Основной парниковый газ. Что такое парниковый газ

Метан

Время жизни метана в атмосфере составляет примерно 10 лет. Сравнительно короткое время жизни в сочетании с большим парниковым потенциалом позволяет пересмотреть тенденции глобального потепления в ближайшей перспективе.

До последнего времени считалось, что парниковый эффект от метана в 25 раз сильнее, чем от углекислого газа. Однако теперь Межправительственная группа экспертов по изменению климата ООН (IPCC) утверждает, что «парниковый потенциал» метана ещё опаснее, чем оценивалось раньше. Как следует из свежего доклада IPCC, который цитирует Die Welt, в расчете на 100 лет парниковая активность метана в 28 раза сильнее, чем у углекислого газа, а в 20-летней перспективе — в 84 раза.

В анаэробных условиях (в болотах, переувлажнённых почвах, кишечнике жвачных животных) метан образуется биогенно в результате жизнедеятельности некоторых микроорганизмов.

Основными антропогенными источниками метана являются животноводство, рисоводство, горение биомассы (в т. ч. сведение лесов).

Как показали недавние исследования, быстрый рост концентрации метана в атмосфере происходил в первом тысячелетии нашей эры (предположительно в результате расширения сельхозпроизводства и скотоводства и выжигания лесов). В период с по 1700 годы концентрация метана упала на 40 %, но снова стала расти в последние столетия (предположительно в результате увеличения пахотных земель, пастбищ и выжигания лесов, использования древесины для отопления, увеличения поголовья домашнего скота, количества нечистот, выращивания риса). Некоторый вклад в поступление метана дают утечки при разработке месторождений каменного угля и природного газа, а также эмиссия метана в составе биогаза, образующегося на полигонах захоронения отходов.

Анализ пузырьков воздуха в древних ледниках свидетельствует о том, что сейчас в атмосфере Земли больше метана, чем в любое время за последние 400000 лет. С 1750 года средняя глобальная атмосферная концентрация метана возросла на 257 процентов от приблизительно 723 до 1859 частей на миллиард по объёму (ppbv) в 2017 году. За последнее десятилетие, хотя концентрация метана продолжала расти, скорость роста замедлилась. В конце 1970-х годов темпы роста составили около 20 ppbv в год. В 1980-х годов рост замедлился до 9—13 ppbv в год. В период с 1990 по 1998 наблюдался рост между 0 и 13 ppbv в год. Недавние исследования (Dlugokencky и др.) показывают устойчивую концентрацию 1751 ppbv между 1999 и 2002 гг.

Метан удаляется из атмосферы посредством нескольких процессов. Баланс между выбросами метана и процессами его удаления в конечном итоге определяет атмосферные концентрации и время пребывания метана в атмосфере. Доминирующим является окисление с помощью химической реакции с гидроксильными радикалами (ОН). Метан реагирует с ОН в тропосфере, производя СН3 и воду. Стратосферное окисление также играет некоторую (незначительную) роль в устранении метана из атмосферы. На эти две реакции с ОН приходится около 90 % удаления метана из атмосферы. Кроме реакции с ОН известно ещё два процесса: микробиологическое поглощение метана в почвах и реакция метана с атомами хлора (Cl) на поверхности моря. Вклад этих процессов 7 % и менее 2 % соответственно.

Немного теории или почему разогревается планета

Парниковый эффект – это нагрев нижних слоев атмосферы Земли, который возникает из-за увеличения концентрации некоторых газов, находящихся в ней. Суть его довольно проста: солнечные лучи нагревают поверхность планеты, но при этом тепло остается и не может вернуться в космическое пространство – газы мешают этому. Вследствие этих процессов температура планеты увеличивается.

Парниковые газы мешают теплу уходить в космическое пространство, поэтому температура атмосферы увеличивается

Значительная доля солнечного излучения (до 75%), попадающего на Землю, приходится на видимую и ближнюю инфракрасную часть спектра (400—1500 нм). Атмосфера его практически не улавливает, и тепловая энергия свободно достигает поверхности нашей планеты. Земля, нагреваясь, в свою очередь, начинает испускать излучение с длиной волн 7,8—28 мкм, которое исходит в космос, способствуя охлаждению планеты. Главной причиной возникновения парникового эффекта – это более высокая прозрачность атмосферы для света в оптическом диапазоне, чем в инфракрасном. Дело в том, что некоторые газы, содержащиеся в воздухе, поглощают или отражают излучение, которое идет от Земли. Они называются парниковыми. Чем выше их концентрация, тем больше солнечного тепла остается в атмосфере.

Сущность парникового эффекта хорошо знакома дачникам и огородникам, которые имеют теплицы на своих участках. Схема очень похожа: солнечные лучи, попадая внутрь, нагревают почву, а крыша и стены, не дают теплу покинуть конструкцию. Поэтому в парнике, даже без всякого обогрева, температура всегда выше, чем снаружи.

