Ухудшение климата: газы

Роль в парниковом эффекте

Спектр пропускания земной атмосферы (зависимость прозрачности от длины волны). Видны полосы поглощения CO₂, O₂, O₃ и H₂O.

Основным источником парникового эффекта в атмосфере Земли является водяной пар. При отсутствии парниковых газов в атмосфере и значении солнечной постоянной, равной 1368 Вт⁄м2, средняя температура на поверхности должна составлять −15 °C. В действительности средняя температура поверхности Земли составляет +15 °C, то есть парниковый эффект приводит к её увеличению на 30 °C, из которых 20,6 °C объясняется наличием в воздухе водяного пара, а 7,2 °C. — углекислого газа

При относительно небольшой концентрации в воздухе, CO2 является важной компонентой земной атмосферы, поскольку он поглощает и переизлучает инфракрасное излучение на различных длинах волн, включая длину волны 4,26 мкм (вибрационный режим — за счёт асимметричного растяжения молекулы) и 14,99 мкм (изгибные колебания). Данный процесс исключает или снижает излучение Земли в космос на этих длинах волн, что приводит к парниковому эффекту

Кроме парниковых свойств диоксида углерода, имеет значение тот факт, что он тяжелее воздуха. Так как средняя относительная молярная масса воздуха составляет 28,98 г/моль, а молярная масса CO₂ — 44,01 г/моль, то увеличение доли углекислого газа приводит к увеличению плотности воздуха и, соответственно, к изменению профиля его давления в зависимости от высоты. В силу физической природы парникового эффекта, такое изменение свойств атмосферы приводит к увеличению средней температуры на поверхности. Так как при увеличении доли этого газа в атмосфере его бо́льшая молярная масса приводит к росту плотности и давления, то при одной и той же температуре рост концентрации CO₂ приводит к увеличению влагоёмкости воздуха и к усилению парникового эффекта, обусловленного бо́льшим количеством воды в атмосфере. Увеличение доли воды в воздухе для достижения одного и того же уровня относительной влажности — в силу малой молярной массы воды (18 г/моль) — снижает воздуха, что компенсирует увеличение плотности, вызванное наличием повышенного уровня углекислого газа в атмосфере.

Комбинация перечисленных факторов в целом приводит к тому, что увеличение концентрации с доиндустриального уровня 280 ppm до современного 392 ppm эквивалентно дополнительному выделению 1,8 Вт на каждый квадратный метр поверхности планеты. Отличительной особенностью парниковых свойств диоксида углерода по сравнению с другими газами является его долговременное воздействие на климат, которое после прекращения вызвавшей его эмиссии остаётся в значительной степени постоянным на протяжении до тысячи лет. Другие парниковые газы, такие как метан и оксид азота, сохраняются в свободном состоянии в атмосфере не так долго.

Парниковый эффект: пути решения проблемы

a http-equiv=»Content-Type» content=»text/html;charset=UTF-8″>ss=»align-left»>Глобальные проблемы экологии, связанные с парниковым эффектом, можно предотвратить. Для этого человечество должно согласованно устранить причины возникновения глобального потепления.

Что следует предпринять в первую очередь:

1. Уменьшить количество выбросов в атмосферу. Этого можно добиться, если повсеместно ввести в эксплуатацию более экологичное оборудование и механизмы, установить фильтры и катализаторы; внедрить «зеленые» технологии и процессы.
2. Снизить энергопотребление. Для этого потребуется перейти на выпуск менее энергоемкой продукции; увеличить КПД на электростанциях; задействовать программы термомодернизации жилья, внедрить технологии, повышающие энергоэффективность.
3. Изменить структуру источников энергии. Увеличить в общем объеме вырабатываемой энергии долю полученной из альтернативных источников (солнце, ветер, вода, температура грунта). Сократить использование ископаемых энергетических источников.
4. Развивать экологически чистые и низкоуглеродные технологии в сельском хозяйстве и промышленности.
5. Увеличить использование ресурсов вторичной переработки сырья.
6. Восстановить леса, эффективно бороться с лесными пожарами, увеличивать площади зеленых насаждений.

Пути решения проблем, возникших из-за парникового эффекта, известны каждому. Человечеству необходимо осознать, к чему приводят его непоследовательные действия, оценить масштаб надвигающейся катастрофы и принять участие в спасении планеты!

2020-07-16

2020-07-16

2020-07-16

2020-07-16

2020-07-16

2020-07-16

2020-07-16

2020-07-16

2020-07-16

2020-07-16

Парниковые газы и их суть

К парниковым относятся газы, которые задерживают и поглощают инфракрасные (тепловые) лучи, нагревающие земную поверхность и атмосферу.

Нагрев Земли происходит вследствие поглощения энергии. Средняя температура поверхности планеты составляет порядка 300 К. Вследствие того, что она значительно ниже солнечной, излучение энергии земной поверхностью происходит на частотах инфракрасного диапазона.

