Выбросы парниковых газов в атмосферу, сокращение выбросов. Ухудшение климата: газы – виновники парникового эффекта
Парниковые газы
Главным парниковым газом является водяной пар (H 2 O), который ответственен примерно за две трети природного парникового эффекта. Другие основные парниковые газы – это углекислый газ (СО 2), метан (СН 4), азотистый оксид (N 2 O) и фторированные парниковые газы. Эти газы регулируются Киотским Протоколом.
ХФУ и ГХФУ – это также парниковые газы, но регулируемые скорее Монреальским, чем Киотским Протоколом.
Стратосферный озон сам является парниковым газом. Таким образом, истощение озона послужило смягчению некоторых аспектов по изменению климата, в то время как восстановление озонового слоя добавит климатических изменений.
Углекислый газ
Основной участник усиления (искусственного) парникового эффекта это диоксид углерода (СО 2). В промышленных странах СО 2 представляет более, чем 80% выбросов парниковых газов.
В настоящее время, в мире выделяется более 25 млрд. тонн углекислого газа каждый год. СО 2/sub> может оставаться в атмосфере от 50 до 200 лет, в зависимости от того, как он возвращается в оборот земли и океанов.
Метан
Второй наиболее важный парниковый газ для усиления парникового эффекта – это метан СН 4 . С начала промышленной революции концентрации атмосферного метана удвоились и вносят 20% вложений в усиление эффекта парниковых газов. В промышленных странах метан типично составляет 15% выбросов парниковых газов.
Антропогенные выбросы метана связаны с горной промышленностью, сжиганием органического топлива, скотоводства, выращивание риса и мусорные свалки.
ПГП метана в 23 раза больше, чем у СО 2 .
Закись азота
Закись азота (N 2 O) естественно высвобождается из океанов и тропических лесов и бактериями в почвах. Источники влияния человека включают азотистые удобрения, сжигание органических топлив и промышленное производство химикатов, использующих азот, например, обработка сточных вод.
В индустриальных странах N 2 O несет ответственность примерно за 6% выбросов парниковых газов. Как СО 2 и метан, закись азота – это парниковый газ, чьи молекулы поглощают тепло, которое пытается испариться в космос. N 2 O имеет в 310 раз больший потенциал, чем СО 2 .
С начала индустриальной революции, концентрации закиси азота в атмосфере увеличились на 16% и вносят вклад от 4 до 6 % в усиление парникового эффекта.
Фторированные парниковые газы
Финальная группа парниковых газов включает в себя фторированные составляющие, такие, как гидрофторуглероды (ГФУ), которые используются, как хладагенты и пенообразующие агенты, перфторированные углероды (ПФУ), которые выделяются во время производства алюминия; и серные гексафлориды (СГФ-SF 6), которые используются в электронной промышленности.
Это единственные парниковые газы, которые не производятся в природе.
Атмосферные концентрации малы, они составляют около 1,5% в целом от выбросов парникового газа индустриальных стран. Однако, они чрезвычайно мощные; они имеют в 1000-4000 раз больший потенциал, чем СО 2 , а некоторые – более чем в 22000 раз.
ГФУ – одна из альтернатив ГХФУ в охлаждении, воздушном кондиционировании и пенообразовании. Последствия этих мощных парниковых способностей являются, таким образом, одним фактором, который должен быть учтен при выборе альтернатив и развитии стратегий ликвидации.
В связи с выходом некоторых постановлений, писем и методических указаний природопользователи задают вопросы, касающиеся расчета выбросов парниковых газов, но у контролирующих органов пока нет четких ответов. Тем не менее вопрос активно обсуждается. Начав с базовых знаний и исторической справки о парниковых газах, постараемся осветить данную тему для всех заинтересованных лиц, даже далеких от экологии.
Что такое выбросы парниковых газов и чем они опасны: история вопроса
СЛОВАРЬ
Парниковые газы — это газы высокой прозрачности в видимом диапазоне и с высоким поглощением в дальнем инфракрасном диапазоне. Присутствие таких газов вызывает парниковый эффект — повышение температуры нижних слоев атмосферы планеты.
