Откуда берутся парниковые газы?

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

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

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

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

Водный пар

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

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

Углекислый газ

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

Метан

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

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

Озон

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

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

Закись азота

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

Новый газ?

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

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

Немного о парниковом эффекте

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

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

Возможные последствия

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

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

Уменьшение выбросов парниковых газов

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

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

Расчет парниковых газов

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

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

Источники выбросов, связанные со сжиганием топлива

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

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

Проблема парниковых газов в России

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

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

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

Заключение

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

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.
ким 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. 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 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 (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 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: biograf.academic.ru

Согласно данным ВМО, в 1990-2010 годах рост радиационного воздействия вследствие парниковых газов (эффект потепления нашей климатической системы) составил 29%, при этом на двуокись углерода (СО2) приходится почти 80% этого увеличения.

Парниковые газы задерживают излучение в атмосфере Земли, вызывая ее прогрев. Деятельность человека, такая как сжигание ископаемых видов топлива и сельское хозяйство, служит основным источником выбросов парниковых газов, являющихся движущими факторами изменения климата. После водяного пара тремя наиболее распространенными долгоживущими парниковыми газами в атмосфере являются двуокись углерода (СО2), метан (СН4) и закись азота (N2O).

Доля двуокиси углерода в суммарном повышении воздействия парниковых газов на климат составляет 64%. Со времени начала промышленной эпохи в 1750 году содержание СО2 в атмосфере увеличилось на 39% до уровня 389 частей на миллион (число молекул газа на миллион молекул сухого воздуха). Это связано, прежде всего, с выбросами от сжигания ископаемых видов топлива, вырубкой лесов и изменениями в практике землепользования.

В 2009-2010 годах увеличение содержания CO2 в атмосфере составило до 2,3 части на миллион — выше, чем в среднем как за 1990-е годы (1,5 части на миллион), так и за последнее десятилетие (2,0 части на миллион). На протяжении около 10 тысяч лет до начала индустриальной эпохи в середине XVIII века уровень концентрации двуокиси углерода в атмосфере оставался практически неизменным и составлял приблизительно 280 частей на миллион.

На долю метана с 1750 года приходится около 18% от общего глобального радиационного воздействия. До начала индустриальной эпохи концентрация метана в атмосфере находилась на уровне 700 частей на миллиард (число молекул газа на миллиард молекул сухого воздуха).

С 1750 года она возросла на 158%, в основном из-за увеличения выбросов, происходящих в результате таких видов человеческой деятельности, как скотоводство, выращивание риса, использование ископаемых видов топлива и организация свалок. На деятельность человека в настоящее время приходится 60% выбросов метана, а остальные 40% приходятся на естественные источники, как например, водно-болотные угодья.

Источник: ria.ru