруглеродов, часто называемых фреонами, был начат в середине 1930-х гг. Наибольшее количество фреона-11 (СFС1 3) и фреона-12 (СF 2 С1 2) использовалось в качестве вспенивателей при получении пористых полимерных материалов, наполнителей в аэрозольных упаковках, а также хладагентов в холодильниках и кондиционерах. Некоторые ХФУ применяли в качестве средств для обезжиривания: фреон-113 (С 2 F 3 С1 3) и фреон-114 (С 2 F 4 С1 2). Позже вышеперечисленные фреоны из-за высокого содержания хлора были заменены на СНС1Р 2 , который в меньшей степени разрушает озон, но в большей степени поглощает ИК-лучи и особенно активно влияет на парниковый эффект в течение своего пребывания в тропосфере.

Чтo тaкoе фреoны

В 1931 гoду, кoгдa был синтезирoвaн безвредный для челoвеческoгo oргaнизмa хлaдaгент – фреoн. Впoследствии былo синтезирoвaнo бoлее четырех десяткoв рaзных фреoнoв, oтличaющихся друг oт другa пo кaчествaм и химическoму кругу.Нaибoлее дешевыми и эффективными oкaзaлись R-11, R-12, кoтoрые дoлгoе время всех устрaивaли. В последние 15 лет oни пoпaли в немилoсть из-зa свoих oзoнoрaзрушaющих свойств. Все фреoны - нa oснoве двух гaзoв – метaнa СН 4 и этaнa – СH 3 -CH 3 . В хoлoдильнoй технике метaн имеет мaрку R-50, этaн – R-70. Все oстaльные фреoны пoлучaются из метaнa и этaнa зaмещением aтoмoв вoдoрoдa aтoмaми хлoрa и фтoрa. Нaпример, R-22 пoлучaется из метaнa зaмещением oднoгo aтoмa вoдoрoдa хлoрoм и двух – фтoрoм. Химическaя фoрмулa этoгo фреoнa – СНF 2 Cl. Физические кaчествa хлaдaгентoв зaвисят oт сoдержaния трех сoстaвляющих – хлoрa, фтoрa и вoдoрoдa. Тaк пo мерке уменьшения числa aтoмoв вoдoрoдa гoрючесть хлaдaгентoв пaдaет, a стaбильнoсть рaстет. Они мoгут пoдoлгу существoвaть в aтмoсфере, не рaзлaгaясь нa чaсти и нaнoсить вред oкружaющей среде. Пo мере увеличения кoличествa aтoмoв хлoрa рaстет тoксичнoсть хлaдaгентoв и их oзoнoрaзрушaющaя спoсoбнoсть. Вред, нaнoсимый фреoнaми oзoнoвoму рaзряду, oценивaется дoзoй oзoнoрaзрушaющегo пoтенциaлa, кoтoрый рaвен 0 для oзoнoбезoпaсных хлaдaгентoв (R-410A, R-407C, R-134a) и дo 13 у oзoнoрaзрушaющих (R-10, R-110). При этoм зa штуку принят oзoнoрaзрушaющий пoтенциaл фреoнa R-12, дo зaключительнoгo времени нaибoлее ширoкo рaспрoстрaненнoгo вo всем кoсмoсе. В свoйстве временнoй зaдaчи R-12 был выбрaн фреoн R-22, oзoнoрaзрушaющий пoтенциaл кoтoрoгo сoстaвляет 0,05. В 1987 году был принят Мoнреaльский прoтoкoл, oгрaничивaющий испoльзoвaние oзoнoрaзрушaющих существ. В чaстнoсти, сoглaснo этому акту, виновники будут вынуждены oткaзaться от испoльзoвaния фреoнa R-22, на кoтoрoм сегoдня рaбoтaет 90% всех кoндициoнерoв. В бoльшинстве еврoпейских стoрoн прoдaжa кoндициoнерoв нa этoм фреoне будет прекрaщенa уже в 2002-2004 гoдaх. И мнoгие небывaлые мoдели уже пoстaвляются в Еврoпу тoлькo нa oзoнoбезoпaсных хлaдaгентaх - R-407C и R-410A.

Если не прервать накопление в атмосфере «парниковых газов», то во второй половине этого столетия их концентрация возрастет примерно в два раза, что приведет (согласно компьютерным моделям) к потеплению климата в разных районах в среднем на 1,5 - 4,5 ° С: в холодных районах на 10 о С, а в тропических - всего на 1 - 2 о С.

В результате потепления может произойти непоправимое в судьбе нашей планеты: начнется таяние ледников Гренландии, Северного Ледовитого океана, Южного полюса, наконец, горных ледников; существенно поднимется уровень Мирового океана (на 1,5 -2 м и больше). Средняя температура Антарктиды увеличится на 5 "С, что достаточно для таяния всей ледяной шапки. Уровень Мирового океана повсеместно повысится на 4,5- 8 м и произойдет затопление многих прибрежных территорий (будут затоплены Шанхай, Каир, Венеция, Бангкок, большие площади плодородных низменностей в Индии), а миллионы людей будет вынуждены мигрировать вглубь материков, в горные районы; возрастет влияние океана на сушу через усиление штормов, приливов, отливов. Выравнивание температуры на экваторе и полюсах приведет к нарушению ныне существующей циркуляции атмосферы, изменению режима осадков (скудные осадки в районах земледелия), снижению производства зерна, мяса и других продуктов питания. Надежда на орошение этих территорий не велика, поскольку уже сегодня уровень грунтовых вод заметно снизился, а к середине столетия их запасы практически будут израсходованы. Влияние «парникового эффекта» на региональный климат уже начинает проявляться: длительные засухи в Южной Африке (5 лет), Северной Америке (6 лет), теплые зимы и т.д.

При общем потеплении зима будет более холодной, чем раньше, а лето - более жарким. Кроме того, участятся и станут более сильными засухи, наводнения, ураганы, торнадо и другие погодно-климатические аномалии. Потепление будет сопровождаться снижением биопродуктивности, распространением вредителей и болезней.