Парниковый эффект. Выбросы парниковых газов в атмосферу, сокращение выбросов

Одним из основных парниковых газов считают диоксид углерода - углекислый газ (С02). Его роль до недавнего времени слишком подчеркивалась, на его долю относили до половины общего вклада в парниковый эффект. Однако сейчас пришли к мнению, что эта оценка была завышенной.

Инструментально доказано, что в последние десятилетия ежегодное накопление С0 2 в атмосфере составляет 0,4%. С начала XX в. уровень С0 2 в атмосфере увеличился на 31%. Эта величина существенна, чтобы повысить температуру. По самому оптимистичному сценарию, температура повысится в ближайшее столетие на 1,5-2°С, а но самому пессимистичному - почти на 6°С.

Каждый год в атмосферу из антропогенных источников поступает 6 млрд т диоксида углерода, из них 3 млрд т поглощаются растительностью в процессах фотосинтеза, оставшиеся 3 млрд т накапливаются. Общая сумма накоплений по вине человека за прошедшие 100 лет составила около 170 млрд т. Приведенные данные следует рассматривать в сопоставлении со 190 млрд т углекислого газа, которые ежегодно поступают в атмосферу вследствие естественных процессов. По оценкам ряда российских ученых, вклад антропогенной деятельности в глобальное потепление составляет лишь 10-15%, а остальное приходится на долю глобальных природных циклов. Поэтому усилия человечества на пути снижения выброса парниковых газов едва ли смогут заметно замедлить грядущее потепление.

Рост концентрации С0 2 не означает гибель для биосферы. Миллионы лет назад, в каменноугольный период, концентрация С0 2 была в 10 раз выше, чем сейчас. В тот период растительность буйно развивалась, деревья достигали больших размеров. Но для человеческой популяции условия были неблагоприятными. Предельный верхний уровень содержания С0 2 в атмосфере для человека не установлен.

Существуют разные гипотезы о причинах накопления С0 2 в атмосфере. Согласно первой, наиболее распространенной точке зрения углекислый газ накапливается в атмосфере как продукт сжигания органического топлива. Вторая гипотеза основной причиной роста содержания С0 2 считает нарушение функций микробных сообществ в почвах Сибири и части Северной Америки. Независимо от выбора гипотезы накопление диоксида углерода происходит во все увеличивающихся масштабах.

Большое воздействие на климат оказывают такие парниковые газы, как метан, оксиды азота и водяной пар.

До последнего времени недооценивалась роль метана (СН 4). Он активно участвует в парниковом эффекте. Кроме того, поднимаясь на высоту 15-20 км, метан под действием солнечных лучей разлагается на водород и углерод, который, соединяясь с кислородом, образует диоксид углерода. Это еще больше усиливает парниковый эффект.

В природе СН 4 образуется в болотах при гниении органики, его еще называют болотным газом. Метан также возникает в обширных мангровых зарослях в тропических областях. Рост концентрации СН 4 происходит в мире за счет разрушения биоты. Кроме того, он поступает в атмосферу из тектонических разломов на суше и на дне океана.

Антропогенные выбросы метана связаны с разведкой и добычей полезных ископаемых, со сгоранием минерального топлива в тепловых электростанциях и органического топлива в двигателях внутреннего сгорания транспортных средств, его выделением на животноводческих фермах. Использование азотных удобрений, выращивание риса, свалки бытовых отходов, утечки и неполное сгорание природного газа также ведут к росту выбросов метана и оксидов азота, которые являются мощными парниковыми газами. Содержание СН 4 в атмосфере, по инструментальным данным, возрастает на 1% в год. За прошедшие 100 лет рост составил 145%.

Оксиды азота накапливаются в атмосфере за год в пределах 0,2%, а общее накопление за период интенсивного промышленного развития составило около 15%. Увеличение содержания оксидов азота обусловливается сельскохозяйственной деятельностью и массовым уничтожением лесов.

