Метан относится к числу парниковых газов степень. Ухудшение климата: газы – виновники парникового эффекта. Снижение выбросов парниковых газов в России: план работы

Парниковыми газами называются газы, имеющие высокую прозрачность в видимом диапазоне и высокое поглощение в дальнем инфракрасном диапазоне. Наличие парниковых газов в атмосфере является основной причиной образования парникового эффекта, что, в свою очередь, приводит к существенному изменению климата на планете. В последнее время, на нашей планете парниковый эффект ощущается довольно остро, так как с каждым годом климат изменяется в сторону потепления. Явление парникового эффекта на планете подобно принципу обычной садовой теплице, в которой лучи солнца проходят сквозь прозрачную стенку и крышу, тем самым нагревая почву и увеличивая температуру воздуха в теплице. Благодаря конструкции теплицы, высокая температура воздуха в ней сохраняется. Тоже самое происходит и на Земле. Выбросы парниковых газов в атмосферу приводят к тому, что над планетой образуется некая оболочка, состоящая из веществ, способных пропускать солнечные лучи. Таким образом, данная оболочка способна удерживать тепло на планете, как в парнике.

Для выращивания растений эффект сохранения тепла является благоприятными условиями, а вот планете он может нанести непоправимый вред.

К парниковым газам, выбрасываемым в земную атмосферу, относятся следующие:

• углекислый газ;
• водяной пар;
• метан;
• озон;
• фреоны;
• иные газы (гидрофторуглероды, перфторуглероды, гексафторид серы и многие другие. Таких газов, которые также принимают участие в образовании парникового эффекта, насчитывается порядка 30 видов).

Все парниковые газы классифицируются на два типа согласно форме их образования:

1. Естественные газы;
2. Антропогенные вещества.

Первый тип говорит сам за себя. Образование таких газов происходит в результате естественных природных процессов, которые протекают на земле. К ним относятся, например, водяной пар, когда вода из рек и водоемов испаряется под воздействием солнечных лучей. Поскольку данные процессы природные, повлиять на их течение невозможно. Кроме этого, они не наносят видимого вреда экологии Земли.

Антропогенные вещества, в отличие от естественных газов, вырабатываются в ходе человеческой деятельности. В данном случае, выбросы парниковых газов наносят непоправимый ущерб атмосфере и, как следствие, экологии на планете. Поскольку образование антропогенных веществ является следствием деятельности людей, то, в данном случае, объем выбросов парниковых газов можно контролировать, проводя определенные мероприятия, направленные на улучшение экологии на Земле.

Стоит отметить, что источников образования вредных парниковых газов существует огромное множество. Однако, по мнению специалистов, которые занимаются контролем их выбросов, наибольшее количество антропогенных веществ в атмосферу выбрасывается в результате переработки и потребления ископаемого топлива. На долю этой категории приходится порядка 82-88% образования всех парниковых газов. Переработка топлива осуществляется на многих предприятиях, для производственного цикла которых необходимо производить нагрев какого-либо вида сырья. К этой категории также относятся и транспортные средства, работающие на двигателях внутреннего сгорания, выбрасывающих в атмосферу выхлопные газы.

Второе место по количеству образования вредных газов, выбрасываемых в атмосферу, принадлежит процессы сжигания биомассы, которая образуется в результате вырубки лесов, особенно тропических. Дело в том, что данный процесс неразрывно связан с образованием углекислого газа в больших количествах. В результате этой деятельности атмосфера на 10-12% пополняется парниковыми газами.

Остальные несколько процентов антропогенных веществ образуются в результате деятельности промышленных предприятий, занимающихся производством металла цемента, полимерных и других материалов. На долю таких производств приходится около 2% от всех остальных загрязнений.

Таким образом, эволюция человека приводит к существенному ухудшению экологии на планете и значительному вреду окружающей среде. В настоящее время появляется все больше законодательных актов и технологий, направленных на сохранение экологии и уменьшение выбросов парниковых газов. Так, в 1997 году в Японии был принят Киотский протокол, который обязывает все подписавшие его страны стабилизировать или уменьшить выбросы парниковых газов. Положения протокола действуют до 2020 года. В соответствии с данным документом все страны ЕС должны снизить количество выбрасываемых в атмосферу парниковых газов минимум на 8%, США на 7%, Япония на 6%, Россия и Украина - стабилизировать промышленное производство и не допустить их увеличения. Уменьшение выбросов парниковых газов существенно улучшит экологическую ситуацию на планете и не допустит преждевременного глобального потепления.

