Изменение климата на земле в последние десятилетия становится всё более и более заметным. В свете этого особенно актуально звучат вопросы: какие бывают выбросы парниковых газов в атмосферу, как бы добиться их сокращения, а также какие перспективы климата на земле.
Что такое парниковые газы и парниковый эффект?
Многим известно, каким образом работает обычная садовая теплица. Солнечные лучи проходят через прозрачные стенки и крышу, что приводит к нагреванию почвы и увеличению внутренней температуры. Высокие температурные показатели внутри парника сохраняются за счёт удерживания тепла внутри садового помещения материалом сооружения.
Если садовой теплице такой эффект очень полезен, поскольку позволяет эффективно выращивать различные виды растений (порой даже не предназначенных для наших широт), то земному шару повышение температуры крайне опасно.
Если рассуждать о глобальных изменениях климата, тогда удерживающими препятствиями на пути тепла исходящего от Земли служат так называемые парниковые газы. Это такие вещества, которые пропускают инфракрасное излучение от солнца и в тоже время задерживают тепло (это же излучение), отражённое от земной поверхности, что приводит к росту температуры околоземной атмосферы.
Виды парниковых газов
К наиболее значимым парниковым газом относятся следующие химические соединения:
Углекислый газ;
Закись азота;
Метан;
Фреоны;
Водяные пары;
Прочие газы (гидрофторуглероды, перфторуглероды, гексафторид серы и так далее, всего более 30 видов).
Очевидно, что по характеру появления все перечисленные выше химические вещества можно разделить на две группы:
Газы имеющие естественное происхождение;
Антропогенные вещества.
Первые образуются в результате естественных земных процессов, например, водяные пары, происхождение вторых обусловлено деятельностью самого человека.
Основные источники парниковых газов
Существует множество источников парниковых газов. На первое место все специалисты в этой области однозначно ставят процессы переработки и потребления ископаемого топлива. На долю этого вида загрязнения атмосферы по разным источникам отводится от 82 до 88 процентов всех парниковых газов.
В эту категорию входят большинство промышленных предприятий, производственный цикл которых связана с нагревом того или иного вида сырья. Кроме этого, не следует забывать о транспорте, в двигателях которых происходит сгорание бензина и дизельного топлива, что приводит к появлению значительного количества выхлопных газов.
На втором месте находится сжигание биомассы, происходящее от вырубки лесов, прежде всего тропических. Этот процесс тесно связан с образованием значительного количества углекислого газа. На долю этого вида загрязнения атмосферы отводится от 10 до 12 процентов всех парниковых газов.
Появление остальных источников парниковых газов преимущественно связано с функционированием промышленных предприятий: производство металлов, цемента, полимерных материалов и так далее. В совокупности все подобные производства выбрасывают порядка 2 процентов всех загрязнений.
Киотский протокол
Киотский протокол - это дополнительное соглашение к конвекции ООН, принятое в 1997 году в городе Киото (Япония), обязывающее все страны с переходной экономикой сократить или по меньшей мере стабилизировать выбросы парниковых газов в атмосферу.
Согласно положениям Киотского протокола, действующего до начала 2020 года, все страны Евросоюза в совокупности должны снизать выбросы парниковых газов не менее чем на 8 процентов, США - 7%, Япония - 6%, Россия и Украина были обязаны стабилизировать промышленное производство и не допустить увеличение вредных выбросов.
Способы сокращения выброса парниковых газов
Упомянутый выше Киотский протокол, определяет главные направления на уменьшение загрязнения атмосферы земли. Основным способом уменьшения выработки парниковых газов является модернизация и повышение эффективности промышленных производств.
Во-вторых, соглашение обязывает все страны, подписавшие его, повышать качество накопителей и накопителей парниковых газов, увеличение объёмов лесного хозяйства, стимуляцию лесовозобновления.
В-третьих, все участвующие в подписании государства обязаны стимулировать любые изыскания в области возобновляемых источников энергии и технологий поглощения углекислого газа. В свете этого положения особой актуальностью пользуются все технологии энергосбережения.
Государства обязаны предоставлять налоговые льготы и послабления тем промышленным налогоплательщикам, которые активно осуществляют переход на экологически чистые технологии, стимулируют лесовозобновление и так далее.
В-четвертых, следует предпринимать необходимые меры, направленные на ограничение выбросов углекислого газа на транспорте: стимулирование производства и потребления электромобилей, переход на газомоторное топливо (более экологичное).