Определенная часть инфракрасного излучения в атмосфере поглощается парниковыми газами. Они пропускают излучение, находящееся в видимом диапазоне, и поглощают — в инфракрасном. Результат — удержание на Земле дополнительного количества энергии, приводящей к повышению температуры нижних слоев атмосферы, то есть — появлению парникового эффекта.

Парниковые газы — это, образно говоря, «одеяло», окутывающее нашу планету, не позволяющее быстро охлаждаться земной поверхности. В природе такая роль теплоизолятора отведена парам воды и углекислому газу.

Вследствие чего образуются газы, приводящие к парниковому эффекту на планете?
Читать

Человек по отношению к природе: разрушитель или хранитель?
Подробнее

Что такое парниковый эффект

Теория базируется на отепляющем действии газов, рассеянных в тропосфере — хлорфторуглеродов (фреонов), озона, закиси азота, метана и диоксида углерода.

Суть явления состоит в поглощении парниковыми газами инфракрасного (длинноволнового) излучения, испускаемого Землей, и повышения за счет этого температуры тропосферы с попутным охлаждением стратосферы. Иными словами, эти газы действуют, как стекло в парнике — пропускают все виды солнечного излучения к Земле, но задерживают ее тепловое излучение.

Таким образом, парниковый эффект — возможное повышение глобальной температуры Земли вследствие изменения теплового баланса из-за постепенного накопления в приземном слое атмосферы парниковых газов.

Влияние транспорта разных категорий на окружающую среду. Основные пути снижения экологической опасности
Читать

Тепловые электростанции, как одни из основных источников загрязнения окружающей среды
Подробнее

Основные парниковые газы

Всего известно порядка 30 таких элементов. Наибольший вклад в парниковый эффект (50-65%) обеспечивается диоксидом (двуокисью) углерода. Другие названия – углекислота, углекислый газ, угольный ангидрид, оксид углерода, химическая формула – CO₂,

На метан (болотный газ) – химическая формула CH₄ – приходится порядка 20%. Это второй основной, долгоживущий парниковый газ.

Оксид азота (закись азота, оксид диазота) – химическая формула N₂O – дает 5% парникового эффекта. Это третий по значимости элемент, долгоживущий, разрушающий стратосферный озон. Активность закиси азота в 298 раз превышает активность углекислого газа.

Фреоны, озон и другие газы составляют 10-25% парникового эффекта.

Чем грозит человечеству глобальное загрязнение воздушной оболочки нашей планеты?
Читать

Определение степени загрязнения воздуха с помощью индекса загрязнения атмосферы
Подробнее

Загрязнение атмосферы Земли: классификация по виду и составу
Смотреть

Озон[править | править код]

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.

Механизм квотирования

По словам члена экспертного совета комитета ГД РФ по природным ресурсам и природопользованию Бориса Кокотова, таким механизмом могли бы стать введение специальных квот и возможность торговли ими — по опыту реализации Киотского протокола 1997 года.

— У России, которая за счет лесов поглощает большие объемы выбросов CO2, в этом плане есть уникальная возможность, — отметил он.

В рамках Киотского протокола отечественные предприятия также могли использовать углеродные единицы для проектов совместного осуществления, подчеркнул специалист. Для этого компании должны были заверять сокращение выбросов в комитете по надзору за совместным осуществлением при ООН, а позднее сертифицированные единицы продавались тем, кто со своими обязанностями не справлялся, объяснил эксперт.

Однако некоторые специалисты считают, что подобный механизм вряд ли будет реализован в рамках Парижского соглашения.

Главный научный сотрудник Центра по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН Дмитрий Замолодчиков напомнил, что Парижское соглашение не предусматривает санкций для стран, не справляющихся с выполнением национальных вкладов.

— Даже если квоты на парниковые выбросы были бы введены, вряд ли кто-то начнет их покупать. Для остальных стран нет острой необходимости, так как обязательства Парижского соглашения добровольны, их несоблюдение не несет штрафов, — отметил он.

парник

Фото: Depositphotos

Ведущий научный сотрудник Института глобального климата и экологии имени академика Ю.А. Израэля Владимир Коротков согласен: сегодня нет оснований ожидать, что другие страны будут готовы платить деньги за подавление парниковых газов в атмосфере. В рамках Парижского соглашения государства рассчитывают программы так, чтобы было возможно их выполнить своими силами. К тому же все обязательства добровольны, поэтому России не следует ожидать, что к ней придут легкие деньги от менее удачливых с точки зрения экологии стран. В связи с этим разработка механизмов торговли единицами поглощения CO2 может быть отложена на неопределенный срок, считает эксперт.

В Минэнерго же, напротив, отмечают большую актуальность таких нововведений.

— Особенно актуальной их разработка стала в свете обсуждаемого сейчас в Европейском союзе введения трансграничного углеродного налога, который грозит России немалыми убытками, — сказали в ведомстве.