Так, существуют определенные мероприятия, выполнение которых позволит это сделать. Данные мероприятия также прописаны в Киотском протоколе. К ним относятся:

1. Улучшение промышленных предприятий, а также повышение их эффективности. Данный пункт является основным на пути борьбы с ростом выбрасываемых парниковых газов.
2. Озеленение планеты. Страны, которые подписали документ, обязаны на своей территории увеличивать объемы лесного хозяйства, а также стимулировать лесовосстановление;
3. Стимуляция любых изысканий в области возобновляемых энергетических источников и технологий поглощения углекислого газа;
4. Предоставление льгот и послабление промышленным налогоплательщикам, которые активно переходят на экологически чистые технологии, а также стимулируют лесовосстановление и осуществляют другие мероприятия, направленные на улучшение экологической ситуации на планете;
5. Ограничение выбросов выхлопных транспортных газов, которое заключается в стимулировании производства электромобилей, а также переход на более экологическое топливо.

Кроме этого, дополнительными мероприятиями по снижению выбросов парниковых газов в атмосферу и улучшении экологической ситуации являются:

1. Исключение неэффективного использования электроэнергии;
2. Повышение коэффициента полезного действия природных ресурсов;
3. Своевременное предотвращение лесных пожаров;
4. Внедрение применения возобновляемых или неуглеродоводородных энергетических источников;
5. Снижение нерационального использования водных ресурсов;

Парниковый эффект в атмосфере нашей планеты вызван тем, что поток энергии в инфракрасном диапазоне спектра, поднимающийся от поверхности Земли, поглощается молекулами газов атмосферы, и излучается обратно в разные стороны, в результате половина поглощенной молекулами парниковых газов энергии возвращается обратно к поверхности Земли, вызывая её разогрев. Следует отметить, что парниковый эффект - это естественное атмосферное явление (рис.5). Если бы на Земле вообще не было парникового эффекта, то средняя температура на нашей планеты была бы около -21°С, а так, благодаря парниковым газам, она составляет +14°С. Поэтому, чисто теоретически, деятельность человека, сопряжённая с выбросом парниковых газов в атмосферу Земли, должна приводить к дальнейшему разогреву планеты. Основными парниковыми газами, в порядке их оцениваемого воздействия на тепловой баланс Земли, являются водяной пар (36-70%), углекислый газ (9-26%), метан (4-9%), галоуглероды, оксид азота.

Рис.

Угольные электростанции, заводские трубы, автомобильные выхлопы и другие созданные человечеством источники загрязнения вместе выбрасывают в атмосферу около 22 миллиардов тонн углекислого газа и других парниковых газов в год. Животноводство, применение удобрений, сжигание угля и другие источники дают около 250 миллионов тонн метана в год. Около половины всех парниковых газов, выброшенных человечеством, осталось в атмосфере. Около трёх четвертей всех антропогенных выбросов парниковых газов за последние 20 лет вызваны использованием нефти, природного газа и угля (рис.6). Большая часть остального вызвана изменениями ландшафта, в первую очередь вырубкой лесов.

Рис.

Водяной пар - самый главный на сегодня парниковый газ. Однако водяной пар участвует и во множестве других процессов, что делает его роль далеко неоднозначной в разных условиях.

Прежде всего, при испарении с поверхности Земли и дальнейшей конденсации в атмосфере, в нижние слои атмосферы (тропосферу) благодаря конвекции переносится до 40% от всего тепла, поступающего в атмосферу. Таким образом, водяной пар при испарении несколько понижает температуру поверхности. Но выделившееся в результате конденсации в атмосфере тепло идет на ее разогрев, и в дальнейшем, на разогрев и самой поверхности Земли.

Но после конденсации водяного пара образуются водяные капельки либо кристаллики льда, которые интенсивно участвуют в процессах рассеяния солнечного света, отражая часть солнечной энергии назад в космос. Облака, как раз представляющие из себя скопления этих капелек и кристалликов, увеличивают долю солнечной энергии (альбедо), отражаемой самой атмосферой обратно в космос (а дальше осадки из облаков могут выпасть в виде снега, увеличивая альбедо поверхности).

Однако у водяного пара, даже сконденсированного в капельки и кристаллики, все равно остаются мощные полосы поглощения в инфракрасной области спектра, а значит роль тех же облаков далеко не однозначна. Двойственность эта особенно заметна в следующих крайних случаях - при покрытии облаками неба в солнечную летнюю погоду температура на поверхности снижается, а если то же самое происходит зимней ночью, то наоборот, повышается. На окончательный результат влияет и положение облаков - на низких высотах мощная облачность отражает много солнечной энергии, и баланс может быть в данном случае в пользу антипарникового эффекта, а вот на больших высотах, разреженные перистые облака пропускают довольно много солнечной энергии вниз, но даже разреженные облака являются почти непреодолимы препятствием для инфракрасного излучения и, и тут можно говорить о преобладании парникового эффекта.

Еще одна особенность водяного пара - влажная атмосфера в некоторой степени способствует связыванию другого парникового газа - углекислого, и переносу его дождевыми осадками к поверхности Земли, где он в результате дальнейших процессов может быть израсходован в процессах образования карбонатов и горючих полезных ископаемых.

