Основные газы, которые приводят к парниковому эффекту

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 (NO_x), 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).

Что такое парниковый эффект

Парниковый эффект – явление, при котором отраженное от парниковых газообразных компонентов тепло оказывает влияние на климат земной поверхности. Действие летучих веществ можно сравнить со стеклянной поверхностью или пластиковым брезентом, покрывающим теплицу. В результате повышается температура воздуха, почвы и воды, что приводит к необратимым изменениям в экосистеме:

• избыточное парообразование вод Мирового океана;
• таяние полярных льдов;
• изменение климатических условий;
• гибель некоторых видов животных из-за перемены климата;
• увеличение риска глобального потепления.

Разрушительное влияние парникового эффекта наблюдается на примере планеты Венера, атмосфера которой на 90% состоит из летучей углекислоты. Отраженное от Солнца тепло увеличивает температуру ее поверхности до +500°C. Если не остановить глобальную экологическую проблему, это может привести к природной катастрофе. Частичное очищение воздушных масс на планете происходит благодаря поглощению парниковых веществ водами океана и почвой.

Парниковый эффект характеризуется увеличением показателя среднегодовой температуры воздуха, повышением частоты природных катаклизмов. Неблагоприятная экологическая обстановка способна привести к гибели животных и растений, нанести вред здоровью людей.

Решить проблему на 100% нельзя, потому что скопление парниковых веществ к 21 веку достигло большой концентрации. Политика международных организаций по борьбе с парниковым эффектом состоит в том, чтобы регулировать процесс повышения температуры и как можно сильнее смягчать негативные последствия:

Повышение уровня Мирового океана благодаря таянию полярных льдин. Острова и прибрежные зоны будут затоплены. Территория для жилого заселения сократится на 20%.
Увеличение влажности вследствие необратимых климатических изменений. В регионах с умеренным климатом могут начать аномальные осадки: снегопады, бури, ураганы, дожди. В засушливых зонах резкое повышение температуры Земли способно привести к острому недостатку питьевой воды.
Вымирание 42% видов животных и растений. Перемены в климате способны изменить оптимальные условия для жизни некоторых организмов, что может привести к их полному исчезновению.
Сокращение площади ледников, таяние льда в высокогорье. Данные последствия могут спровоцировать сход лавин, начало масштабных оползней, сели.
Сокращение объемов производства, снижение эффективности сельского хозяйства в странах с жарким и засушливым климатом

Важно помнить, что они ведут аграрную политику и поставляют большую часть пищевой продукции на мировой экономический рынок. Вследствие изменений погодных условий, снижении роста растений на пахотных землях, падеж скота начнется массовый голод

В то же время зоне умеренного выпадения осадков существует вероятность увеличения объемов урожая, но эти показатели не смогут компенсировать потерю аграрных территорий.
Дефицит питьевой воды. В условиях сильного потепления Земли подземные источники пересохнут не только из-за повышения температуры, но и по причине таяния ледников.
Ухудшение общего состояния здоровья человеческого населения. Ухудшение экологической обстановки, недостаток питьевой воды и продуктов питания, увеличение радиации, снижение качества воздуха могут привести к развитию заболеваний и летальному исходу.

Интересные факты о парниковом эффекте

Российские синоптики подсчитали, что если газовые выбросы останутся на прежнем уровне, то к 2080 году климат Сибири значительно потеплеет. Зимние температуры в среднем вырастут на 9°, а летние на 5.7°. При этом повысится и уровень осадков, в среднем на 140 мм в год, а площадь вечной мерзлоты сократится на четверть.
В 2020 году томские ученые возобновят исследования арктического климата

Их внимание привлекла повышенная концентрация метана. Он и другие газы выделяются при таянии вечной мерзлоты

Для исследований будет привлечен специальный научный самолет. С его помощью ученые смогут сделать полноценный анализ воздушной среды.
Крупнейшая алмазодобывающая компания «Алроса» отчиталась о снижении интенсивности газовых выбросов за период с 2016 по 2018 год на 52%. Как известно, горнодобывающая промышленность занимает лидирующие позиции по количеству выбросов в атмосферу. Для поддержания положительной динамики весь транспорт компании переводится на более экологичные газовые двигатели.