Сейчас очень много говорят о глобальном потеплении и изменениях климата. Есть ошибочное мнение, что возникновение парникового эффекта – это событие последних лет или десятилетий, и причиной его является исключительно деятельностью человека. Данный эффект присущ любой атмосфере, и без него жизнь на Земле была бы невозможна.

На самом деле, наша проблема – это стремительное усиление парникового эффекта, которое наблюдается в последние годы. Именно этот процесс может привести к катастрофическим результатам.

История изучения данного вопроса

Исследование проблемы парникового эффекта началось еще в первой половине XIX века. В 1827 году увидела свет работа Жозефа Фурье «Записка о температурах земного шара и других планет», где он подробно рассмотрел механизмы формирования климата, а также факторы, которые воздействуют на него. Этот ученый впервые описал явление парникового эффекта, используя в качестве модели стеклянный сосуд, выставленный на солнечный свет. Стекло практически непрозрачно для инфракрасного излучения, поэтому данный опыт довольно точно демонстрирует сущность явления. Само понятие парникового эффекта вошло в научный обиход гораздо позже.

Позже данные исследования были продолжены шведским физиком Аррениусом. Именно он выдвинул теорию, что понижение концентрации углекислого газа в воздухе является одной из важнейших причин ледниковых периодов в истории планеты.

В последние годы борьба с парниковым эффектом ведется на международном уровне

Однако активное изучение парникового эффекта и последствий этого феномена началось только во второй половине прошлого столетия. Ученые изучили изменение потоков солнечной радиации, возникающее при увеличении количества парниковых газов в воздухе. Сейчас для моделирования процессов, происходящих в атмосфере, начали использоваться наиболее современные и продвинутые компьютеры. Но и их мощности часто бывает недостаточно, ибо планетарный климат – это чрезвычайно сложная и пока еще не до конца изученная система.

Основные парниковые газы

Парниковые газы являются газообразными составляющими атмосферы природного, или антропогенного происхождения. Ученых давно интересовал вопрос: какое излучение поглощают парниковые газы? В результате кропотливых исследований они выяснили, что эти газы поглощают и переизлучают инфракрасное излучение. Они поглощают и излучают радиацию в том же инфракрасном диапазоне, что и поверхность Земли, атмосфера и облака.К главным парниковым газам Земли относятся:

  • водяной пар
  • углекислый газ
  • метан
  • галогенированные углеводороды
  • оксиды азота.

Углекислый газ (CO2) оказывает наиболее сильное влияние на климат нашей планеты. В самом начале индустриализации, а это 1750 год, его средняя глобальная концентрация в атмосфере достигала 280 ± 10 млн-1. И вообще в течение 10000 лет концентрация находилась на постоянном уровне. Однако результаты исследований говорят о том, что уже в 2005 году концентрация CO2 возросла на 35% и достигла 379 млн-1 и это за каких-то 250 лет.Метан (СН4) находится на втором месте. Его концентрация возросла с 715 млрд-1 в доиндустриальный период до 1774 млрд-1 в 2005 году. Объем метана в атмосфере на протяжении 10000 лет плавно увеличивался с 580 млрд-1 до 730 млрд-1. А за последние 250 лет увеличился на 1000 млрд-1. Закись азота (N2O). Объем атмосферной закиси азота в 2005 г. достигал 319 млрд-1 и возрос на 18% в сравнении с доиндустриальным периодом (270 млрд-1). Исследования ледниковых кернов говорят о том, что за 10000 лет объем N2O от естественных источников изменился меньше чем на 3%. В 21 веке почти 40% N2O, попадающего в атмосферу, обусловлено хозяйственной деятельностью, потому что это соединение является основой удобрений. Однако, стоит отметить, что N2O выполняет важную роль в химии атмосферы, потому что выступает источником NО2, который разрушает стратосферный озон. В тропосфере NО2 отвечает за образование озона и в существенно влияет на химический баланс.Принадлежащий к числу парниковых газов тропосферный озон непосредственно влияет на климат через поглощение длинных волн радиации Земли и коротких волн радиации Солнца, а также посредством химических реакций, изменяющих объемы прочих парниковых газов, к примеру, метана

Тропосферный озон отвечает за образование важного окислителя парниковых газов — радикала — ОН.Главная причина роста объемов тропосферного О3 кроется в повышении антропогенной эмиссии предшественников озона — химических веществ, которые нужны для его образования — прежде всего, углеводородов и окислов азота. Период жизни тропосферного озона составляет несколько месяцев, а это существенно ниже, чем у прочих парниковых газов (СО2, СН4, N2O)