Человеческая деятельность очень слабо непосредственно влияет на содержание водяного пара в атмосфере - только лишь за счет роста площади орошаемых земель, изменения площади болот и работы энергетики, что на фоне испарения со всей водной поверхности Земли и вулканической деятельности ничтожно мало. Из-за этого довольно часто на нем мало акцентируется внимание при рассмотрении проблемы парникового эффекта.

Однако косвенное влияние на содержание водяного пара может быть очень велико, за счет обратных связей между содержанием водяного пара в атмосфере и потеплением, вызванном другими парниковыми газами, что мы сейчас и рассмотрим.

Известно, что при увеличении температуры увеличивается и испарение водяного пара, и на каждые 10 °С возможное содержание водяного пара в воздухе почти удваивается. Например, при 0 °С давление насыщенного пара составляет около 6 мб, при +10 °С - 12 мб, а при +20 °С - 23 мб.

Видно, что содержание водяного пара сильно зависит от температуры, и при понижении ее по каким-либо причинам, во-первых, понижается сам парниковый эффект водяного пара (благодаря уменьшившемуся содержанию), а во-вторых, происходит конденсация водяного пара, которая конечно, сильно тормозит понижение температуры за счет выделения конденсационного тепла, но зато уже после конденсации увеличивается отражение солнечной энергии, как самой атмосферы (рассеяние на капельках и кристаллах льда), так и поверхности (выпадение снега), что дополнительно понижает температуру.

При повышении температуры содержание водяного пара в атмосфере растет, его парниковый эффект увеличивается, что усиливает первоначальное повышение температуры. В принципе, растет и облачность (больше водяного пара попадает в относительно холодные области), однако крайне слабо - по данным И. Мохова порядка 0,4% на градус потепления, что не может сильно повлиять на рост отражения солнечной энергии.

Углекислый газ - второй по вкладу в парниковый эффект на сегодня, не вымораживается при понижении температуры, и продолжает создавать парниковый эффект даже при самых низких температурах, возможных в земных условиях. Вероятно, именно благодаря постепенному накоплению углекислого газа в атмосфере вследствии вулканической деятельности, Земля смогла выйти из состояния мощнейших оледенений (когда даже на экватор был покрыт мощнейшим слоем льда), в которые она попадала в начале и конце протерозоя.

Углекислый газ вовлечен в мощный круговорот углерода в системе литосфера-гидросфера-атмосфера, и изменение земного климата связывают прежде всего с изменением баланса его поступления в атмосферу и выведения из нее.

Благодаря относительно высокой растворимости углекислого газа в воде, содержание углекислого газа в гидросфере (прежде всего океаны) сейчас составляет 4х104 Гт (гигатонн) углерода (отсюда и далее приводятся данные по СО2 в пересчете на углерод), включая глубинные слои (Путвинский, 1998). В атмосфере в настоящее время содержится около 7,5х102 Гт углерода (Алексеев и др., 1999). Небольшим содержание СО2 в атмосфере было далеко не всегда - так в архее (около 3,5 млрд. лет назад) атмосфера состояла почти на 85-90% из углекислого газа, при существенно большем давлении и температуре (Сорохтин, Ушаков, 1997). Однако поступление значительных масс воды на поверхность Земли в результате дегазации недр, а также возникновение жизни обеспечило связывание почти всего атмосферного и значительной части растворенного в воде углекислого газа в виде карбонатов (в литосфере хранится около 5,5х107 Гт углерода (доклад МГЭИК, 2000)). Также углекислый газ стал преобразовываться живыми организмами в различные формы горючих полезных ископаемых. Кроме того, связывание части углекислого газа произошло и за счет накопления биомассы, общие запасы углерода в которой сравнимы с запасами в атмосфере, а учитывая еще и почвы - превышает в несколько раз.

Однако, нас прежде всего интересуют потоки, обеспечивающие поступление углекислого газа в атмосферу, и выводящие его из нее. Литосфера сейчас обеспечивает весьма небольшой поток углекислого газа, поступающего в атмосферу прежде всего благодаря вулканической деятельности - около 0.1 Гт углерода в год (Путвинский, 1998). Значительно большие потоки наблюдаются в системах океан (вместе с обитающими там организмами) - атмосфера, и наземная биота - атмосфера. В океан ежегодно поступает из атмосферы около 92 Гт углерода и 90 Гт возвращается обратно в атмосферу (Путвинский, 1998). Таким образом, океаном ежегодно дополнительно изымается из атмосферы около 2 Гт углерода. В то же время в процессах дыхания и разложения наземных умерших живых существ в атмосферу поступает около 100 Гт углерода в год. В процессах фотосинтеза наземной растительностью изымается из атмосферы тоже около 100 Гт углерода (Путвинский, 1998). Как мы видим, механизм поступления и изъятия углерода из атмосферы достаточно сбалансирован, обеспечивая приблизительно равные потоки. Современная жизнедеятельность человека включает в этот механизм все увеличивающийся дополнительный поток углерода в атмосферу за счет сжигания горючих ископаемых (нефть, газ, уголь и пр.) - по данным, например, за период 1989-99 гг., в среднем около 6,3 Гт в год. Также поток углерода в атмосферу увеличивается и за счет вырубки и частичного сжигания лесов - до 1,7 Гт в год (доклад МГЭИК, 2000), при этом прирост биомассы, способствующий поглощению СО2 составляет всего около 0,2 Гт в год вместо почти 2 Гт в год. Даже учитывая возможность поглощения около 2 Гт дополнительного углерода океаном, все равно остается довольно значимый дополнительный поток (к настоящему времени около 6 Гт в год), увеличивающий содержание углекислого газа в атмосфере. Кроме того, поглощение углекислого газа оканом уже в ближайшем будущем может уменьшится, и даже возможен обратный процесс - выделение углекислого газа из Мирового океана. Это связано с понижением растворимости углекислого газа при повышении температуры воды - так, например, при повышении температуры воды всего с 5 до 10 °С, коэффициент растворимости углекислого газа в ней уменьшается приблизительно с 1,4 до 1,2.