Быстрое потепление климата на Земле приводит к ускорению кругооборота воды в природе, усилению испарения с водных поверхностей, что способствует накоплению водяного пара в атмосфере и активизации действия парникового эффекта. По мнению некоторых ученых, около 60% парникового эффекта вызывают пары воды. Чем больше их в тропосфере, тем сильнее парниковый эффект, а их концентрация в свою очередь зависит от приземных температур и площади водной поверхности.

Воздействие парниковых газов на климат

В группу парниковых газов входят все виды газообразных соединений, оказывающие влияние на проницаемость атмосферы для солнечных лучей и тепловой энергии. Присутствие этих газов в атмосферном воздухе служит причиной того, что часть тепловой энергии, излучаемой поверхностью Земли, не уходит в космос, а остается в приземных воздушных слоях. Чем выше содержание в атмосферном воздухе парниковых газов, тем интенсивнее перегревается поверхность планеты.

Замечание 1

В течение геологической истории Земли их содержание постоянно менялось. Одновременно происходили изменения климат ических показателей, а также ряда других параметров атмосферы, например, ее плотности, газового состава, прозрачности и т.д., во многом определяющие особенности жизнедеятельности организмов. Считается, что начиная с каменноугольного периода палеозойской эры (т.е. около 370 миллионов лет назад) содержание газов, способствующих парниковому эффекту, стабилизировалось на уровне, позволяющем поддерживать температурное равновесие планеты.

В состав группы парниковых газов входят:

• водяные пары,
• углекислый газ,
• метан,
• фреоны,
• а также оксиды азота и озон.

Естественные источники парниковых газов

До начала промышленной эры, основными источниками парниковых газов в атмосфере служили: испарение воды с поверхности Мирового океана, вулканическая деятельность и лесные пожары. В настоящее время вулканы выбрасывают в атмосферу около 0,15–0,26 млрд. тонн углекислого газа в год. Специфика вулканической деятельности заключается в крайне неравномерном поступлении оксида углерода в атмосферу.

Много его выделяется при крупных извержениях, которые происходят сравнительно редко – менее одного за десятилетие. При этом, наряду с парниковыми газами, вулканы выбрасывают и огромное количество пыли, что способствует снижению поступления солнечной радиации и некоторому похолоданию. Как показывают современные исследования, эффект наиболее крупных извержений может вызвать изменение температуры на Земле порядка нескольких десятых долей градуса, и продолжаться несколько лет. Количество водяного пара, поступающее в атмосферу за тот же период, эквивалентно испарению 355 тысяч кубических километров воды.

Антропогенные источники парниковых газов

С интенсификацией промышленности парниковые газы стали поступать в атмосферу в процессе сжигания ископаемого топлива (углекислый газ), при разработках нефтяных месторождений (метан), из-за потерь хладагентов и использования аэрозолей (фреоны), ракетных запусков (оксиды азота), работе автомобильных моторов (озон). Помимо этого, промышленная деятельность человека способствовала сокращению лесных территорий – основных природных поглотителей углекислого газа на материках.

Теоретически, при полном сжигании ископаемого топлива (при условии исчерпания всех его месторождений) в атмосферу поступит примерно такое же количество углекислого газа, которое было в течение геологической истории выведено из нее в процессе фотосинтеза и законсервировано в виде ископаемого углерода.

Поскольку самые древние (и маломощные) месторождения каустобиолитов относятся к девонскому периоду, можно предположить, что содержание углекислого газа в атмосфере будет немногим меньше, чем к концу этого периода или к началу следующего, каменноугольного периода (поскольку полная выработка всех полезных компонентов в современных месторождениях не только экономически невыгодна, но и технически крайне трудна). В это время уже существовала развитая жизнь, в том числе и наземная, однако климат существенно отличался от современного. Он был значительно теплее, более влажным, атмосфера отличалась большей плотностью. Содержание кислорода в атмосфере было близко к современному, а углекислого газа существенно больше – около 0,2%, т.е примерно в 5,6 раз выше, чем сейчас.

