lovesouthernsocial.com

Дізнайтеся про основні парникові гази та їх вплив на глобальне потепління

Парникові гази (ПГ) — це гази, які поглинають частину сонячних променів і перерозподіляють їх у вигляді радіації в атмосфері, нагріваючи планету за рахунок явища, яке називається парниковий ефект. Основні парникові гази, які ми маємо: CO2, CH4, N2O, O3, галогенуглеводні та водяна пара.

Позначення парникового ефекту було дано за аналогією з опаленням, створеним теплицями, зазвичай скляними, при вирощуванні рослин. Скло дозволяє вільно проходити сонячне світло, і ця енергія частково поглинається, частково відбивається. Поглинута частина з труднощами знову проходить через скло, випромінюючи її назад у внутрішнє середовище.

Ті ж міркування можна використати для потепління Землі, де парникові гази відіграють роль скла. Сонце, будучи основним джерелом енергії Землі, випромінює набір випромінювань, який називається сонячним спектром. Цей спектр складається із світлового випромінювання (світла) і теплового випромінювання (тепло), в якому виділяється інфрачервоне випромінювання. Світлове випромінювання має коротку довжину хвилі, легко перетинає атмосферу, тоді як інфрачервоне випромінювання (теплове випромінювання) має велику довжину хвилі, з труднощами перетинає атмосферу і поглинається парниковими газами, коли вони здійснюють цей подвиг.

Перегляньте це відео, зроблене Earth Minute про те, як насправді діють парникові гази:

Також перегляньте відео про цю проблему на порталі eCycle:

Чому викликає занепокоєння посилення парникового ефекту?

Парниковий ефект, як пояснювали, є природним явищем, яке дозволяє існувати на Землі таким, яким ми його знаємо, оскільки без нього тепло виходило б назовні, викликаючи похолодання, яке зробило б планету непридатною для життя багатьох видів.

Проблема в тому, що цей ефект значно посилився через дії людини – за даними Всесвітньої метеорологічної організації (ВМО) у 2014 році був рекорд викидів CO2 в атмосферу. Ця інтенсифікація пов’язана головним чином із спалюванням викопного палива промисловістю та автомобілями, спалюванням лісів та худоби, що призводить до глобального потепління.

За даними ВМО, за останні 140 років середня глобальна температура зросла на 0,7°C. Хоча це звучить не так багато, цього було достатньо, щоб спричинити значні зміни клімату. І за прогнозом, якщо рівень забруднення продовжуватиме зростати нинішніми темпами, то в 2100 році середня температура зросте на 4,5°C до 6°C.

Це підвищення глобальної температури призводить до танення великих мас льоду в полярних регіонах, викликаючи підвищення рівня моря, що може призвести до таких проблем, як затоплення прибережних міст і вимушена міграція людей; збільшення стихійних лих, таких як урагани, тайфуни та циклони; опустелювання природних територій; частіші посухи; зміна структури опадів; проблеми у виробництві харчових продуктів, оскільки зміни температури можуть вплинути на виробничі площі; і втручання в біорізноманіття, що може призвести до зникнення багатьох видів. Тоді ми бачимо, що глобальне потепління — це більше, ніж підвищення температури — воно пов’язане з найрізноманітнішими змінами клімату.

Які основні гази викликають цей ефект?

1. CO2

Вуглекислий газ – це зріджений газ, без кольору, запаху, негорючий, розчинний у воді, слабокислий і визначений Міжурядовою групою експертів зі зміни клімату (МГЕЗК) як основний фактор глобального потепління, який становить 78% викидів людини і становить 55% загальносвітових викидів парникових газів.

Цей газ утворюється природним шляхом при диханні, розкладанні рослин і тварин і природних лісових пожежах. Його виробництво є природним і необхідним для життя, проблема полягає у величезному збільшенні цього виробництва CO2, який шкодить планеті.

Значною мірою за це збільшення концентрації вуглекислого газу в атмосфері відповідає людина. Спалювання викопного палива та вирубка лісів є двома основними видами діяльності, які сприяють високому викиду цього газу в атмосферу.

Спалювання викопного палива, речовин мінерального походження, утворених сполуками вуглецю, включаючи мінеральне вугілля, природний газ та нафтові похідні, такі як бензин і дизельне паливо, що використовуються для виробництва електроенергії та експлуатації автомобілів, є відповідальним за перебільшені викиди вуглекислого газу. в атмосферу, викликаючи забруднення та зміни теплового балансу планети. Вирубка лісів також є причиною порушення балансу вуглекислого газу в атмосфері, оскільки, крім виділення газу при спалюванні деревини, воно зменшує кількість дерев, відповідальних за фотосинтез, які поглинають CO2, присутній в атмосфері.