Итак, поток углекислого газа в атмосферу, вызываемый хозяйственной деятельностью не велик по сравнению с некоторыми естественными потоками, однако его нескоменсированность приводит к постепенному накоплению СО2 в атмосфере, что разрушает баланс поступления и изъятия СО2, складывавшийся за миллиарды лет эволюции Земли и жизни на ней.

Многочисленные факты геологического и исторического прошлого свидетельствуют о связи между изменениями климата и колебаниями содержания парниковых газов. В период от 4 до 3,5 млрд. лет назад яркость Солнца была примерно на 30% меньше, чем сейчас. Однако и под лучами молодого, «бледного» Солнца на Земле развивалась жизнь и образовывались осадочные породы: по крайней мере на части земной поверхности температура была выше точки замерзания воды. Некоторые ученые высказывают предположение, что в ту пору в земной атмосфере содержал ось в 1000 раз больше диоксида углерода , чем сейчас, и это компенсировало нехватку солнечной энергии, поскольку больше тепла, излучаемого Землей, оставалось в атмосфере. Усиливавшийся парниковый эффект мог стать одной из причин исключительно теплого климата позднее - в мезозойскую эру (эпоху динозавров). По данным анализа ископаемых остатков на Земле в ту пору было на 10-15 ос теплее, чем сейчас. Следует заметить, что тогда, 100 млн. лет назад и раньше, континенты занимали иное положение, чем в наше время, и океаническая циркуляция также была иной, поэтому перенос тепла от тропиков в полярные районы мог быть больше. Однако расчеты, выполненные Эриком Дж. Барроном, работающим сейчас в Пенсильванском университете, и другими исследователями, показывают, что с палеоконтинентальной географией могло быть связано не более половины мезозойского потепления. Остающуюся часть потепления легко объяснить ростом содержания диоксида углерода. Это предположение было впервые выдвинуто советскими учеными А. Б. Роновым из Государственного гидрологического института и М. И. Будыко из Главной геофизической обсерватории. Расчеты, подтверждающие это предложение, были проведены Эриком Барроном, Старли Л. Томпсоном из Национального центра атмосферных исследований (NCAR). Из геохимической модели, разработанной Робертом А. Бернером и Антонио К. Ласагой из Йельского университета и ныне покойным Робертом. Поля в штате Техас превратились в пустыню, после того как здесь в 1983 г. некоторое время продержалась засуха Такую картину, как показывают расчеты по компьютерным моделям, можно будет наблюдать во многих местах, если в результате глобального потепления уменьшится влажность почвы в центральных районах континентов, где сосредоточено производство зерна.

М. Гаррелсом из Университета Южной Флориды, следует, что диоксид углерода мог выделяться при исключительно сильной вулканической активности на срединно-океанических хребтах, где поднимающаяся магма формирует новое океаническое дно. Прямые свидетельства, указывающие на связь во время оледенений между содержанием в атмосфере парниковых газов и климатом, можно «извлечь» из пузырьков воздуха, включенных в антарктический лед, который образовался в древние эпохи в результате спрессовывания падающего снега. Группа исследователей, возглавляемая Клодом Лорью из Лаборатории гляциологии и геофизики в Гренобле, изучила колонку льда длиной 2000 м (соответствующую периоду продолжительностью 160 тыс. лет), полученную советскими исследователями на станции «Восток» в Антарктиде. Лабораторный анализ газов, заключенных в этой колонке льда, показал, что в древней атмосфере концентрации диоксида углерода и метана менялись согласованно и, что более важно, «в такт» с изменениями средней локальной температуры (она была определена по отношению концентраций изотопов водорода в молекулах воды). Во время последнего межледникового периода, продолжающегося уже 10 тыс. лет, и в предшествующее ему межледниковье (130 тыс. лет назад) продолжительностью также 10 тыс. лет, средняя температура в этом районе была на 10 ос выше, чем во время оледенений. (В целом на Земле в указанные периоды было на 5 ос теплее.) В эти же периоды в атмосфере содержал ось на 25% больше диоксида углерода и на 100070 больше метана, чем во время оледенений. Неясно, было ли причиной изменение содержания парниковых газов, а следствием климатические изменения или наоборот. Скорее всего, причиной оледенений были изменения орбиты Земли и особая динамика продвижения и отступания ледников; однако эти климатические колебания могли усиливаться благодаря изменениям биоты и колебаниям океанической циркуляции, влияющим на содержание парниковых газов в атмосфере. Еще более подробные данные о флуктуациях содержания парниковых газов и изменениях климата имеются для последних 100 лет, за которые произошло дальнейшее увеличение на 25% концентрации диоксида углерода и на 100% метана. «Записи» средней температуры на земном шаре для последних 100 лет были изучены двумя группами исследователей, возглавляемыми Джеймсом Э. Хансеном из Годдардовского института космических исследований Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства, и Т. М. Л. Уигли из Отдела климата Университета Восточной Англии.