Для Земли первоочередное значение имеют водяной пар и углекислый газ. Увеличение количества углекислого газа за счет промышленных выбросов в атмосферу приводит к повышению приповерхностных температур, что согласно теории глобального потепления климата приводит к нарушению естественных климатических процессов.
В связи с этой опасностью необходимо снижать выбросы ПГ, и поэтому в 1997 г. было заключено соглашение в г. Киото — Киотский протокол, созданный как дополнительный документ к Рамочной конвенции ООН об изменении климата 1992 г.
В 2015 г. в г. Париже подписано новое соглашение, регулирующее меры по снижению содержания углекислого газа в атмосфере с 2020 г.
Новое соглашение Россией подписано, но не ратифицировано: летом 2016 г. бизнес-сообщество просило президента не утверждать данный документ, т.к. это плохо скажется на экономике. К тому же С. Лавров в своем выступлении на саммите глобального развития в рамках ГА ООН заявил, что Россия перевыполнила свои обязательства по достижению выбросов ПГ ниже уровня 1990 г.
Снижение выбросов парниковых газов в России: план работы
Однако на достигнутом результате мы не остановились. В нашей стране для снижения выбросов ПГ и уменьшения опасности глобального потепления в мире предпринят ряд шагов. В первую очередь разработана законодательная база по данному вопросу.
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).
Парниковые газы поглощают отраженную энергию Солнца, делая атмосферу Земли более теплой. Большая часть солнечной энергии достигает поверхности планеты, а часть отражается обратно в космос. Некоторые газы, присутствующие в атмосфере, поглощают отраженную энергию и перенаправляют ее обратно на Землю в виде тепла. Газы, ответственные за это, называются парниковыми газами, поскольку они играют ту же роль, что и прозрачный пластик или стекло, покрывающие теплицу.
Парниковые газы и деятельность человека
Некоторые парниковые газы выделяются естественным путем в результате , вулканической активности и биологических процессов. Однако, начиная с возникновения промышленной революции на рубеже XIX века, люди выпускали в атмосферу все большее количество парниковых газов. Это увеличение ускорилось с развитием нефтехимической промышленности.
Парниковый эффект
Тепло, отраженное от парниковых газов, производит измеримое потепление поверхности Земли и океанов. Это оказывает широкомасштабное воздействие на лед, океаны, и .
Основные парниковые газы Земли:
Водяной пар
Водяной пар является наиболее сильным и важным из парниковых газов Земли. Количество водяного пара в не может быть непосредственно изменено деятельностью человека - оно определяется температурой воздуха. Чем теплее, тем выше скорость испарения воды с поверхности. В результате, увеличенное испарение приводит к большей концентрации водяного пара в нижней атмосфере, способной поглощать инфракрасное излучение и отражать его вниз.
Углекислый газ (CO2)
Углекислый газ является самым важным парниковым газом. Он высвобождается в атмосферу в результате сжигания ископаемого топлива, извержения вулканов, разложения органических веществ и передвижения транспортных средств. Процесс производства цемента приводит к выбросу большого количества углекислого газа. Вспашка земли также вызывает высвобождение большого количества углекислого газа, обычно хранящегося в почве.
Растительная жизнь, которая поглощает СО2 в , является важным естественным хранилищем углекислого газа. также может поглощать растворенный в воде CO2.
Метан
Метан (CH4) - второй наиболее важный парниковый газ после двуокиси углерода. Он более сильный, чем CO2, но присутствует в атмосфере в гораздо меньших концентрациях. CH4 может находится в атмосфере в течение более короткого времени, по сравнению с CO2 (время пребывания CH4 составляет примерно 10 лет, по сравнению с сотнями лет для CO2). Природные источники метана включают в себя: водно-болотные угодья; горение биомассы; процессы жизнедеятельности крупного рогатого скота; выращивание риса; добыча, сжигание и переработка нефти или природного газа и др. Основным природным поглотителем метана является сама атмосфера; другим - почва, где метан окисляется бактериями.