Посилення парникового ефекту впливає не тільки на життя на суші, але й на морське життя. Нагрівання морської води діє безпосередньо на корали. Корали — це кнідарії, які живуть у симбіозі з водоростями роду симбіодиніум (зооксантелли). Ці водорості поселяються в порожнинах екзоскелета карбонату кальцію (білого кольору) коралів, які допомагають їм видаляти сонячне світло, що проникає в морську воду, а надлишок енергії, що виробляється в результаті фотосинтезу цих водоростей, передається коралам (крім фарбування). Коли температура морської води підвищується, ці водорості починають виробляти хімічні речовини, токсичні для коралів. Щоб захистити себе, кнідарій має стратегію вигнання водоростей. Процес вигнання є травматичним, і надлишок енергії, яку водорості дали коралу, зникає за ніч. Результатом є вибілювання та загибель цих коралів (докладніше дивіться в нашій статті «Зміна клімату призведе до вибілювання коралів, попередження ООН»).

Дослідження доводять, що худоба та її побічні продукти є відповідальними за щонайменше 32 мільярди тонн вуглекислого газу (CO2) на рік, або 51% усіх викидів парникових газів у всьому світі – див. природні ресурси та шкода довкіллю в стратосферному масштабі»

Крім того, висока концентрація СО2 призводить до збільшення його парціального тиску по відношенню до газової суміші в атмосфері, що прискорює його поглинання при безпосередньому контакті з рідиною, як у випадку з океанами. Це більше поглинання викликає дисбаланс, оскільки CO2 при контакті з водою утворює вугільну кислоту (H2CO3), яка розщеплюється і вивільняє іони H+ (відповідальні за підвищення кислотності середовища), іони карбонату та бікарбонату, насичуючи океан. Закислення океану є причиною перешкоджання здатності кальцифікуючих організмів утворювати оболонки, що призводить до їх зникнення (докладніше дивіться в нашій статті «Закислення океану: серйозна проблема для життя на планеті»).

Крім того, CO2 має тривалий час перебування в атмосфері, що становить від 50 до 200 років; тож навіть якби нам вдалося припинити його випуск, планеті знадобиться багато часу, щоб відновитися. Це свідчить про необхідність максимально скоротити викиди, дозволяючи вуглекислий газ поглинатися природним чином океанами та рослинністю, особливо лісами, і використовуючи методи для нейтралізації вже викиданого CO2.

Як і вуглекислий газ, інші парникові гази впливають на планету. Для побудови порівняльної моделі потенціалів глобального потепління цих газів було створено концепцію вуглецевого еквіваленту (CO2-еквівалент). Ця концепція заснована на представленні інших парникових газів у CO2, тому парниковий ефект кожного газу в CO2 розраховується шляхом множення кількості газу на його потенціал глобального потепління (Потенціал глобального потепління - GWP), що пов'язано зі здатністю кожного з них поглинати тепло в атмосфері (радіаційна ефективність) за певний час (зазвичай 100 років), порівняно з такою ж здатністю поглинання тепла CO2.

2. CH4

Метан – безбарвний газ без запаху, мало розчинний у воді, який при додаванні в повітря стає вибухонебезпечною сумішшю. Це другий за значимістю парниковий газ, який надає близько 18% глобального потепління. Його концентрація зараз становить близько 1,72 частин на мільйон за об’ємом (ppmv), що збільшується зі швидкістю 0,9% на рік.

Його виробництво природними процесами відбувається переважно на болотах, термітах та океанах. Однак збільшення його концентрації в атмосфері пов’язано головним чином з біологічними процесами, такими як анаеробне розкладання (без кисню) організмів, травлення тварин і спалювання біомаси, крім того, що він присутній на звалищах, при очищенні рідких стоків і на сміттєзвалищах, у тваринництві, на рисових полях, у виробництві та розподілі викопного палива (газу, нафти та вугілля) та у водосховищах гідроелектростанцій.

Міжурядова група експертів зі зміни клімату (МГЕЗК) оцінила, що серед виробництва, спричиненого людським фактором, половина всіх викидів метану походить із сільського господарства, зі шлунку великої рогатої худоби та овець, із відкладень екскрементів, які використовуються як добрива, а також із плантацій рис. Оскільки зростання населення має тенденцію лише збільшуватися, так само збільшується викид метану.