Задержка тепла атмосферой - основной компонент энергетического баланса Земли (рис.8). Примерно 30% энергии, поступающей от Солнца, отражается (слева) либо от облаков, либо от частиц, либо от поверхности Земли; остальные 70% поглощаются. Поглощенная энергия переизлучается в инфракрасном диапазоне поверхностью планеты.

Рис.

Эти ученые воспользовались данными измерений на метеостанциях, разбросанных по всем континентам (группа из Отдела климата включила также в анализ данные измерений на море). Вместе с тем в двух группах были приняты разные методики анализа наблюдений и учета «искажений», связанных, например, с тем, что некоторые метеостанции за сто лет «переехали» на другое место, а некоторые, расположенные в городах, давали данные, «загрязненные» влиянием тепла, выделяемого промышленными предприятиями или накапливаемого за день зданиями и мостовой. Последний эффект, приводящий к появлению «островов тепла», очень заметен в развитых странах, например в США. Вместе с тем, даже если рассчитанную для США поправку (она была получена Томасом Р. Карлом из Национального центра климатических данных в Эшвилле, шт. Северная Каролина, и П. Д. Джоунсом из Университета Восточной Англии) распространить на все данные по земному шару, в обеих записях останется «<реальное» потепление величиной 0,5 О С, относящееся к последним 100 годам. В согласии с общей тенденцией 1980-е годы остаются самым теплым десятилетием, а 1988, 1987 и 1981 гг. - наиболее теплыми годами (в порядке перечисления). Можно ли считать это «сигналом» парникового потепления? Казалось бы, можно, однако в действительности факты не столь однозначны. Возьмем для примера такое обстоятельство: вместо неуклонного потепления, какое можно ожидать от парникового эффекта, быстрое повышение температуры, происходившее до конца второй мировой войны, сменилось небольшим похолоданием, продлившимся до середины 1970-х годов, за которым последовал второй период быстрого потепления, продолжающийся по сей день. Какой характер примет изменение температуры в ближайшее время? Чтобы дать такой прогноз, необходимо ответить на три вопроса. Какое количество диоксида углерода и других парниковых газов будет выброшено в атмосферу? Насколько при этом возрастет концентрация этих газов в атмосфере? Какой климатический эффект вызовет это повышение концентрации, если будут действовать естественные и антропогенные факторы, которые могут ослаблять или усиливать климатические изменения? Прогноз выбросов - нелегкая задача для исследователей, занимающихся анализом человеческой деятельности. Какое количество диоксида углерода попадет в атмосферу, зависит главным образом от того, сколько ископаемого топлива будет сожжено и сколько лесов вырублено (последний фактор ответствен за половину прироста парниковых газов с 1800 г. и за 20070прироста в наше время). И тот и другой фактор зависят в свою очередь от множества причин. Так, на потреблении ископаемого топлива сказываются рост населения, переход к альтернативным источникам энергии и меры по экономии энергии, а также состояние мировой экономики. Прогнозы в основном сводятся к тому, что потребление ископаемого топлива на земном шаре в целом будет увеличиваться примерно с той же скоростью, что и сегодня намного медленнее, чем до энергетического кризиса 1970-х годов. В результате эмиссия (поступление в атмосферу) диоксида углерода в ближайшие несколько десятилетий, будет увеличиваться на 0,5-2070 в год. Другие парниковые газы, такие как ХФУ, оксиды азота и тропосферный озон, могут вносить в потепление климата почти столь же большой вклад, что и диоксид углерода, хотя в атмосферу их попадает значительно меньше: объясняется это тем, что они более эффективно поглощают солнечную радиацию. Предсказать, какова будет эмиссия этих газов - задача еще более трудная. Так, например, не вполне ясно происхождение некоторых газов, в частности метана; величина выбросов других газов, таких как ХФУ или озон, будет зависеть от того, какие изменения в технологии и политике произойдут в ближайшем будущем.