Парниковые газы, которые находятся в атмосферах разных планет, приводят к образованию довольно опасного явления. Речь идет именно о парниковом эффекте. На самом деле ситуацию можно назвать парадоксальной. Ведь именно парниковые газы согрели нашу планету в результате чего на ней появились первые живые организмы. Но с другой стороны, сегодня эти газы вызывают множество проблем, связанных с экологией.

На протяжении многих миллионов лет Солнце нагревало планету Земля, медленно превращая её саму в источник энергии. Часть этого тепла уходила в космическое пространство, а часть отражалась газами в атмосфере и нагревала воздух, вокруг планеты. Аналогичный процесс, похожий на сохранение тепла под прозрачной плёнкой в теплице, учёные назвали «парниковым эффектом». А газы, приводящие к возникновению такого явления, назвали парниковыми.
В эпоху формирования земного климата, парниковый эффект возникал вследствие активной вулканической деятельности. Колоссальные объемы выбросов водяного пара и углекислого газа задерживались в атмосфере. Таким образом, наблюдался гиперпарниковый эффект, который нагрел воды Мирового океана практически до точки кипения. И лишь зеленая растительность, питающаяся углекислым газом атмосферы, помогла стабилизировать температурный режим нашей планеты.
Но глобальная индустриализация, а также увеличение производственных мощностей изменили не только химический состав парниковых газов, но и сам смысл данного процесса.

Основные парниковые газы

Парниковые газы являются газообразными составляющими атмосферы природного, или антропогенного происхождения. Ученых давно интересовал вопрос: какое излучение поглощают парниковые газы? В результате кропотливых исследований они выяснили, что эти газы поглощают и переизлучают инфракрасное излучение. Они поглощают и излучают радиацию в том же инфракрасном диапазоне, что и поверхность Земли, атмосфера и облака.
К главным парниковым газам Земли относятся:

• водяной пар
• углекислый газ
• метан
• галогенированные углеводороды
• оксиды азота.

Углекислый газ (CO2) оказывает наиболее сильное влияние на климат нашей планеты. В самом начале индустриализации, а это 1750 год, его средняя глобальная концентрация в атмосфере достигала 280 ± 10 млн-1. И вообще в течение 10000 лет концентрация находилась на постоянном уровне. Однако результаты исследований говорят о том, что уже в 2005 году концентрация CO2 возросла на 35% и достигла 379 млн-1 и это за каких-то 250 лет.
Метан (СН4) находится на втором месте. Его концентрация возросла с 715 млрд-1 в доиндустриальный период до 1774 млрд-1 в 2005 году. Объем метана в атмосфере на протяжении 10000 лет плавно увеличивался с 580 млрд-1 до 730 млрд-1. А за последние 250 лет увеличился на 1000 млрд-1.
Закись азота (N2O). Объем атмосферной закиси азота в 2005 г. достигал 319 млрд-1 и возрос на 18% в сравнении с доиндустриальным периодом (270 млрд-1). Исследования ледниковых кернов говорят о том, что за 10000 лет объем N2O от естественных источников изменился меньше чем на 3%. В 21 веке почти 40% N2O, попадающего в атмосферу, обусловлено хозяйственной деятельностью, потому что это соединение является основой удобрений. Однако, стоит отметить, что N2O выполняет важную роль в химии атмосферы, потому что выступает источником NО2, который разрушает стратосферный озон. В тропосфере NО2 отвечает за образование озона и в существенно влияет на химический баланс.
Принадлежащий к числу парниковых газов тропосферный озон непосредственно влияет на климат через поглощение длинных волн радиации Земли и коротких волн радиации Солнца, а также посредством химических реакций, изменяющих объемы прочих парниковых газов, к примеру, метана. Тропосферный озон отвечает за образование важного окислителя парниковых газов - радикала - ОН.
Главная причина роста объемов тропосферного О3 кроется в повышении антропогенной эмиссии предшественников озона - химических веществ, которые нужны для его образования - прежде всего, углеводородов и окислов азота. Период жизни тропосферного озона составляет несколько месяцев, а это существенно ниже, чем у прочих парниковых газов (СО2, СН4, N2O).
Водяной пар также является очень важным естественным парниковым газом, который оказывает существенное влияние на парниковый эффект. Рост температуры воздуха приводит к росту содержания влаги в атмосфере при примерном сохранении относительной влажности, вследствие чего усиливается парниковый эффект, и температура воздуха продолжает повышаться. Водяной пар способствует росту облачности и изменению количества осадков. Хозяйственная деятельность человека оказывает влияние на эмиссию водяного пара, не более 1%. Водяной пар, вместе со способностью поглощать радиацию почти во всем инфракрасном диапазоне, тоже способствует образованию ОН - радикалов.
Стоит упомянуть и фреоны, парниковая активность которых в 1300-8500 раз выше, чем у углекислого газа. Источники фреонов - это различные холодильники и всяческие аэрозоли от антиперспирантов до спреев от комаров.