Метан має менший час перебування в атмосфері (десять років) у порівнянні з вуглекислим газом, проте його потенціал зігрівання набагато більший, він має в 21 раз більший вплив, ніж CO2 (докладніше дивіться в нашій статті «Газ метан вибухає та загрожує мета 2 градусів»). На додаток до своєї високої здатності поглинати інфрачервоне випромінювання (тепло), метан утворює інші парникові гази, такі як CO2, тропосферний O3 і стратосферна водяна пара. Якби в атмосфері була однакова кількість метану і вуглекислого газу, планета була б непридатною для життя.

Великий поглинач цього парникового газу відбувається через хімічну реакцію між ним і гідроксильним радикалом (OH) у тропосфері, відповідаючи за видалення більше 90% викиду метану. Цей процес є природним, але на нього впливає реакція гідроксилу з іншими газовими викидами, що виділяються людиною, головним чином оксидом вуглецю (CO) та вуглеводнями, що виділяються двигунами транспортних засобів. На додаток до цього є дві менші поглиначі, які поглинаються аерованим ґрунтом і транспортуються в стратосферу. Для стабілізації концентрації метану в атмосфері необхідно негайно скоротити на 15-20% глобальних викидів.

3. N2O

Закис азоту – безбарвний газ, з приємним запахом, низькою температурою плавлення і кипіння, негорючий, нетоксичний і з низькою розчинністю. Це один з основних газів, що сприяє посиленню парникового ефекту і, як наслідок, глобальному потеплінню. Незважаючи на низький рівень викидів по відношенню до інших газів, його парниковий ефект приблизно в 300 разів інтенсивніший, ніж CO2, і він залишається в атмосфері тривалий час - близько 150 років. N2O може поглинати дуже велику кількість енергії, будучи газом, який найбільше руйнує озоновий шар, відповідальний за захист земної поверхні від ультрафіолетового випромінювання.

N2O може вироблятися природним шляхом в лісах і океанах. Процес його викиду відбувається під час денітрифікації азотного циклу. Азот (N2), присутній в атмосфері, захоплюється рослинами і перетворюється на аміак (NH3) або іони амонію (NH4+) у процесі, який називається нітрифікацією. Ці речовини відкладаються в грунті і згодом використовуються рослинами. Відкладений аміак може проходити процес нітрифікації, утворюючи нітрати. І через процес денітрифікації мікроорганізми, присутні в ґрунті, можуть перетворювати нітрати в газоподібний азот (N2) і закис азоту (N2O), викидаючи їх в атмосферу.

Основним джерелом викидів закису азоту для людини є сільськогосподарська діяльність (приблизно 75%), тоді як енергетика та промислове виробництво та спалювання біомаси становлять приблизно 25% викидів. IPCC зазначає, що близько 1% азотних добрив, які використовуються на плантаціях, потрапляє в атмосферу у вигляді закису азоту.

У сільськогосподарській діяльності є три джерела виробництва N2O: сільськогосподарські ґрунти, системи тваринництва та непрямі викиди. Додавання азоту в ґрунт може відбуватися за рахунок використання синтетичних добрив, гною тварин або рослинних решток. Його виділення може відбуватися через процеси нітрифікації та денітрифікації, що здійснюються бактеріями в ґрунті, або шляхом розкладання гною. Непрямі викиди можуть виникати, наприклад, внаслідок збільшення виробництва N2O у водних системах в результаті процесу вимивання (ерозії з відмиванням поживних речовин) сільськогосподарських ґрунтів.

При виробництві енергії процеси горіння можуть утворювати N2O шляхом спалювання палива та окислення атмосферного N2. Великі кількості цього ПГ викидаються транспортними засобами, обладнаними каталітичними нейтралізаторами. З іншого боку, спалювання біомаси виділяє N2O під час спалювання рослинності, спалювання сміття та вирубки лісів.

Залишається невеликий, але значний викид цього газу в атмосферу, який надходить від промислових процесів. Ці процеси включають виробництво адипінової і азотної кислоти.

Природним поглиначем цього газу є фотолітичні реакції (за наявності світла) в атмосфері. У стратосфері концентрація закису азоту зменшується з висотою, встановлюючи вертикальний градієнт швидкості його перемішування. Частина N2O, що виділяється на поверхню, піддається розкладанню, головним чином, шляхом ультрафіолетового фотолізу, потрапляючи в стратосферу через тропопаузу.