Обмен углеродом между атмосферой и различными «резервуарами» на Земле (рис.9). Каждое число указывает в миллиардах тонн приход или уход углерода (в форме диоксида) за год или его запас в резервуаре. В этих естественных циклах, один из которых «замыкается» на сушу,а другой на океан, из атмосферы удаляется ровно столько диоксида углерода, сколько в нее поступает, однако человеческая деятельность - сведение лесов и сжигание ископаемого топлива - приводит к тому, что содержание углерода в атмосфере ежегодно повышается на 3 млрд. тонн. Данные заимствованы из работы Берта Болина, работающего в Стокгольмском университете

Рис.9

Предположим, мы имеем разумный прогноз того, как будет изменяться эмиссия диоксида углерода. Какие изменения в этом случае произойдут с концентрацией этого газа в атмосфере? Атмосферный диоксид углерода «потребляется» растениями, а также океаном, где он расходуется на химические и биологические процессы. С изменением концентрации атмосферного диоксида углерода будет, вероятно, меняться и скорость «потребления» этого газа. Иными словами, процессы, обусловливающие изменение содержания атмосферного диоксида углерода, должны включать обратную связь. Диоксид углерода является «сырьем» для фотосинтеза в растениях, поэтому потребление его растениями скорее всего будет увеличиваться с накоплением его в атмосфере, что замедлит это накопление. Аналогично этому, поскольку содержание диоксида углерода в поверхностных водах океана находится в примерном равновесии с его содержанием в атмосфере, увеличение поглощения диоксида углерода океанской водой приведет к замедлению его накопления в атмосфере. Может случиться, однако, что накопление в атмосфере диоксида углерода и других парниковых газов приведет в действие механизмы положительной Обратной связи, которые будут усиливать климатический эффект. Так, быстрые изменения климата могут привести к исчезновению части лесов и других экосистем, что ослабит способность биосферы поглощать диоксид углерода. Более того, потепление может привести к быстрому высвобождению углерода, содержащегося в почве в составе мертвой органической материи. Этот углерод, количество которого вдвое выше, чем в атмосфере, постоянно превращается в диоксид углерода и метан под действием почвенных бактерий. Потепление может ускорить их «работу», в результате чего ускорится выделение диоксида углерода (из сухих почв) и метана (из районов, занятых рисовыми полями, из свалок и заболоченных земель). Довольно много" метана запасено также в осадках на континентальном шельфе и ниже слоя вечной мерзлоты в Арктике в виде клатратов - молекулярных решеток, состоящих из молекул метана и воды. Потепление шельфовых вод и таяние вечной мерзлоты могут привести к высвобождению метана. Несмотря на указанные неопределенности, многие исследователи считают, что поглощение диоксида углерода растениями и океаном замедлит накопление этого газа в атмосфере - по крайней мере в ближайшие 50-100 лет. Типичные оценки, основанные на существующей в настоящее время скорости эмиссии, показывают, что из всего количества диоксида углерода, попадающего в атмосферу, оставаться там будет примерно половина. Из этого следует, что удвоение концентрации диоксида углерода по сравнению с 1900 г. (до уровня 600 млн. произойдет примерно между 2030 и 2080 гг. Вместе с тем другие парниковые газы будут, скорее всего, накапливаться в атмосфере быстрее.

Данные научных исследований предоставляют информацию о том, что без уменьшения массы парниковых газов в земной атмосфере человечеству ухудшения климата на планете не избежать.

Откуда они взялись?

Парниковые газы, находясь в атмосферах планет, способствуют возникновению некоторого опасного эффекта. Он назван соответственно – парниковым. С одной стороны, без этого явления наша планета никогда не смогла бы согреться настолько, чтобы на ней зародилась жизнь. С другой – всё хорошо в меру и до определённого момента. Поэтому речь пойдёт о проблемах цивилизации, связанных с явлением парниковых газов, которое, сыграв свою положительную роль, со временем поменяло своё качество и стало темой для дискуссий, исследований и всеобщей тревоги.

Много миллионов лет назад Солнце, нагревая Землю, постепенно превратило её саму в источник энергии. Частично её тепло уходило в космическое пространство. Кроме того, оно отражалось газами в атмосфере и согревало слои воздуха, приближённые к земле. Такому процессу, схожему с сохранением тепла под прозрачной плёнкой в теплицах, учёные дали название «парниковый эффект». А газы, которые его провоцируют, они назвали также просто. Их наименование – «парниковые газы».

На заре установления климата Земли возникновению данного эффекта способствовала активная деятельность вулканов. Выбросы в виде водяного пара и углекислого газа в огромном количестве задерживались в атмосфере. Получался гиперпарниковый эффект, подогревавший Мировой океан практически до точки кипения. И только с появлением зелёной биосферы, поглощающей углекислый газ атмосферы, температурный режим планеты постепенно нормализовался.