Источники парниковых газов

Выбросы парниковых газов происходят из двух категорий источников:

• естественные источники. В эпоху отсутствия промышленности главными источниками парниковых газов в атмосфере были явления испарения воды из Мирового океана, вулканы и лесные пожары. Однако на сегодняшний день вулканы выбрасывают в атмосферу лишь примерно 0,15-0,26 млрд. тонн углекислого газа в год. Объем водяного пара, за аналогичный период, можно выразить в испарении 355 тысяч кубических километров воды
• антропогенные источники. Вследствие интенсивной промышленной деятельности парниковые газы поступают в атмосферу во время сгорания ископаемого топлива (углекислый газ), в процессе разработок нефтяных месторождений (метан), вследствие утечки хладогентов и применения аэрозолей (фреоны), стартов ракет (оксиды азота), а также работе автомобильных двигателей (озон). Кроме этого, промышленная деятельность людей способствует уменьшению лесных насаждений, которые являются основными поглотителями углекислого газа на материках.

Сокращение парниковых газов

На протяжении последних ста лет человечество активно занимается разработкой единой программы действий, направленных на снижение объемов выбросов парниковых газов. Наиболее значимой составляющей экологической политики можно назвать введение нормативов на выхлопы топливных продуктов сгорания и уменьшение применения топлива посредством перехода автопрома на создание электромобилей.
Деятельность атомных электростанций, которым не нужен уголь или нефтепродукты, косвенно снижает объем углекислого газа в атмосфере. Расчет парниковых газов осуществляется по специальной формуле или в специальных программах, которые анализируют деятельность предприятий.
Значительно уменьшить или полностью запретить вырубку лесов - это также очень действенный метод в борьбе с парниковыми газами. В процессе своей жизни деревья поглощают колоссальные объемы углекислого газа. В вот в процессе вырубки деревья этот газ выделяют. Уменьшение территорий вырубки леса под пахотные земли в тропических государствах уже дало ощутимые результаты по оптимизации мировых показателей выбросов парниковых газов.
Очень радует экологов модная сегодня тенденция инвестировать в развитие разных видов возобновляемой энергии. Объемы ее использования в глобальных масштабах медленно, но постоянно растут. Она называется «зелёной энергией», потому что образуется в естественных регулярных процессах, происходящих в природе.
Человек сегодня не может увидеть или почувствовать негативное влияние парниковых газов. Но с этой проблемой вполне могут столкнуться уже наши дети. Если думать не только о себе, то можно присоединиться к решению данной проблемы уже сегодня. Нужно просто посадить дерево возле своего дома, своевременно потушить костёр в лесу, или при первой же возможности поменять вое авто на «заправленное» электричеством.

Парниковые газы поглощают отраженную энергию Солнца, делая атмосферу Земли более теплой. Большая часть солнечной энергии достигает поверхности планеты, а часть отражается обратно в космос. Некоторые газы, присутствующие в атмосфере, поглощают отраженную энергию и перенаправляют ее обратно на Землю в виде тепла. Газы, ответственные за это, называются парниковыми газами, поскольку они играют ту же роль, что и прозрачный пластик или стекло, покрывающие теплицу.