За даними МГЕЗК, для стабілізації поточних концентрацій закису азоту необхідно негайно скоротити приблизно на 70-80% його виробництва.

4. О3

Стратосферний озон є вторинним забруднювачем, тобто він не виділяється безпосередньо в результаті діяльності людини, а утворюється в результаті реакції з іншими забруднювачами, що викидаються в атмосферу.

У стратосфері ця сполука зустрічається в природі і виконує важливу функцію поглинання сонячної радіації та запобігання проникненню більшості ультрафіолетових променів. Однак, утворюючи в тропосфері від додавання інших забруднювачів, він є сильно окисним і шкідливим.

Тропосферний озон можна отримати в обмежених кількостях за рахунок витіснення стратосферного озону і в більшій кількості шляхом складних фотохімічних реакцій, пов'язаних з викидом газів людиною, як правило, діоксиду азоту (NO2) і летких органічних сполук. Ці забруднювачі в основному виділяються при спалюванні викопного палива, випаровуванні палива, тваринництві та сільському господарстві.

В атмосфері ця сполука активно сприяє посиленню парникового ефекту з більшим потенціалом, ніж СО2, і відповідає за сірий дим у містах. Його висока концентрація може спричинити проблеми для здоров’я людини, основними наслідками яких є загострення симптомів астми та дихальної недостатності, а також інших захворювань легень (емфізема, бронхіт тощо) та серцево-судинних (артеріосклероз). Крім того, тривалий вплив може призвести до зниження ємності легенів, розвитку астми та скорочення тривалості життя.

5. Галогенуглеводні

Найвідоміші галогенуглеводні в цій групі газів — це хлорфторвуглеводні (CFC), гідрохлорфторвуглеводні (HCFC) і гідрофторуглеводні (HFCs).

Хлорфторуглерод – це штучна речовина на основі вуглецю, яка містить хлор і фтор.Його почали використовувати приблизно в 1930-х роках як альтернативу аміаку (NH3), оскільки він менш токсичний і негорючий, у промисловості холодильного обладнання та кондиціонування повітря, піни, аерозолів, розчинників, засобів для чищення та вогнегасників.

Ці сполуки вважалися інертними до 1970-х років, коли було виявлено, що вони викликають діри в озоновому шарі. Зниження озонового шару сприяє проникненню ультрафіолетових променів, які викликають парниковий ефект і водночас збільшують ризики для здоров’я людини, як у випадку раку шкіри, викликаного надмірним перебуванням на сонці.

З цими даними Бразилія, серед інших країн, приєдналася до Віденської конвенції та Монреальського протоколу 1990 року, зобов’язавшись, серед інших заходів, згідно з Указом 99.280/06/06/1990 повністю виключити ХФУ до січня 2010 року. Цілі не були досягнуті, але, як повідомляє Програма розвитку Організації Об’єднаних Націй (ПРООН), існує велика тенденція до усунення пошкоджень озонового шару. Очікується, що приблизно до 2050 року шар буде відновлено до рівня до 1980 року.

Руйнування озонового шару цими сполуками велике. Деградація шару відбувається в стратосфері, де сонячне світло фотолізує ці сполуки, вивільняючи атоми хлору, які реагують з озоном, зменшуючи його концентрацію в атмосфері та руйнуючи озоновий шар.

По-перше, деградація озону відбувається шляхом розкладання молекул CFC під дією сонячної радіації в стратосфері:

CH3Cl (г) → CH3 (г) + Cl(г)

Потім атоми хлору, які вивільнилися, реагують з озоном відповідно до такого рівняння:

Cl(г) + O3 → ClO(г) + O2 (г)

Утворений ClO(g) знову вступить у реакцію з вільними атомами кисню, утворюючи більше атомів хлору, які вступлять у реакцію з киснем тощо.

ClO(г) + O (г) → Cl(г) + O2 (г)

Оскільки реакція атомів хлору з озоном відбувається в 1,5 тисячі разів швидше, ніж реакція між вільними атомами кисню, присутніми в атмосфері, які розкладають озон, відбувається інтенсивне руйнування озонового шару. Таким чином, один атом хлору здатний знищити 100 молекул озону.

Щоб замінити використання фреонів, були вироблені ГХФУ, які набагато менш шкідливі для озонового шару, але все ж завдають шкоди і є основним фактором посилення парникового ефекту.