Однако всеобщая индустриализация, постоянный рост производственных мощностей поменяли не только химический состав парниковых газов, но и суть этого явления.

Их знают наперечёт

Парниковый газ представляет собой соединение, которое задерживается в атмосфере Земли и становится преградой её тепловым излучениям на пути к космосу. Отданное планетой тепло снова возвращается обратно. В результате показатели средней температуры неуклонно растут, что может привести к непредсказуемым последствиям.

Излишний нагрев планеты происходит по причине разницы в прозрачности слоёв атмосферы. Солнечные лучи проходят через них легко. Для ультрафиолета атмосфера прозрачна. Тепловым инфракрасным излучениям трудно пробиться через её нижние слои, где собираются парниковые газы. Дело в том, что они создают уплотнение.

Киотский протокол содержит чёткий перечень парниковых газов, с присутствием которых в атмосфере Земли следует бороться. К таковым относятся:

• водяной пар;
• углекислый газ;
• метан;
• закись азота;
• фреоны;
• озон;
• перфторуглероды;
• гексафторид серы.

Опасный потенциал

Водяной пар относят к естественным газам, однако его участие в образовании парникового эффекта достаточно велико. Его нельзя недооценивать.

Углекислый газ рассматривают как один главных факторов, влияющих на климат планеты. Его доля в атмосфере составляет около 64%, и ровно настолько велика его роль в глобальном потеплении. Основные источники его выброса в атмосферу таковы:

• вулканические извержения;
• процесс обмена веществ биосферы;
• сжигание биомассы и ископаемого топлива;
• уничтожение лесов;
• производственные процессы.

Метан не распадается в атмосфере на протяжении 10 лет и представляет собой серьёзную угрозу климату Земли. Его парниковый эффект в 28 раз превышает возможности углекислого газа, а в перспективе 20-ти лет, если не прекратить его эмиссию, это превосходство дойдёт до 84-х. Главные его источники носят антропогенный характер. Это:

• сельскохозяйственное производство, в частности, выращивание риса;
• скотоводство (увеличение поголовья и, как следствие, нечистот);
• сжигание леса.

Частично парниковый метан появляется в результате утечки в процессе разработки месторождений каменного угля. Он также выделяется при добыче природного газа.

Фреоны представляют собой особую опасность для экологии. В основном их используют в аэрозолях и холодильных установках.

Закись азота – парниковый газ, который находится на одном из ведущих мест по количеству в атмосфере и влиянию на глобальное потепление. Источники его происхождения и применения:

• производство минеральных удобрений в химической промышленности;
• пищевая промышленность использует его в качестве пропеллента;
• в отраслях машино- и ракетостроения его применяют в двигателях.

Озон, вернее та его часть, которую относят к вредным газам, создающим парниковый эффект, находится в нижних слоях тропосферы. Увеличиваясь вблизи земли, его количество может наносить вред зелёным насаждениям, повреждая их листья и уменьшая способность к фотосинтезу. В основном он образуется в результате реакции взаимодействия окисей углерода, оксидов азота с парами воды, солнечным светом и летучими органическими соединениями в присутствии кислорода. Основные источники этих веществ в атмосфере – выбросы парниковых газов промышленными объектами, транспортными средствами и химические растворители.

Перфторуглероды – результат производства алюминия, растворителей и электроники. Они используются в диэлектриках, носителях тепла, хладагентах, смазочных маслах и даже в качестве искусственной крови. Их можно получить только путём химического синтеза. Как большинство фторсодержащих газов, они опасны для окружающей среды. Их парниковый потенциал оценивают в сотни раз выше, чем у углекислого газа.

Гексафторид серы – также один из тех парниковых газов, какие указаны в Киотском протоколе как потенциально опасные. Он применяется в сфере пожаротушения, в электронной и металлургической промышленности в качестве технологической среды, известна его роль как хладагента и т.д. Его выбросы надолго остаются в атмосфере и активно накапливают инфракрасные излучения.

Пути решения проблемы

Мировое сообщество прикладывает немало усилий для выработки единой программы действий в направлении сокращения выбросов парниковых газов.

Одной из серьёзных составляющих экологической политики является утверждение стандартов на выхлопы топливных продуктов сгорания и сокращение использования топлива за счёт перехода автопромышленности на выпуск электромобилей.

Работа атомных электростанций, не использующих уголь и нефтепродукты, косвенно уже позволяет сократить количество углекислого газа в атмосфере в разы.

Транснациональные газовые и нефтяные перерабатывающие компании координируют свою деятельность с международными экологическими организациями и правительствами для борьбы с выбросами метана. К ним уже присоединилось немало крупных добывающих нефть и газ государств, таких как Нигерия, Мексика, Норвегия, США, Россия.