Как и в случае с СО2, деятельность человечества увеличивает концентрацию СН4 быстрее, чем метан поглощается естественным образом.
Тропосферный озон
Второстепенные парниковые газы
Второстепенными парниковыми газами выступают оксиды азота и фреоны. Они являются потенциально опасными для . Однако в связи с тем, что их концентрации не такие значительные как вышеупомянутых газов, оценка их влияния на климат полностью не изучена.
Оксиды азота
Оксиды азота находятся в атмосфере благодаря естественным биологическим реакциям в почве и воде. Тем не менее большое количество выделяемого оксида азота вносит значительный вклад в глобальное потепление. Основным источником является производство и использование синтетических удобрений в сельскохозяйственной деятельности. Моторные автомобили выделяют оксиды азота при работе на ископаемых видах топлива, таких как бензин или дизельное топливо.
Фреоны
Фреоны представляют собой группу углеводородов с различными видами использования и характеристиками. Хлорфторуглероды широко используются в качестве хладагентов (в кондиционерах и холодильниках), вспенивателей, растворителей и др. Их производство уже запрещено в большинстве стран, но они по-прежнему присутствуют в атмосфере и наносят ущерб озоновому слою. Гидрофторуглероды служат альтернативой более вредным озоноразрушающим веществам, и вносят гораздо меньший вклад в глобальное изменение климата на планете.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
Парниковый газ - это смесь нескольких прозрачных атмосферных газов, которые практически не пропускают тепловое излучение Земли. Рост их концентрации ведет к глобальным и необратимым изменениям климата. Различают несколько видов основных парниковых газов. Концентрация в атмосфере каждого из них по-своему влияет на тепловой эффект.
Основные виды
Различают несколько типов газообразных веществ, относящихся к наиболее значимым парниковым газам:
- водяные пары;
- углекислый газ;
- закись азота;
- метан;
- фреоны;
- ПФУ (перфторуглероды);
- ГФУ (гидрофторуглероды);
- SF6 (гексафторид серы).
Выявлено около 30 приводящих к парниковому эффекту. Влияние на тепловые процессы Земли вещества оказывают в зависимости от количества и силы воздействия на одну молекулу. По характеру возникновения в атмосфере парниковые газы делят на естественные и антропогенные.
Водяной пар
Распространенным парниковым газом является Его количество в атмосфере Земли превышает концентрацию диоксида углерода. Водяной пар имеет естественное происхождение: внешние факторы не способны влиять на его увеличение в окружающей среде. Регулирует количество молекул водяного испарения температура Мирового океана и воздуха.
Важная характеристика свойств водяного пара - обратная положительная связь с углекислым газом. Установлено, что парниковый эффект, спровоцированный выбросом увеличивается примерно вдвое благодаря воздействию молекул водяного испарения.
Таким образом, водяной пар как парниковый газ - это мощный катализатор антропогенного потепления климата. Рассматривать его влияние на парниковые процессы стоит только в совокупности со свойствами положительной связи с углекислым газом. Сам по себе водяной пар не приводит к таким глобальным изменениям.
Углекислый газ
Занимает ведущее место среди парниковых газов антропогенного происхождения. Установлено, что около 65% глобального потепления связано с увеличенным выбросом диоксида карбона в атмосферу Земли. Основным фактором повышения концентрации газа является, конечно же, производственно-техническая деятельность человека.
Сжигание топлива занимает первое место (86% из общего выброса углекислого газа) среди источников выделения диоксида углерода в атмосферу. К прочим причинам относят сжигание биологической массы - в основном лесных массивов - и производственные выбросы.
Углекислый парниковый газ - это наиболее эффективная движущая сила глобального потепления. После попадания в атмосферу диоксид углерода совершает большой путь через все ее слои. Время, которое требуется для выведения 65% углекислого газа из воздушной оболочки, называют эффективным периодом пребывания. Парниковые газы в атмосфере в виде диоксида углерода сохраняются на протяжении 50-200 лет. Именно высокая продолжительность присутствия углекислого газа в окружающей среде играет значительную роль в процессах парникового эффекта.