Конечно, Киотский протокол с его положениями действительно обязывает многие государства перестраивать деятельность собственной промышленности. Но, тем не менее, не следует забывать, что каждый из нас может внести свой посильный вклад в это важное дело. Ниже приведу общие рекомендации, направленные на сокращение выбросов парниковых газов:
Содержать транспортное средство в технически исправном состоянии;
По возможности, выбирать общественный транспорт;
Всегда выдергивать из розетки вилку питания всех электроприборов, которые не должны работать в круглосуточном режиме;
Использовать энергосберегающие технологии;
Стремиться получить снижение потребления воды;
Начать самостоятельное выращивание продуктов питания или отдавайте предпочтение местным производителям.
При сжигании ископаемого топлива (угля, нефти, газа) в атмосферу выбрасывается диоксид углерода и другие газы. Эти выбросы способствуют повышению температуры на Земле («парниковый эффект»). Повышение температуры приводит к повышению уровня моря, возникновению мощных ураганов и другим проблемам, связанным с изменениями климата. Если все жители планеты будут меньше пользоваться автомобилями, экономить электроэнергию и создавать меньше отходов, человечество уменьшит его «углеродистый след», что поможет в борьбе с глобальным потеплением.
Шаги
Углеродистый след
Вычислите ваш «углеродистый след». Углеродистый след – это количество углерода, которое выбрасывается в атмосферу благодаря жизнедеятельности определенного человека. Если ваша жизнедеятельность основана на большом количестве сжигаемого топлива, то ваш «след» весьма большой. Например, «след» человека, пользующегося велосипедом, меньше «следа» человека, который ездит на автомобиле.
Если вы беспокоитесь о снижении выбросов парниковых газов, измените ваши привычки. Сосредоточьтесь на тех аспектах вашей жизнедеятельности, которые вы можете изменить (лучше навсегда). Даже небольшие изменения образа жизни могут иметь важное значение для экологии.
Помните, что изменение образа жизни является только первым шагом. Если вы хотите бороться с выбросами парниковых газов на глобальном уровне, необходимо предпринимать меры, чтобы заставить транснациональные корпорации сократить выбросы. Исследования показывают, что только 90 компаний несут ответственность за две трети выбросов парниковых газов. Ищите способы глобальной борьбы с парниковым эффектом.
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.
Парниковые газы
Парниковые газы - газы с высокой прозрачностью в видимом диапазоне и с высоким поглощением в дальнем инфракрасном диапазоне. Присутствие таких газов в атмосферах планет приводит к появлению парникового эффекта .
Основным парниковым газом в атмосферах Венеры и Марса является диоксид углерода, в атмосфере Земли - водяной пар.
Основными парниковыми газами, в порядке их оцениваемого воздействия на тепловой баланс Земли , являются водяной пар , углекислый газ , метан и озон
Потенциально в парниковый эффект могут вносить вклад и антропогенные галогенированные углеводороды и оксиды азота , однако ввиду низких концентраций в атмосфере оценка их вклада проблематична.
Водяной пар
Анализ пузырьков воздуха во льдах 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 150 процентов от приблизительно 700 до 1745 частей на миллиард по объему (ppbv) в 1998 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 СН 3 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 еще 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.
Озон
Озон является парниковым газом. В то же время 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, где вредит живым существам, и к тому же неустойчив и не может быть надежной защитой. Кроме того, повышение содержания именно тропосферного озона внесло вклад в рост парникового эффекта атмосферы, который (по наиболее широко распространенным научным оценкам) составляет около 25% от вклада СО 2
Большая часть тропосферного озона образуется, когда оксиды азота (NO x), окись углерода (СО) и летучие органические соединения вступают в химические реакции в присутствии 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 HO 2 .
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. Нынешняя средняя концентрация тропосферного озона в Европе в три раза выше, чем в доиндустриальную эпоху.
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 СО 2 и поэтому увеличились темпы роста СО 2 в XX веке. Ученые (Sitch и др. 2007) полагают, что это косвенное воздействие на климат увеличило почти вдвое тот вклад, который концентрация приземного озона внесла в изменения климата. Снижение загрязнения нижней тропосферы озоном может компенсировать 1-2 десятилетия эмиссии СО 2 , при этом экономические издержки будут относительно невелики (Wallack и Ramanathan, 2009).
Оксид азота
Парниковая активность закиси азота в 298 раз выше, чем у углекислого газа.
Фреоны
Парниковая активность фреонов в 1300-8500 раз выше чем у углекислого газа. Основным источником фреона являются холодильные установки и аэрозоли.
См. также
- Киотский протокол (CO 2 , CH 4 , HFCs, PFCs, N 2 O, SF 6)
Примечания
Ссылки
- Point Carbon – аналитическая компания, специализирующаяся на предоставлении независимой оценки, прогнозов, и информации о торговле выбросами парниковых газов.
- “Г И С – атмосфера” автоматическая система мониторинга качества атмосферного воздуха
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).