Водяной пар также является очень важным естественным парниковым газом, который оказывает существенное влияние на парниковый эффект. Рост температуры воздуха приводит к росту содержания влаги в атмосфере при примерном сохранении относительной влажности, вследствие чего усиливается парниковый эффект, и температура воздуха продолжает повышаться. Водяной пар способствует росту облачности и изменению количества осадков. Хозяйственная деятельность человека оказывает влияние на эмиссию водяного пара, не более 1%. Водяной пар, вместе со способностью поглощать радиацию почти во всем инфракрасном диапазоне, тоже способствует образованию ОН — радикалов. Стоит упомянуть и фреоны, парниковая активность которых в 1300-8500 раз выше, чем у углекислого газа. Источники фреонов — это различные холодильники и всяческие аэрозоли от антиперспирантов до спреев от комаров.

Ссылки

Основные понятия • • • • • • • • • • • • • • Термальный максимум • • • •
• • • • • •
• Противодействие изменению климата • • • • • • • • Парниковые газы • • () • • • • Температурный тренд • • • Копенгагенский консенсус • •
• • • • • • (, ) • • •
Изменения климата в • • • • • • • () • • (, , ) • : • • • () • •
  • Индекс качества воздуха
  • Моделирование атмосферного рассеивания
  • Глобальная дистилляция
  • Качество воздуха
  • Парниковые газы
  • Гипоксия
  • Пресноводный экологический показатель качества
  • Корабельное загрязнение
  • Поверхностный сток
  • Городской сток
  • Водные заболевания
  • Застойная вода
  • Актиноиды в природе
  • Радиоактивность окружающей среды
  • Продукты деления
  • Плутоний в природе
  • Радий в природе
  • Уран в природе
Другие типы загрязнения
  • Визуальные загрязнения
Мероприятия по предотвращению загрязнения
Межгосударственные договоры
См. также

Откуда берутся парниковые газы

Промышленные предприятия — главный источник парниковых газов

В настоящее время среди ученых существует консенсус, что текущее изменение климата связано с увеличением количества углекислого газа в атмосфере и парниковым эффектом – следствием этого процесса. Причем потепление происходит уже давно. Основная причина усиления парникового эффекта – деятельность человека, которая превратилась в мощный планетарный фактор. С момента начала индустриальной революции – то есть за последние 250-300 лет – концентрации метана и диоксида углерода в атмосфере увеличились на 149% и 31% соответственно. Вот основные источники парниковых газов:

  • Бурный рост промышленности. Главным источником энергии для наших заводов, фабрик, транспортных средств является ископаемое топливо – нефть, природный газ и уголь. В результате их использования образуется углекислота, которая усиливают парниковый эффект. Около половины газов, полученных в ходе хозяйственной деятельности человека, так и остается в атмосфере, остальная часть – усваиваются океаном и наземной растительностью. С каждым годом увеличивается население Земли, а, значит, ему требуется все больше еды, промышленных товаров, автомобилей, что приводит к еще большему выделению углекислого газа, поэтому явление парникового эффекта будет нарастать. И если за последнее столетие температура поднялась на 0,74 градуса, то в будущем учёные прогнозируют рост 0,2 градуса за каждое десятилетие;
  • Вырубка лесов и развитие сельского хозяйства. Еще одной важнейшей причиной увеличения концентрации СО2 в атмосфере является массовое уничтожение лесов. В процессе фотосинтеза деревья поглощают углекислый газ и выделяют кислород, являясь естественным регулятором концентрации парниковых газов. Вырубка лесов необходима в первую очередь для получения новых пахотных земель, чтобы кормить стремительно растущую человеческую популяцию. Свою лепту в повышение глобальной температуры добавляет и сельское хозяйство. Животноводство связано с образованием огромного количества метана, который по парниковым свойствам превосходит диоксид углерода;
  • Свалки. Рост населения ожидаемо приводит к увеличению числа отходов. Сегодня свалками заняты огромные территории, занимающие тысячи гектаров. Каждая из них выделяет в атмосферу десятки тысяч кубометров метана и углекислоты. Эффективного решения этой проблемы пока не существует – значит, что объемы выбросов «мусорных газов» будет только расти.

Озон

Озон необходим для жизни, поскольку защищает Землю от жёсткого ультрафиолетового излучения Солнца.

Однако ученые различают стратосферный и тропосферный озон. Первый (так называемый озоновый слой) является постоянной и основной защитой от вредного излучения. Второй же считается вредным, так как может переноситься к поверхности Земли и ввиду своей токсичности вредить живым существам. Кроме того, повышение содержания именно тропосферного озона внесло вклад в рост парникового эффекта атмосферы. По наиболее широко распространенным научным оценкам, вклад озона составляет около 25 % от вклада СО2.