Метан
Попадает в атмосферу естественным и антропогенным способом. Несмотря на то что его концентрация гораздо ниже количества углекислого газа, действует метан как более значимый парниковый газ. 1 молекула метана оценивается в механизме парникового эффекта в 25 раз сильнее, чем молекула диоксида углерода.
В настоящее время в атмосфере содержится около 20% метана (из 100% парниковых газов). Искусственным путем метан попадает в воздух вследствие производственных выбросов. Естественным механизмом образования газа считают излишний распад органических веществ и избыточное горение лесной биомассы.
Оксид азота (I)
Закись азота рассматривают как третий по значимости парниковый газ. Это вещество, оказывающее отрицательное действие на озоновый слой. Установлено, что около 6% парникового эффекта приходится на оксид азота одновалентного. Соединение действует в 250 раз сильнее, чем углекислый газ.
Монооксид диазота появляется в атмосфере Земли естественным способом. Он имеет положительную связь с озоновым слоем: чем больше концентрация оксида, тем выше степень разрушения. С одной стороны, уменьшение озона снижает процессы парникового эффекта. В то же время радиоактивное излучение гораздо опаснее для планеты. Роль озона в процессах глобального потепления изучается, и мнения специалистов на этот счет разделяются.
ПФУ и ГФУ
Углеводороды с частичным замещением фтора в структуре молекулы - это парниковые газы антропогенного происхождения. Влияние подобных веществ на процессы глобального потепления в совокупности составляет около 6%.
ПФУ попадают в атмосферу в результате производства алюминия, электротехнических приборов и растворителей различных веществ. ГФУ представляют собой соединения, в которых водород частично замещен галогенами. Используются на производстве и в аэрозолях с целью замены разрушающих озоновый слой веществ. Имеют высокий потенциал глобального потепления, но безопаснее для атмосферы Земли.
Гексафторид серы
Используется как изоляционное вещество в электроэнергетической промышленности. Соединению свойственно долгое время сохраняться в слоях атмосферы, что обуславливает длительное и обширное поглощение инфракрасных лучей. Даже небольшое количество значительно повлияет на состояние климата в будущем.
Парниковый эффект
Процесс можно пронаблюдать не только на Земле, но и на соседней Венере. Ее атмосфера в настоящий момент состоит полностью из углекислого газа, что привело к повышению температуры на поверхности до 475 градусов. Специалисты уверены, что избежать той же участи Земле помогли океаны: частично поглощая углекислый газ, они способствуют выведению его из окружающей воздушной среды.
Выбросы парниковых газов в атмосферу закрывают доступ для тепловых лучей, что приводит к повышению температуры на Земле. Глобальное потепление чревато серьезными последствиями в виде увеличения площади Мирового океана, учащения природных катаклизмов и осадков. Под угрозой становится существование видов в прибрежных зонах и островах.
В 1997 году ООН приняла Киотский протокол, который создан для того, чтобы контролировать количество выбросов на территории каждого из государств. Экологи уверены, что полностью решить проблему глобального потепления уже не удастся, но значительно смягчить происходящие процессы остается возможным.
Методы ограничения
Выбросы парниковых газов можно снизить, соблюдая несколько правил:
- исключить неэффективное использование электроэнергии;
- повысить коэффициент полезного действия природных ресурсов;
- увеличить число лесов, вовремя предотвращать лесные пожары;
- использовать экологически чистые технологии в производстве;
- внедрять применение возобновляемых или неуглеродоводородных источников энергии.
Парниковые газы в России выбрасываются в связи с обширным производством электроэнергии, добычей полезных ископаемых и развитой промышленностью.
Основной задачей науки становится изобретение и внедрение экологически чистого вида топлива, освоение нового подхода к переработке отходных материалов. Поэтапная реформа производственных стандартов, жесткий контроль технической сферы и бережное отношение каждого к окружающей среде могут существенно снизить Глобального потепления уже не избежать, но процесс еще поддается контролю.