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.

iv>

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.

Источник: www.syl.ru

Водяной пар

Водяной пар является основным естественным парниковым газом, который ответственен более чем за 60 % эффекта.

В то же время, увеличение температуры Земли, вызванное другими факторами, увеличивает испарение и общую концентрацию водяного пара в атмосфере при практически постоянной относительной влажности, что, в свою очередь, повышает парниковый эффект. Таким образом, возникает некоторая положительная обратная связь. С другой стороны, повышение влажности способствует развитию облачного покрова, а облака в атмосфере отражают прямой солнечный свет, тем самым увеличивая альбедо Земли. Повышенное альбедо приводит к антипарниковому эффекту, несколько уменьшая общее количество поступающего солнечного излучения и дневной прогрев атмосферы.


Углекислый газ

Источниками углекислого газа в атмосфере Земли являются вулканические выбросы, жизнедеятельность биосферы, деятельность человека. Антропогенными источниками являются: сжигание ископаемого топлива; сжигание биомассы, включая сведение лесов; некоторые промышленные процессы приводят к значительному выделению углекислоты (например, производство цемента). Основными потребителями углекислого газа являются растения, однако, в состоянии равновесия, большинство биоценоза за счет гниения биомассы поглощает приблизительно столько же углекислого газа, сколько и производит.

Метан

Парниковая активность метана примерно в 21 раз выше, чем у углекислого газа. Время жизни метана в атмосфере составляет примерно 12 лет. Сравнительно короткое время жизни в сочетании с большим парниковым потенциалом делает его кандидатом для смягчения последствий глобального потепления в ближайшей перспективе.

Основными антропогенными источниками метана являются пищеварительная ферментация у скота, рисоводство, горение биомассы (в т. ч.


едение 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 1000 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 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.[2]

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 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.[3]

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 СО2[4]

Большая часть тропосферного озона образуется, когда оксиды азота (NOx), 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 HO2.[5]

Концентрации тропосферного озона отличаются высоким уровнем изменчивости и неравномерности в географическом распределении. Существует система мониторинга уровня тропосферного озона в США[6] и Европе[7], 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[источник не указан 494 дня].

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 тот вклад, который концентрация приземного озона внесла в изменения климата. Снижение загрязнения нижней тропосферы озоном может компенсировать 1-2 десятилетия эмиссии СО2, при этом экономические издержки будут относительно невелики (Wallack и Ramanathan, 2009).[8]

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

  • Геохимический цикл углерода
  • Киотский протокол (CO2, CH4, HFCs, PFCs, N2O, SF6)
  • Гипотеза о метангидратном ружье
  • Сульфурилфторид
  • Адаптация к глобальному изменению климата

Источник: dis.academic.ru

Упоминание о метане (CH4) у большинства людей обычно ассоциируется со взрывами и человеческими жертвами на угольных шахтах. «Явление метана народу», т. е. атмосфере, происходит по многим каналам. В их череде «шумный» выход метана на поверхность по стволам угольных шахт – канал, пожалуй, самый эпатажный, но совершенно не типичный. Как вскоре убедится читатель, метан предпочитает просачиваться в атмосферу без лишнего шума, тихой сапой. Между тем данные измерений свидетельствуют о том, что с начала индустриальной эпохи (около 1750 г.) содержание в атмосфере метана увеличилось в 2,5 раза (для сравнения: концентрация CO2 за тот же период возросла примерно на 30 %).

Замахнуться на гегемонию CO2 в обозримом будущем ему едва ли по силам, но тем не менее…

Чтобы сократить темпы глобального потепления, резонно попытаться замедлить рост концентрации этого газа (как, впрочем, и других парниковых газов) в атмосфере. В этой связи насущно необходимо познакомиться с ним поближе.

Рис. 17. Шаростержневая модель молекулы метана

Содержание всякого газа в атмосфере определяется соотношением мощности его источников и стоков (т. е. разрушения в атмосферных химических реакциях и – для некоторых газов – вымывания осадками), а срок пребывания в атмосфере (время жизни) – совокупной скоростью его химического разрушения и механического удаления из атмосферы.