Его ЕС может ввести для импортируемых «грязных» товаров, при производстве которых происходят большие выбросы углекислого газа в атмосферу. Параметры налога продолжают обсуждаться, но аналитики уже отметили, что особенно ощутимой мера станет для экспортеров нефти и газа на рынок ЕС.

В KPMG предположили, что при самом негативном сценарии налог для поставщиков из России может достичь €50,6 млрд до 2030 года. Это произойдет, если он будет введен уже в 2022 году и распространится не только на прямые, но и на косвенные выбросы CO2 (выбросы из источников, принадлежащих другим организациям, но так или иначе связанных с деятельностью экспортера).

Как отметили в Минэнерго, защита экономических интересов России на международной арене — одна из первоочередных задач страны. Поэтому, если другие государства готовы вводить «новые правила» и разрабатывать дополнительные пошлины, то и России в ответ следует внедрять новые методы заработка. А вклад РФ в очищение атмосферы, по мнению министерства, всё еще остается недооцененным.

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

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).

Парниковый эффект: причины и последствия

Первое упоминание о природе парникового эффекта появилось в 1827-м в статье ученого-физика Жана Батиста Жозефа Фурье. Его труды были основаны на опыте швейцарца Никола Теодора де Соссюра, который измерил температуру внутри сосуда с затемненным стеклом, когда его поставили под солнечный свет. Ученый выяснил, что температура внутри выше из-за того, что тепловая энергия не может пройти сквозь мутное стекло.

На примере этого опыта Фурье описал, что не вся солнечная энергия, достигающая поверхности Земли, отражается в космос. Парниковый газ удерживает в нижних слоях атмосферы часть тепловой энергии. Он состоит из:

• углекислоты;
• метана;
• озона;
• водяного пара.

Что такое парниковый эффект? Это увеличение температуры нижних атмосферных слоев из-за скопления тепловой энергии, которую удерживают парниковые газы. Атмосфера Земли (ее нижние слои) из-за газов получается достаточно плотной и не пропускает в космос тепловую энергию. В результате поверхность Земли нагревается.

По состоянию на 2005 год среднегодовая температура земной поверхности выросла на 0,74 градуса за последнее столетие. В ближайшие годы ожидается ее стремительное повышение по 0,2 градуса за каждое десятилетие. Это необратимый процесс глобального потепления. Если динамика сохранится, то через 300 лет произойдут непоправимые экологические изменения. Поэтому человечеству грозит вымирание.

Ученые называют такие причины возникновения глобального потепления, как:

масштабная промышленная деятельность человека. Она ведет к увеличению выброса газов в атмосферу, что изменяет ее состав и приводит к росту запыленности;

• сжигание ископаемого топлива (нефти, угля, газа) на тепловых электростанциях, в двигателях автомобилей. В результате увеличиваются выбросы углекислоты. Кроме того, растет интенсивность энергопотребления — при увеличении населения земного шара на 2% в год потребность в энергии увеличивается на 5%;
• бурное развитие сельского хозяйства. Результат — увеличение выбросов метана в атмосферу (чрезмерная выработка удобрений из органики в результате гниения, выбросы из биогазовых станций, увеличение количества биологических отходов при содержании скота/птицы);
• увеличение количества свалок, из-за чего растут выбросы метана;
• вырубка лесов. Она приводит к замедлению поглощения углекислого газа из атмосферы.

Последствия глобального потепления чудовищны для человечества и жизни на планете в целом. Итак, парниковый эффект и его последствия вызывают цепную реакцию. Убедитесь в этом сами:

1. Самая большая проблема заключается в том, что из-за повышения температуры на поверхности Земли начинают таять полярные льды, из-за чего повышается уровень моря.

2. Это приведет к затоплению плодородных земель в долинах.

3. Затопление крупных городов (Санкт-Петербург, Нью-Йорк) и целых стран (Нидерланды) приведет к социальным проблемам, связанным с необходимостью переселения людей. В итоге возможны конфликты и массовые беспорядки.

4. Из-за прогревания атмосферы период таяния снегов сокращается: они тают быстрее, а сезонные дожди быстрее заканчиваются. В результате увеличивается количество засушливых дней. По подсчетам специалистов, при повышении среднегодовой температуры на один градус около 200 млн га лесных массивов превратятся в степи.

5. Из-за уменьшения количества зеленых насаждений снизится переработка углекислого газа в результате фотосинтеза. Парниковый эффект усилится, и глобальное потепление ускорится.

6. Из-за нагревания поверхности Земли увеличится испарение воды, что усилит парниковый эффект.

7. Из-за повышения температуры воды и воздуха возникнет угроза для жизни ряда живых существ.

8. Из-за таяния ледников и роста уровня Мирового океана сдвинутся сезонные границы, участятся климатические аномалии (штормы, ураганы, цунами).

9. Рост температуры на поверхности Земли негативно скажется на здоровье людей, а кроме того, спровоцирует развитие эпидемиологических ситуаций, связанных с развитием опасных инфекционных заболеваний.