Существенное сокращение или запрет на вырубку лесов также может ощутимо повлиять на оздоровление окружающей среды. По мере своего роста деревья поглощают огромное количество углекислого газа. Во время спиливания они его выделяют. Снижение процента вырубки леса под пахотные земли в тропических странах уже внесло весомый вклад в оптимизацию мировых показателей выбросов парниковых газов.

Частью всемирной экологической программы являются новые европейские ограничения технологических характеристик бойлеров и водонагревателей. Все разработки таких бытовых приборов впредь должны соответствовать требованиям контроля за выбросом углекислого газа в процессе их применения. Ожидается, что при условии внедрения новых технологий на протяжении шести лет этот парниковый газ уменьшит своё присутствие в атмосфере на 136 млн. тонн.

Возобновляемая энергия – вызов парниковым газам

В последнее время появилась модная тенденция инвестировать в развитие отраслей возобновляемой энергии. Процент её использования в масштабах мирового потребления медленно, но неуклонно растёт. Её называют «зелёной энергией», так как она берёт своё начало в естественных регулярных процессах, которые происходят в природе.

Ресурсы, такие как водные потоки, ветер, солнечный свет, приливы, человек теперь научился применять для технических нужд. Процент мирового энергопотребления из возобновляемых источников к 2014 году уже подтянулся к 20-ти. Каждый год на 30% больше используется энергии ветра во всём мире. Увеличивается производство фотоэлектрических панелей. В Испании и Германии растёт популярность солнечных электростанций.

Работающие двигатели автомобилей выбрасывают парниковый газ в огромных количествах. Доказательство этого факта стало стимулом к поиску «зелёных» видов бензина. Недавние исследования показали, что биоэтанол можно рассматривать как альтернативу моторному топливу из нефтепродуктов. В рамках экологической программы Бразилия уже на протяжении нескольких лет занимается производством этанола из сахарного тростника. Его вырабатывают в больших количествах из зерновых, рисовой и кукурузной целлюлозы США. Биотопливо уже начинает частично заменять бензин во многих станах мира.

Вклад каждого

Парниковые газы и их разрушительную работу нельзя увидеть или почувствовать. Пока это всё нам ещё трудно представить. Однако данная проблема может коснуться уже следующего поколения. Думая не только о себе, люди могут принять участие в решении этой задачи уже сегодня. Если каждый из нас посадит дерево, вовремя затушит костёр в лесу, пересядет при первой же возможности на автомобиль, «заправленный» электричеством, он обязательно оставит свой след в будущем.

Парниковые газы – естественная составляющая атмосферы и основная причина богатого биологического разнообразия на планете. Из-за своего молекулярного строения они поглощают инфракрасное солнечное излучение (тепло) и удерживают его, как стекла в парнике. Без этого естественного эффекта средняя температура на Земле была бы ниже на 35 °С. За время существования планеты уровень парниковых газов колебался, но в последние века начал стремительно повышаться. Сегодня научные данные подтверждают, что большей частью этот рост вызван деятельностью человека.

Вклад человека. Усиление парникового эффекта говорит о вкладе человека в глобальное потепление. Парниковые газы попадают в атмосферу в ходе деятельности людей, в том числе сжигания ископаемых видов топлива.
С увеличением количества парниковых газов в атмосфере задерживается больше тепла. Это ускоряет естественный парниковый эффект и повышает температуру на Земле.
Рост концентрации. Основные парниковые газы – водяной пар, углекислый газ, метан и оксид азота. По сравнению с уровнем до промышленной революции количество углекислого газа выросло примерно на треть. Содержание метана увеличилось по меньшей мере в два раза.
Надежное хранилище. Леса задерживают огромное количество углерода. Когда они погибают, углерод попадает в атмосферу в виде С02. Это значит, что обезлесение влияет на повышение концентрации парниковых газов.
Метан. Глобальное потепление на 10 % вызвано метаном, содержащимся в атмосфере. Значительная часть этого мощного парникового газа – результат жизнедеятельности растений и животных. Также он выделяется при гниении мусора.
Поедатели древесины. Из-за термитов каждый год появляется около 18 млн тонн метана. Его вырабатывают бактерии, расщепляющие целлюлозу в их кишечнике.
Такая экологическая ситуация заставляет людей сидеть дома, поскольку выход на улицу в зонах выбросов парниковых газов чреват плохими последствиями. Оставаясь в жилище, жители Земли не скучают, они развлекаются с помощью современных технологий. К тому же недавно появилась игра gravity guy , которая на первый взгляд может показаться обычной бродилкой. Но на самом деле приложение очень отличается от стандартных симуляторов. Главному герою угрожает опасность, однако благодаря своим навыкам он всегда остается в живых. Многие геймеры называют эту игру усовершенствованным Чип и Дейлом для денди.

Животноводство. Во время отрыжки крупный рогатый скот, овцы и козы ежегодно испускают в атмосферу около 90 млн тонн метана.
Заливные поля. Метан в большом количестве попадает в атмосферу с заливных рисовых полей. Это побочный результат жизнедеятельности бактерий в стоячей воде.