Атмосферная химия метана очень проста и не составляет какой-либо загадки. Молекулы метана не обладают высокой реактивной способностью и взаимодействуют лишь с очень активными радикалами гидроксила ОН* и атомами хлора Cl, а также возбужденного кислорода О(1D). В тропосфере разрушение СН4 происходит главным образом в реакции с ОН* (на ~90 %), однако в верхней стратосфере (выше 35 км) с ней успешно конкурирует реакция метана с атомарным хлором. Доля реакции СН4 с О(1D) в фотохимическом стоке метана относительно невелика. Разрушение молекул СН4 солнечными лучами (фотолиз), происходящее в верхней стратосфере, столь незначительно, что в расчетах им часто пренебрегают. Кроме того, метан поглощается почвами в сухих субтропических лесах со скоростью большей, чем во влажных умеренных и тропических.

Рис. 18. Характерное содержание метана, ppbv (parts per billion by volume, 10–9 молекул на молекулу воздуха). В стратосфере разрушение метана гидроксилом приводит к образованию другого важного парникового газа – водяного пара

Химическим путем метан не образуется, поскольку для синтеза его молекул необходимо большое количество энергии. Поэтому атмосферные источники СН4 отсутствуют, и поступление метана в атмосфере полностью определяется его потоками с поверхности Земли (рис. 18). Метан возникает и накапливается в недрах Земли в среде, где гниение отмершей растительности происходит при дефиците свободного кислорода. Таким образом, среди источников метана преобладают микробиологические процессы с участием анаэробных метанобразующих бактерий:

Молекулярный водород (Н2) для осуществления этой реакции выделяется бактериями, не синтезирующими метан, но развивающимися в той же самой среде, что и метаногены. Метан продуцируют также жвачные млекопитающие (в первую очередь, крупный рогатый скот), в кишечнике которых создаются оптимальные условия для существования выделяющих метан микроорганизмов. По оценке Н. М. Бажина

Здесь необходимо небольшое отступление. Определение суммарного количества метана, поступающего в атмосферу от каждого из источников, – несомненно, важная, но вряд ли решаемая инструментальными средствами задача. Поток СН4, например, с поверхности заболоченных территорий, существенно зависит от температуры поверхности, типа болота (торфяного, сфагнового и др.), характера растительности и ее плотности, наличия или отсутствия воды на поверхности и других факторов. Поскольку заболоченные территории встречаются довольно часто (исключая полярные области), и каждой местности присущи свой климатический режим и своя растительность, величины потока СН4 с разных увлажненных территорий будут заметно различаться, а организация регулярных измерений потока СН4 в столь большом количестве мест практически неосуществима. Да и смешно представить каждую корову (лошадь, козу и пр.) с индивидуальным датчиком, замеры которого регулярно собирались бы и аккуратно архивировались. А поэтому мощность каждого источника метана определяется с помощью решения обратной задачи: подбирается значение, которое, будучи подставленным в модель, обеспечивало бы максимальное соответствие расчетных концентраций СН4 измеренным. Естественно, получаемые оценки зависят от класса и особенностей используемой модели и заметно различаются у разных авторов. Обзор таких экспертных оценок и комментарии к ним приведены в Scientific Assessment of Ozone Depletion, 1994

Среди естественных источников метана наиболее интенсивен поток СН4 с поверхности заболоченных территорий. Его величина оценивается экспертами в 110 Мт/год (1 Мт = 106 т) с разбросом значений от 55 до 150 Мт/год, причем более половины (около 60 Мт/год) приходится на тропики, а на северные широты почти все оставшееся – 40 Мт/год. На порядок меньше поток с поверхности океана – 10 Мт/год и с пресноводных поверхностей – 5 Мт/год. Ежегодная производительность термитников оценивается в 20 Мт метана. Еще 40 Мт/год поступает в атмосферу в результате сгорания биомассы при пожарах, в большинстве своем происходящих в тропической зоне. Таким образом, ежегодно благодаря естественным источникам в атмосферу попадает около 200 Мт СН4 (с разбросом оценок от 101 до 355 Мт/год) (рис. 19).