Гази HFC взаємодіють з парниковими газами, сприяючи глобальному потеплінню. Ці гази мають набагато більшу радіоактивну ефективність, ніж вуглекислий газ, порівняно з потенціалом глобального потепління (ПГП). Розробка цих сполук зменшила проблему виснаження озонового шару, але підвищила температуру планети через глобальне потепління, викликане викидами цих сполук.

Дивіться також відео, зроблене Національним інститутом космічних досліджень (Inpe) про деградацію озонового шару фреонами.

6. Водяна пара

Водяна пара є найбільшим внеском у природний парниковий ефект, оскільки вона затримує тепло, наявне в атмосфері, і розподіляє його по планеті. Його основними природними джерелами є вода, лід і снігові поверхні, поверхня ґрунту та поверхні рослин і тварин. Перехід до пари через фізичні процеси випаровування, сублімації та транспірації.

Водяна пара є дуже мінливою складовою повітря, яка легко змінює фазу відповідно до переважаючих атмосферних умов. Ці фазові зміни супроводжуються виділенням або поглинанням прихованого тепла, яке, пов’язане з транспортуванням водяної пари через циркуляцію атмосфери, впливає на розподіл тепла по земній кулі.

Діяльність людини практично не впливає на кількість водяної пари в атмосфері. Вплив буде відбуватися опосередковано, через посилення парникового ефекту в результаті інших видів діяльності.

Холодне повітря містить мало води в порівнянні з гарячим, тому атмосфера над полярними регіонами містить невелику кількість водяної пари порівняно з атмосферою над тропічними регіонами. Отже, якщо парниковий ефект посилиться, що призведе до підвищення глобальної температури, то в атмосфері буде більше водяної пари в результаті більшої швидкості випаровування. Цей пар, у свою чергу, буде зберігати більше тепла, сприяючи посиленню парникового ефекту.

Що ми можемо зробити, щоб зменшити посилення цього явища?

Високі викиди цих парникових газів є результатом діяльності людини згідно з більшістю наукової думки. Його зниження залежить від зміни ставлення компаній, урядів і людей. Зміни в культурі необхідні для освіти, спрямованої на сталий розвиток. Необхідно, щоб більше людей почали шукати альтернативи, які викликають менший вплив і вимагають від влади та компаній, які зменшують викиди газів.

У Бразилії основними джерелами викидів парникових газів (ПГ), як фізичних одиниць, так і процесів, які викидають в атмосферу певну кількість парникових газів, є: вирубка лісів, транспорт, тваринництво, кишкове бродіння, термоелектричні установки, що працюють на викопному паливі, та промислові процеси.

Вирубка лісів є основною причиною, і її можна пом’якшити шляхом відновлення лісів та використання переробленого матеріалу. На кожну тонну переробленого паперу зберігається від 10 до 20 дерев. Це означає економію природних ресурсів (незрізані дерева продовжують поглинати CO2 за допомогою фотосинтезу), а переробка паперу споживає половину енергії, необхідної для її виробництва за допомогою звичайних процесів. Перероблена банка заощаджує енергію, еквівалентну споживання телевізора увімкненим протягом трьох годин.

Транспортний сектор є дуже актуальним з точки зору викидів від спалювання викопного палива, які можна пом’якшити за допомогою технологій, які переважають і поширені в країні, таких як етанол і біодизель, використання електричних або водневих транспортних засобів, або використання транспортні альтернативи, такі як велосипед і метро. Як і на транспорті, у термоелектричних установках заміна викопного палива більш чистою енергією, наприклад, з цукрової тростини, також допомагає зменшити викиди цих газів.

Кишкове бродіння сприяє виділенню газів через травлення жуйних тварин. Зменшити це джерело можна шляхом покращення раціону худоби та покращення пасовища (правильне удобрення ґрунту). Заміна кормових добавок добавками, які атакують найпростіших у рубці, зменшує викиди метану тварин на 10-40%. Ідея полягає в тому, що ці добавки вбивають найпростіших, які сприяють утворенню водню, що використовується бактеріями археї (присутня в кишечнику жуйних). Оскільки ці бактерії отримують енергію, поглинаючи водень і вуглекислий газ, у процесі, який призводить до утворення метану, при меншій кількості доступного водню виробляється менше метану.

Також необхідно покращити виробничий процес у галузях, шукати шляхи, щоб мати менший вплив і не викидати занадто багато парникових газів.

Ці зміни відбуватимуться лише через вимоги людей, тому потрібно, щоб усі рухалися! Якщо ми не вживемо негайних заходів, ми заплатимо дуже високу ціну за нехтування своїми діями.