Углекислый газ

Основная статья: Углекислый газ в атмосфере Земли

Изменение концентрации CO₂ за 50 лет.

Источниками углекислого газа в атмосфере Земли являются вулканические выбросы, жизнедеятельность биосферы, деятельность человека (антропогенные факторы).

По последним научным данным основным источником углекислого газа в атмосфере являются антропогенные источники[источник не указан 178 дней], такие как 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 приблизительного динамического равновесия большинство биоценозов за счёт гниения биомассы производит приблизительно столько же углекислого газа, сколько и поглощает) и мировой океан (диоксида углерода растворено в воде земных океанов в сто раз больше, чем присутствует в атмосфере, он содержится в виде гидрокарбонат- и карбонат-ионов, которые получаются в результате реакций между скальными породами, водой и CO₂).

Антропогенная эмиссия увеличивает концентрацию углекислого газа в атмосфере, что, предположительно, является главным фактором изменения климата. Углекислый газ является «долго живущим» в атмосфере. Согласно современным научным представлениям, возможность дальнейшего накапливания СО₂ в атмосфере ограничена риском неприемлемых последствий для биосферы и человеческой цивилизации, в связи с чем его будущий эмиссионный бюджет является конечной величиной. Концентрация углекислого газа в атмосфере Земли по сравнению с доиндустриальной эпохой (1750 г.) в 2017 г. возросла с 277 до 405 ppm на 46 %.

Вместе с годовым ростом 2,20±0,01 ppm, в течение года наблюдается периодическое изменение концентрации амплитудой 3—9 ppm, которое следует за развитием вегетационного периода в Северном полушарии. Потому как в северной части планеты располагаются все основные континенты, влияние растительности Северного полушария доминирует в годовом цикле концентрации CO₂. Уровень достигает максимума в мае и минимума в октябре, когда количество биомассы, осуществляющей фотосинтез, является наибольшим.

Инвентаризация выбросов углекислого газа

Государственное регулирование в России

В рамках реализации распоряжения Правительства России от 22 апреля 2015 года №716-р утверждена Концепция формирования системы мониторинга, отчётности и проверки объёма выбросов парниковых газов в Российской Федерации. Оценка антропогенных выбросов парниковых газов осуществляется по следующим видам парниковых газов: двуокись углерода, метан, закись азота, гидрофторуглероды, перфторуглероды, гексафторид серы и трифторид азота.

Структура эмиссии российской экономики по парниковым газам распределена следующим образом: углекислый газ — 63,1%, метан — 32,4% (до данным council.gov.ru).

Система государственного мониторинга выбросов парниковых газов и поддержка добровольных проектов повышения энергетической эффективности и сокращения выбросов парниковых газов основывается на следующих официальных документах:

1. «Климатическая доктрина Российской Федерации», утверждённая Распоряжением Президента России от 17 декабря 2009 года №861-рп.

2. «Комплексный план реализации Климатической доктрины Российской Федерации за период до 2020 года», утверждённый распоряжением Правительства РФ от 25 апреля 2011 года №730-р.

3. Указ Президента России от 30 сентября 2013 года №752 «О сокращении выбросов парниковых газов».

4. «План мероприятий по обеспечению к 2020 году сокращения объёма выбросов парниковых газов», утверждённый распоряжением Правительства РФ от 2 апреля 2014 года №504-р.

В 2016 году Россия подписала Парижское соглашение по борьбе с изменением климата. Распоряжением Правительства РФ от 3 ноября 2016 года №2344-р был утверждён «План реализации комплекса мер по совершенствованию государственного регулирования выбросов парниковых газов и подготовки к ратификации данного соглашения».

Недавно председатель Правительства Российской Федерации Дмитрий Медведев подписал постановление «О принятии Парижского соглашения» от 21 сентября 2019 года №1228-ПП, таким образом, Россия выразила согласие с обязательностью для неё положений международного договора, но полноценная ратификация Парижского соглашения по климату пока не состоялась.