Парниковые газы и деятельность человека

Некоторые парниковые газы выделяются естественным путем в результате , вулканической активности и биологических процессов. Однако, начиная с возникновения промышленной революции на рубеже XIX века, люди выпускали в атмосферу все большее количество парниковых газов. Это увеличение ускорилось с развитием нефтехимической промышленности.

Парниковый эффект

Тепло, отраженное от парниковых газов, производит измеримое потепление поверхности Земли и океанов. Это оказывает широкомасштабное воздействие на лед, океаны, и .

Основные парниковые газы Земли:

Водяной пар

Водяной пар является наиболее сильным и важным из парниковых газов Земли. Количество водяного пара в не может быть непосредственно изменено деятельностью человека - оно определяется температурой воздуха. Чем теплее, тем выше скорость испарения воды с поверхности. В результате, увеличенное испарение приводит к большей концентрации водяного пара в нижней атмосфере, способной поглощать инфракрасное излучение и отражать его вниз.

Углекислый газ (CO2)

Углекислый газ является самым важным парниковым газом. Он высвобождается в атмосферу в результате сжигания ископаемого топлива, извержения вулканов, разложения органических веществ и передвижения транспортных средств. Процесс производства цемента приводит к выбросу большого количества углекислого газа. Вспашка земли также вызывает высвобождение большого количества углекислого газа, обычно хранящегося в почве.

Растительная жизнь, которая поглощает СО2 в , является важным естественным хранилищем углекислого газа. также может поглощать растворенный в воде CO2.

Метан

Метан (CH4) - второй наиболее важный парниковый газ после двуокиси углерода. Он более сильный, чем CO2, но присутствует в атмосфере в гораздо меньших концентрациях. CH4 может находится в атмосфере в течение более короткого времени, по сравнению с CO2 (время пребывания CH4 составляет примерно 10 лет, по сравнению с сотнями лет для CO2). Природные источники метана включают в себя: водно-болотные угодья; горение биомассы; процессы жизнедеятельности крупного рогатого скота; выращивание риса; добыча, сжигание и переработка нефти или природного газа и др. Основным природным поглотителем метана является сама атмосфера; другим - почва, где метан окисляется бактериями.

Как и в случае с СО2, деятельность человечества увеличивает концентрацию СН4 быстрее, чем метан поглощается естественным образом.

Тропосферный озон

Следующим наиболее значительным парниковым газом является тропосферный озон (O3). Он образуется в результате загрязнения воздуха и его следует отличать от естественного стратосферного О3, который защищает нас от многих разрушительных солнечных лучей. В нижних частях атмосферы озон возникает при разрушении других химических веществ (например, оксидов азота). Этот озон считается парниковым газом, но он недолговечен и хотя способен в значительной степени способствовать потеплению, его последствия обычно локальные, а не глобальные.

Второстепенные парниковые газы

Второстепенными парниковыми газами выступают оксиды азота и фреоны. Они являются потенциально опасными для . Однако в связи с тем, что их концентрации не такие значительные как вышеупомянутых газов, оценка их влияния на климат полностью не изучена.

Оксиды азота

Оксиды азота находятся в атмосфере благодаря естественным биологическим реакциям в почве и воде. Тем не менее большое количество выделяемого оксида азота вносит значительный вклад в глобальное потепление. Основным источником является производство и использование синтетических удобрений в сельскохозяйственной деятельности. Моторные автомобили выделяют оксиды азота при работе на ископаемых видах топлива, таких как бензин или дизельное топливо.