Рис. 19. Мировая эмиссия метана (Мт/год) от естественных (а) и антропогенных (б) источников

В число антропогенных источников входят потоки, попадающие в атмосферу при добыче ископаемого топлива, с мусорных свалок и при последующем сжигании бытовых отходов, очистке сточных вод, расширении сельскохозяйственных угодий (в том числе рисовых плантаций), при разведении крупного рогатого скота.

Совместные усилия угле-, газо– и нефтедобывающих предприятий во всем мире увеличивают эмиссию метана в атмосферу на 100 Мт/год (в природном газе на его долю приходится 77–99 %, в попутных нефтяных – 31–90 %, в рудничном – 34–40 %). Из этих 100 Мт/год промышленной эмиссии примерно 47 дает добыча и сжигание угля, а 37 и 17 Мт/год соответственно – утечка из скважин и при транспортировке газа и нефти.

Подсчитано, что крупный рогатый скот продуцирует 80 Мт СН4 в год. (В 2000 г. насчитывалось чуть больше 1 млрд голов, из них 314 млн – в Индии, 150 – в Бразилии, 130 – в Китае и около 100 млн – в США.)

Ежегодный поток СН4 в атмосферу с рисовых плантаций оценивается в 60 Мт, еще около 30 Мт СН4 в год попадает в атмосферу при других способах землепользования; при накоплении и переработке мусора – 57 Мт в год. Географическое распределение этих потоков напрямую зависит от экономического развития страны, численности и плотности населения, отчасти от национальных традиций. Примерно вдвое меньше, 25 Мт СН4 в год, обеспечивает очистка сточных вод.

В итоге из антропогенных источников в атмосферу попадает около 360 Мт/год (от 259 до 537) СН4 при общем его объеме в 560 Мт/год (от 360 до 892).

Понятно, что основные источники метана размещаются в Северном полушарии, где находится подавляющее большинство экономически развитых государств. К тому же площадь суши, на которой в основном располагаются источники СН4, здесь значительно больше, чем в Южном полушарии. А что же Россия? Сколь велик наш вклад в глобальную эмиссию метана?

В 1990-х годах в России и странах СНГ резко сократилось количество крупного рогатого скота, и к 2000 г. в России насчитывалось лишь 27 млн голов (в 1991 г. в СССР – 57 млн). Как следствие, в данный период уменьшился и выброс СН4, обусловленный этим источником: в 2000 г. он оценивался в 1,8 Мт/год. Из-за экономического спада 1990-х закрылись шахты в России, на Украине, в Казахстане, значительно сократилась добыча угля. Существующая на этот счет статистика весьма противоречива, что, конечно, осложнило расчеты, поэтому экспертные оценки имеют большой разброс – от 2,5 до 5 Мт СН4 в год.

Как известно, Россия обладает огромными запасами природного газа, добыча которого – приоритетная отрасль ее экономики. Вопрос о необходимости оценки объема утечки газа неоднократно поднимался российскими и международными природоохранными организациями (по расчетам 1990-х годов, в результате утечки в атмосферу может попадать от 1,42 до 17±13 Мт СН4 в год).

По нашей оценке, эмиссия СН4 от российских переувлажненных территорий, расположенных в поясе 30–60° с. ш., составляет около 21 Мт/год. Общие же выбросы СН4 с территории России можно оценить в 40–45 Мт/год (рис. 20).

Рис. 20. Российские источники выбросов метана (Мт/год) в атмосферу: 1 – болота, тундра, открытые водоемы; 2 – газо– и нефтедобыча; 3 – угледобыча; 4 – мусор; 5 – крупный рогатый скот

В частности, средняя концентрация СН4 в Южном полушарии всего на 6 % ниже, чем в Северном, где, как уже отмечалось, расположены его основные источники. В связи с относительной химической пассивностью метана его содержание в атмосфере не подвержено заметным сезонным изменениям, которые не превышают нескольких процентов, причем самые низкие концентрации СН4 приходятся на конец лета, а наибольшие – на зиму и весну. Исключение составляют северные высокие широты, там наблюдается резкое увеличение концентрации метана к осени, связанное с освобождением ото льда болотистых почв.