Практика Соединённых Штатов Америки

Американское Агентство по охране окружающей среды (Environmental Protection Agency, EPA) отслеживает общие выбросы в США, публикуя ежегодные отчёты по инвентаризации выбросов парниковых газов в этой стране. В этом ежегодном отчёте оцениваются общие национальные выбросы и абсорбция парниковых газов, связанные с антропогенной деятельностью на всей территории Соединённых Штатов. Последний доступный отчёт относится к 2017 году, исходя из него можно сделать основные выводы по источникам выбросов парниковых газов:

1. Транспорт (28,9% выбросов парниковых газов). Транспортный сектор составляет наибольшую долю выбросов парниковых газов. Выбросы парниковых газов транспортом в основном происходят от сжигания ископаемого топлива для автомобилей, грузовиков, кораблей, поездов и самолётов. Более 9% топлива, используемого для транспортировки, основано на нефти, — в основном это бензин и дизельное топливо.

2. Производство электроэнергии (27,5%). Производство электрической энергии в Соединённых Штатах составляет вторую по величине долю выбросов парниковых газов. Приблизительно 62,9% электроэнергии поступает от сжигания ископаемого топлива, в основном угля и природного газа.

3. Промышленность (22,2%). Выбросы парниковых газов в американской промышленности в основном происходят от сжигания ископаемого топлива для производства энергии, а также в результате определённых химических реакций, необходимых для производства товаров и различной продукции из сырья.

4. Коммерческие и жилые объекты (11,6%). Выбросы парниковых газов от зданий в Соединённых Штатах возникают в основном из-за сжигания ископаемого топлива для отопления, использования материалов и отходов.

5. Сельское хозяйство (9,%). Выбросы парниковых газов в сельском хозяйстве происходят от животноводства (коровы являются основным источником выбросов), содержания сельскохозяйственных почв (применение синтетических и органических удобрений, выращивание азотфиксирующих культур, осушение почвы) и производства риса.

Отдельно в отчёте рассматривается и вопрос поглощения парниковых газов. Лесное хозяйство и земельные участки выступают в качестве поглотителя CO₂ из атмосферы (11,1% за 2017 год).

Антропогенные источники метана

К антропогенным источникам метана относятся (Рис. 2):

Добыча угля. В год из угольных шахт выделяется 46 миллионов тонн метана, заключенного в угольные пласты.

Сжигание биомассы. В результате сжигания различных природных материалов, в том числе вследствие рукотворных пожаров, в атмосферу выделяется 50 миллионов тонн метана в год.

Нефтегазовая промышленность. За год в процессе добычи, транспортировки и переработки природного газа и нефти в атмосферу уходит 60 миллионов тонн метана.

Рисовые поля. Количество метана, ежегодно поднимающегося со дна затопленных рисовников, оценивается 60 (шестьюдесятью) миллионами тонн.

Свалки. Ежегодно в результате гниения свалок в атмосферу попадает 61 миллион тонн метана.

Жвачные животные. Коровы, овцы и другие жвачные животные, которых разводит человек, выделяют в атмосферу 81 миллион тонн метана за год.

Всего в результате деятельности человека в атмосферу ежегодно попадает примерно 358 миллионов тонн метана.

Рис. 2. Антропогенные источники метана

Меры по предотвращению и сокращению парникового эффекта

Изменения климата на Земле происходили уже неоднократно. Если кратко последствия их были катастрофическими. Примером может служить хорошо известный ледниковый период. Его влияние на живые организмы было очень значительным. Часть видов просто вымерла, так и не приспособившись к резкому похолоданию. Остатки льда с тех времен до сих пор сохранились в Антарктике и Гренландии.