Большая часть тропосферного озона образуется, когда оксиды азота (NOx), окись углерода (СО) и летучие органические соединения вступают в химические реакции в присутствии кислорода, водяных паров и солнечного света. Транспорт, промышленные выбросы, а также некоторые химические растворители являются основными источниками этих веществ в атмосфере. Метан, атмосферная концентрация которого значительно возросла в течение последнего столетия, также способствует образованию озона.
Время жизни тропосферного озона составляет примерно 22 дня, основными механизмами его удаления являются связывание в почве, разложение под действием ультрафиолетовых лучей и реакции с радикалами OH и NO2.

Концентрации тропосферного озона отличаются высоким уровнем изменчивости и неравномерности в географическом распределении. Существует система мониторинга уровня тропосферного озона в США и Европе, основанная на спутниках и наземном наблюдении. Поскольку для образования озона требуется солнечный свет, высокие уровни озона наблюдаются обычно в периоды жаркой и солнечной погоды.

Увеличение концентрации озона вблизи поверхности имеет сильное негативное воздействие на растительность, повреждая листья и угнетая их фотосинтетический потенциал. В результате исторического процесса увеличения концентрации приземного озона, вероятно, была подавлена способность поверхности суши поглощать СО2 и поэтому увеличились темпы роста СО2 в XX веке. Ученые (Sitch и др. 2007) полагают, что это косвенное воздействие на климат увеличило почти вдвое вклад приземного озона в изменение климата. Снижение загрязнения нижней тропосферы озоном может компенсировать 1-2 десятилетия эмиссии СО2, при этом экономические издержки будут относительно невелики (Wallack и Ramanathan, 2009).

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.

Что способствует уменьшению выбросов парниковых газов в атмосферу

Сокращение выбросов парниковых газов относится к категории наиболее приоритетных задач экологического мирового сообщества. Работа организации ориентирована на создание единой программы для безопасной утилизации природных и синтетических соединений, не наносящей вред атмосфере и здоровью людей.

В борьбе с парниковым явлением должен участвовать и быть заинтересованным каждый человек. Чтобы предотвратить ухудшение экологического состояния планеты и сократить вероятность развития потепления планеты, потребуется принять следующие меры:

  • увеличить эффективность и объемы промышленного производства за счет использования возобновляемой или зеленой энергии, остановить эксплуатацию горючих ископаемых;
  • увеличить количество лесопосадок, остановить масштабную вырубку деревьев и рационализировать работу сельскохозяйственных угодий;
  • поддерживать законопроекты по защите окружающей среды;
  • поощрять предприятия, которые придерживаются экологической ответственности: снижать налоги, увеличить финансирование;
  • повысить штраф за загрязнение природной среды;
  • предупредить дальнейшие изменения концентрации парниковых соединений.

Для решения глобальной экологической проблемы потребуется сократить производство топлива, основанного на свойствах горючих полезных ископаемых. Наибольший вклад приносит переход автомобильной промышленности на изготовление электрокаров. Альтернативным вариантом решения проблемы является использование биотоплива, которое не уступает топливу из нефтепродуктов. В Бразилии его изготавливают из сахарного тростника, европейские страны переходят на производство биоэтанола.

Атомные электростанции, деятельность которых не требует использования нефти, угля и нефтепродуктов, помогают сократить эмиссию газообразной углекислоты в 25 раз. Компании по добыче и переработке горючих полезных ископаемых должны координировать свою работу с экологическим сообществом и правительством, чтобы сократить объем выделяемого в атмосферу метана. Данный законопроект был одобрен в России, США, Мексике, Норвегии и Нигерии.

Оздоровить воздушный слой Земли поможет сокращение масштабной вырубки лесов

Важно помнить, что деревья являются основным источником кислорода и природными утилизаторами углекислого газа. Растения малых размеров не способны переработать в короткий срок большой объем вредного соединения

Во время вырубки деревья высвобождают поглощенные объемы углекислоты Спиливание лесов под сельскохозяйственные угодья должно быть остановлено правительством стран, расположенных в тропических экваториальных зонах.

В Западной Европе вводят ограничения по использованию бойлеров и нагревателей холодной воды. Кроме того, технические характеристики оборудования должны соответствовать стандартам контроля по выбросу CO2 в процессе их эксплуатации. В такой ситуации в течение 6 лет можно сократить объем парниковых веществ на более чем 135 млн т в атмосфере.

Принципы методики основаны на природных явлениях, повторяющихся циклами. Такие неограниченные ресурсы, как вода, свет солнца, приливы и ветер, можно использовать в промышленности. В 2014 году 20% мирового энергопотребления перешли на применение возобновляемых энергоисточников. Офисы в Германии получают электричество с помощью установки солнечных панелей.

Ссылка на основную публикацию