Анализ образцов из ледовых кернов, отобранных в Антарктиде и Гренландии, позволил проследить ход изменения концентрации СН4 в атмосфере. Во время последнего ледникового максимума (18–20 тыс. лет назад) она составляла в нижней тропосфере 350 ppb (молекул метана на миллиард молекул воздуха), к 1850 г. возросла до 820 ppb, в 1950 г. – уже до 1180 ppb, в 1990 г. – 1694 ppb, в 2000 г. – 1752 ppb и в 2010 г. – около 1850 ppb (рис. 21).

Рис. 21. Среднегодовое по земному шару содержание метана в приземном воздухе

Как изменится содержание метана в атмосфере в будущем, ближайшем и отдаленном? Вопрос достаточно трудный, ответ на него зависит от множества объективных и субъективных факторов, главный из которых – наши недостаточные знания, в частности о механизме обмена метана между геосферами (недрами Земли, океаном, атмосферой). Например, до сих пор не объяснено наблюдавшееся в начале XX в. резкое, но непродолжительное замедление скорости роста его содержания в атмосфере. Другой важный фактор неопределенности будущего метана – стратегия национальных и мировой экономик, технических и технологических новаций. Так, англичане разработали и успешно внедряют методику консервирования закрытых шахт, надежно препятствующую проникновению метана в атмосферу. Голландцы начинают использовать технологии очистки коровников, предотвращающие утечку метана.

Рост населения ведет к увеличению потребности в продовольствии, а значит, грядет увеличение сельскохозяйственных площадей и поголовья скота. Но площади сельскохозяйственных угодий будут распределяться по-разному, в зависимости от пищевых пристрастий и сбалансированности рациона тех или иных народов: где-то будут увлажняться новые территории под овощеводство, где-то – осушаться под зерновые. Но наряду с этим из-за неумелой ирригации появятся новые болота.

Конечно, отказ от традиционных источников энергии – угля, газа, нефти – в пользу альтернативных, экологически более чистых, вряд ли реален в ближайшем будущем.

Остается открытым вопрос о глобальных запасах метана в газогидратах – кристаллических образованиях, скрытых под океанической толщей и ледяным покровом в зоне вечной мерзлоты. По немногочисленным измерениям, общее содержание СН4 в поддонных отложениях в районе Мексиканского залива, в Северном Ледовитом и Тихом океанах оценивается в 1,3 · 107 Мт, масса метана в арктических газовых гидратах – 104–107 Мт, а залежи СН4 под ледяным покровом – в2,7·106 Мт (правда, с возможной десятикратной (!) ошибкой).

Иногда высказывается опасение (в основном в геологической периодике), что наблюдаемый и прогнозируемый рост температуры окружающей среды может стать причиной полного или частичного высвобождения метана из его резервуаров при изменении интенсивности обмена между донными и вышележащими слоями океана, а также таяния в зонах вечной мерзлоты. При повышении температуры на 1–1,5 °C в таких районах, занимающих 2/3 территории России, приток метана может увеличиться на 100 млрд м3, или примерно на 70 Мт

Источник: librolife.ru

Диоксид карбона (углекислый газ) (СО2) – важнейший источник климатических изменений, на долю которого приходится, по оценкам, около 64% глобального потепления.

Основными источниками выброса углекислого газа в атмосферу являются производство, транспортировка, переработка и потребление ископаемого топлива (86%), сведение тропических лесов и другое сжигание биомассы (12%), и остальные источники (2%), например, производство цемента и окисление моноксида углерода. После выделения молекула двуокиси углерода совершает цикл через атмосферу и биоту и окончательно поглощается океаническими процессами или путем длительного накопления в наземных биологических хранилищах (т.е. поглощается растениями). Количество времени, при котором примерно 63% газа выводится из атмосферы, называется эффективным периодом пребывания. Оцениваемый эффективный период пребывания для углекислого газа колеблется в пределах от 50 до 200 лет.
Метан (СН4) имеет как природное, так и антропогенное происхождение. В последнем случае он образуется в результате производства топлива, пищеварительной ферментации (например, у скота), рисоводства, сведения лесов (главным образом, вследствие горения биомассы и распада избыточной органической субстанции). На долю метана приходится, по оценкам, примерно 20 % глобального потепления. Выбросы метана представляют собой значительной источник парниковых газов.