Фреоны

Фреоны представляют собой группу углеводородов с различными видами использования и характеристиками. Хлорфторуглероды широко используются в качестве хладагентов (в кондиционерах и холодильниках), вспенивателей, растворителей и др. Их производство уже запрещено в большинстве стран, но они по-прежнему присутствуют в атмосфере и наносят ущерб озоновому слою. Гидрофторуглероды служат альтернативой более вредным озоноразрушающим веществам, и вносят гораздо меньший вклад в глобальное изменение климата на планете.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

В понедельник, 30 ноября, на которой ожидается подписание глобального соглашения по снижению странами выбросов парниковых газов. Новое соглашение придёт на смену Киотскому протоколу . Конференция продлится до 11 декабря, в ней принимают участие 150 глав государств и правительств.

О том, что представляют собой парниковые газы, рассказывает АиФ.ru.

Парниковые газы — это группа газообразных соединений, которые входят в состав атмосферы Земли. Они практически не пропускают через себя тепловое излучение, исходящее от планеты. Таким образом, по мнению ряда исследователей, слой парниковых газов сильно воздействует на климат, нагревая атмосферу Земли. Этот процесс также часто называют «парниковым эффектом».

Виды парниковых газов

В список парниковых газов, согласно приложению «А» к Киотскому протоколу, входят следующие соединения:

Водяной пар — самый распространенный парниковый газ. Данных о росте его концентрации в атмосфере нет.

Диоксид карбона (углекислый газ) (СО2) — важнейший источник климатических изменений, на долю которого может приходиться около 64% глобального потепления.

Основными источниками выброса углекислого газа в атмосферу являются:

Закись азота (N2O) — третий по значимости парниковый газ Киотского протокола. На него приходится около 6 % глобального потепления. Выделяется при производстве и применении минеральных удобрений, в химической промышленности, в сельском хозяйстве и т.п.

Перфторуглероды — ПФУ (Perfluorocarbons — PFCs). Углеводородные соединения, в которых фтор частично замещает углерод. Основными источниками эмиссии этих газов является производство алюминия, электроники и растворителей.

Гидрофторуглероды (ГФУ) — углеводородные соединения, в которых галогены частично замещают водород.

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

Сокращение выбросов парниковых газов

1. Повышение эффективности использования энергии в соответствующих секторах национальной экономики;

2. Охрана и повышение качества поглотителей и накопителей парниковых газов с учетом своих обязательств по соответствующим международным природоохранным соглашениям; содействие рациональным методам ведения лесного хозяйства, облесению и лесовозобновлению на устойчивой основе;

3. Поощрение устойчивых форм сельского хозяйства в свете соображений, связанных с изменением климата;

4. Содействие внедрению, проведению исследовательских работ, разработка и более широкое использование новых и возобновляемых видов энергии, технологий поглощения диоксида углерода и инновационных экологически безопасных технологий;

5. Постепенное сокращение или устранение рыночных диспропорций, фискальных стимулов, освобождение от налогов и пошлин, субсидий, противоречащих цели Конвенции, во всех секторах-источниках выбросов парниковых газов и применение рыночных инструментов;

6. Поощрение надлежащих реформ в соответствующих секторах в целях содействия осуществлению политики и мер, ограничивающих или сокращающих выбросы парниковых газов;

7. Меры по ограничению и/или сокращению выбросов парниковых газов на транспорте;

Ограничение и/или сокращение выбросов метана путем рекуперации и использования при удалении отходов, а также при производстве, транспортировке и распределении энергии.

Данные положения Протокола носят общий характер и предоставляют Сторонам возможность самостоятельно выбирать и реализовывать тот комплекс политики и мер, который будет в максимальной степени соответствовать национальным обстоятельствам и приоритетам.

Парниковые газы в России

Основной источник выбросов парниковых газов в России это:

• энергетический сектор (71%);
• добыча угля, нефти и газа (16%);
• промышленность и строительство (около 13%).

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

Киотский протокол — международное соглашение, принятое в Киото (Япония) в декабре 1997 года в дополнение к Рамочной конвенции ООН об изменении климата (РКИК). Оно обязывает развитые страны и страны с переходной экономикой сократить или стабилизировать выбросы парниковых газов.