Что нужно сделать чтобы снизить парниковый эффект и не допустить очередных катаклизмов? Как эффективно бороться с глобальной проблемой? На данных момент выявлены уже все факторы, способствующие накоплению газов в атмосфере. По мнению специалистов, исследующих физические основы возникновения парникового эффекта, есть несколько путей решения данной проблемы:

1. Снизить эмиссию вредных веществ, образующихся в результате промышленной деятельности.
2. Активно внедрять экологичные технологии, использующие альтернативные источники энергии. Это позволит отказаться или хотя бы свести к минимуму потребление топливных углеводородов.
3. Прекратить активные вырубки лесов.
4. Уменьшению выбросов в атмосферу парниковых газов также способствует ликвидация стихийных свалок, ведь именно они являются источником метана, фреона и оксидов азота.

Существуют различные пути решения проблемы парникового эффекта. Главное, чтобы борьба велась на международном уровне. Для исправления сложившейся ситуации необходимы усилия всего человечества. Выбросы газов – проблема глобальная, она касается всей планеты в целом, а не отдельных стран.

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.

Опасный потенциал

Усиление парникового эффекта происходит ежегодно. Это связано с нарушением энергетического баланса, который основан на взаимодействии Мирового океана и атмосферы. Циркуляция водных масс и основные течения влияют на планетарный климат. Опасный потенциал имеет смена движения Гольфстрима из-за климатических изменений.

Сначала XX века доля парниковых газов продолжает расти, увеличивая интенсивность с каждым годом. Большая часть из них приходится на двуокись углерода. На сегодня именно CO2 отдается главная роль среди всех причин глобального потепления.

Для климатических процессов губительным оказывается постоянное увеличение источников метана. Среди них основные это: сокращение растительных площадей и активное развитие животноводства. В перспективе метановые выбросы более опасны (период распада 10 лет).

Советуем почитать: Где используется ртуть в промышленности и в быту?

Итоговое пребывание половины парниковых газов в атмосфере достигает 200 лет, остальной объём поглощается растительностью, водными массами. Перемешанные парниковые газы способствуют задержанию исходящей от земной поверхности тепловой энергии.

Образование мелких аэрозольных частиц возникает из-за лесных пожаров, выбросов транспорта. Объемы, находящиеся во взвешенном состоянии приводят к замутнению слоев тропосферы и повышению облачного покрова.

Последствия выбросов

Чрезмерное образование парниковых газов оказывает негативное влияние на окружающую среду, климат и пагубно воздействует на здоровье человека.

Для окружающей среды и климата

Усиление парникового эффекта приводит к уменьшению исходящего количества инфракрасного излучения, что, в первую очередь, отражается на изменении климата Земли из-за повышения температуры на 1-2°. Наблюдаются резкие изменения погоды, перепады температур, увеличивается разница между значениями летних и зимних температурных показателей в некоторых регионах.

Возможное влияние парниковых газов на климат выражается в следующем:

• повышение испаряемости воды в Мировом океане;
• замедление течений;
• нарушение структуры экосистем;
• смена климатических зон;
• быстрое таяние ледников, приводящее к повышению уровня моря и затоплению территорий.

Экологические проблемы современной России

Читать

Парниковый эффект, его участие в будущем Земли

Подробнее

Влияние вырубки лесов на мировую экологию

Смотреть

Ученые предполагают, что в долгосрочном плане повышение температуры земного шара вследствие парникового эффекта может привести к следующим последствиям для окружающей среды:

• увеличение количества осадков;
• учащение природных катаклизмов (сильные ураганы, штормы, наводнения, землетрясения);
• опустынивание;
• закисление океана;
• сокращение биоразнообразия на планете.

Для здоровья людей

При общем повышении температуры земного шара увеличится количество жарких дней в году, что может привести к учащению солнечных ударов, тропических заболеваний. Особенному риску будут подвержены дети и пожилые люди. Воздействие потепления климата на сельскохозяйственные угодья грозит сокращением продуктовых ресурсов для населения планеты.

Возможна нехватка пресной воды.

Нехватка чистой пресной воды – глобальная проблема человечества

Читать

Загрязнение воды, как экологическая проблема номер один на планете

Подробнее

Вторичное загрязнение водоёмов как процесс, приводящий к деградации водных объектов

Смотреть

Метан

См. также: Судд

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 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.