Закись 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.

Перфторуглероды – ПФУ (Perfluorocarbons – PFCs).Углеводородные соединения, в которых фтор частично замещает углерод. Основными источниками эмиссии этих газов являются производство алюминия, электроники и растворителей. При алюминиевой плавке выбросы ПФУ возникают в электрической дуге или при так называемых «анодных эффектах».

Гидрофторуглероды (ГФУ) – углеводородные соединения, в которых галогены частично замещают водород. Газы, созданные для замены озоноразрушающих веществ, имеют исключительно высокие ПГП (140 11700).

Гексафторид серы (SF6) – парниковый газ, использующийся в качестве электроизоляционного материала в электроэнергетике. Выбросы происходят при его производстве и использовании. Чрезвычайно долго сохраняется в атмосфере и является активным поглотителем инфракрасного излучения. Поэтому это соединение, даже при относительно небольших выбросах, обладает потенциальной возможностью влиять на климат в течение продолжительного времени в будущем.

Парниковый эффект от разных газов можно привести к общему знаменателю, выражающему то, насколько 1 тонна того или иного газа дает больший эффект, чем 1 тонна CO2. Для метана переводной коэффициент равен 21, для закиси азота 310, а для некоторых фторсодержащих газов несколько тысяч.

Рекомендованные направления политики и меры по сокращению выбросов парниковых газов, определенные в Киотском протоколе, включают в себя:

1. Повышение эффективности использования энергии в соответствующих секторах национальной экономики;
2. Охрана и повышение качества поглотителей и накопителей парниковых газов с учетом своих обязательств по соответствующим международным природоохранным соглашениям; содействие рациональным методам ведения лесного хозяйства, облесению и лесовозобновлению на устойчивой основе;
3. Поощрение устойчивых форм сельского хозяйства в свете соображений, связанных с изменением климата;
4. Содействие внедрению, проведение исследовательских работ, разработка и более широкое использование новых и возобновляемых видов энергии, технологий поглощения диоксида углерода и инновационных экологически безопасных технологий;
5. Постепенное сокращение или устранение рыночных диспропорций, фискальных стимулов, освобождения от налогов и пошлин, и субсидий, противоречащих цели Конвенции, во всех секторах – источниках выбросов парниковых газов, и применение рыночных инструментов;
6. Поощрение надлежащих реформ в соответствующих секторах в целях содействия осуществлению политики и мер, ограничивающих или сокращающих выбросы парниковых газов;
7. Меры по ограничению и/или сокращению выбросов парниковых газов на транспорте;
Ограничение и/или сокращение выбросов метана путем рекуперации и использования при удалении отходов, а также при производстве, транспортировке и распределении энергии.

Данные положения Протокола носят общий характер и предоставляют Сторонам возможность самостоятельно выбирать и реализовывать тот комплекс политики и мер, который будет в максимальной степени соответствовать национальным обстоятельствам и приоритетам.
Основной источник выбросов парниковых газов в России – энергетический сектор, на который приходится более 1/3 совокупных выбросов. Второе место занимает добыча угля, нефти и газа (16%), третье – промышленность и строительство (около 13%).

Таким образом, наибольший вклад в снижение выбросов парниковых газов в России может внести реализация огромного потенциала энергосбережения. В настоящее время энергоемкость экономики России превышает среднемировой показатель в 2,3 раза, а средний показатель для стран ЕС – в 3,2 раза. Потенциал энергосбережения в России оценивается в 39–47% текущего потребления энергии, и, в основном, он приходится на производство электроэнергии, передачу и распределение тепловой энергии, отрасли промышленности и непроизводительные энергопотери в зданиях.

Материал подготовлен на основе информации открытых источников

Источник: ria.ru

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 видов газов, 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 водяной пар. 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 диоксида углерода, 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 гексафторида серы 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 выбросы в атмосферу. Глобального потепления уже не избежать, но процесс еще поддается контролю.

Источник: fb.ru