Парниковые газы в атмосфере и их влияние на климат Земли

Парниковые газы – это газы с высокой прозрачностью в видимой части теплового инфракрасного диапазона. Концентрации углекислого газа, метана, озона и закиси азота являются основными парниковыми газами Земли.

Увеличение их в нижних слоях атмосферы ведет к чрезмерному парниковому эффекту, что является основной причиной глобального потепления и предвестником экологической катастрофы.

Что такое парниковый эффект

Естественное явление, которое приводит к увеличению концентраций в воздухе парниковых газов и повышению температуры на поверхности планеты получило название парникового эффекта.

Из-за этого нижние слои в атмосфере нагреваются, а, следовательно, температура окружающего воздуха повышается, нарушая допустимые нормы.

Подобное явление напоминает обыкновенный парник или теплицу, которые удерживают тепло на огороде. Роль плёнки в этом случае играет углекислый газ, концентрация которого постоянно растет.

Причины парникового эффекта

Изменение теплового баланса на планете происходит из-за превышения выбросов определенных газов, в результате их накопление в слоях атмосферы приводит к развитию парникового эффекта. Это накопление и является главной причиной данного явления.

Постоянное воздействие солнечной радиации и тепловой энергии на нашу планету нагревают поверхность Земли до определенной температуры. Часть этого тепла отражается, а некоторая доля поглощается парниковыми газами, что в свою очередь приводит к повторному излучению.

Таким образом по закону сохранения энергии должна складываться сбалансированная и рациональная система обмена. Но радиационный баланс нарушает деятельность человека, которая пагубно влияет на состав воздуха Земли, что ведет к необратимым последствиям.

Выделение углекислого газа, метана, закиси азота, хлорфторуглеродов, а также выброс их в атмосферу провоцируют следующие виды деятельности человека:

• выжигание и вырубка больших площадей леса;
• выбросы выхлопных (отходящих) газов;
• сжигание угля, нефти и природного газа;
• интенсивное использование различных азотных удобрений в сельском хозяйстве;
• захоронение и сжигание отходов жизнедеятельности человека.

Источники парниковых газов

Различают две категории источников выбросов:

1. Естественные  — испарения воды из Мирового океана, вулканическая деятельность, лесные пожары.
2. Антропогенные  — индустриализация, урбанизация и стремительный рост населения планеты увеличили мировой спрос на электроэнергию, удовлетворяющегося главным образом за счет сжигания ископаемых (углекислый газ), разработка нефтяных и газовых месторождений (метан), утечки хладагентов и применение аэрозолей в холодильных установках (фреоны), старты ракет (оксиды азота), а также работа двигателей внутреннего сгорания (озон).

Естественные

В начале формирования климата Земли, источниками были естественные природные процессы, например, парниковый эффект распространялся вследствие активной вулканической деятельности. Огромные массы выбросов водяного пара и углекислого газа задерживались в атмосфере.

При этом наблюдался гиперпарниковое воздействие, которое нагревало поверхность Мирового океана.

Только благодаря зеленой растительности, поглощающей в результате фотосинтеза углекислый газ из атмосферы, удалось стабилизировать температурный режим планеты.

Антропогенные

Однако в процессе глобальной индустриализации появилось большое количество промышленных производств, заводов и электростанций, которые вызвали изменение всего процесса и в отдельности химического состава парниковых газов.

Водяной пар, метан, углекислый газ, оксиды азота и галогенированные углеводороды – главная парниковая завеса Земли.

Некоторые из газов выделяются естественным путем в результате масштабных лесных пожаров, извержения вулканов и биологических процессов.

В ходе промышленной революции на рубеже 19-20 вв., люди засоряли атмосферу колоссальным количеством выбросов газа. Подобное увеличение стало отправной точкой к чрезмерному накоплению.

Основные парниковые газы

Индустриальное развитие и экономическая деятельность человека ведет к постоянно растущему образованию примесей, создающих губительный парниковый эффект.

Водяной пар

Одним из основных газов природного происхождения является водяной пар, составляющий 60% от всего парникового явления.

Главной причиной в образовании этой глобальной проблемы стало повышение температуры воздуха, что привело к увеличению содержащейся в атмосфере влаги при сохранении относительной влажности.

Именно это и стало толчком для усиления парникового эффекта, а температура продолжает расти и по сей день. На сегодня температура на 1,5ºС больше нормы и, если гипотетически остановить все заводы мира, выбрасывающие вредные газы, то она еще не изменится в течение 20 лет.

Это говорит о серьезности проблемы.

Углекислый газ

Но самое неблагоприятное влияние на климат оказывает углекислый газ (СО2), источниками которого становятся вулканы с их выбросами и человек со своей активной деятельностью.

Растительность, поглощающая СО2 в процессе фотосинтеза, является самым важным, созданным природой хранилищем этого газа.

Тропосферный озон

Принадлежащий к числу парниковых газов озон в слоях тропосферы, непосредственно влияет на наш климат через поглощение волн радиации Земли и Солнца.

Посредством химических реакций, он изменяет объемы прочих парниковых газов, к примеру, метана (CH4). Тропосферный озон отвечает за образование важного окислителя парниковых газов – радикала ОН.

Метан

В качестве антропогенных источников CH4 выступают пищеварительная ферментация муската, рисоводство, горение больших объемов биомассы.

Он гораздо вреднее CO2, но содержание данного газа в атмосфере гораздо меньше.

Антропогенные парниковые газы

Остальные газы антропогенного происхождения – это оксид азота и фреоны. Они также потенциально опасны для нашей экологии, хотя воздействия их в существующих концентрациях в настоящее время изучено не до конца.

Фреоны

Фреоны или хладагенты, представляют собой углеводороды с различными характеристиками, без которых невозможна работа современных холодильных установок, а без холодильников жизнь для современного человека очень сильно усложнится.

Источниками фреонов и хладонов являются также рефрижераторные установки, системы кондиционирования воздуха и аэрозоли (дезодоранты и прочие).

Страны-производители фреонов:

Исследования показывают, что хлор и бром, которые содержат фреоны, разрушительно действуют на озоновый слой, образуя при этом некие озоновые дыры. Учитывая защитную функцию озона в задержке ультрафиолетового излучения от солнца, приходит понимание опасности истончения слоя – ультрафиолет губителен для нас.

Оксиды азота

Оксиды азота находятся в атмосфере благодаря естественным биологическим реакциям в почве и воде.

Свою лепту в выделение N2O в воздух способствует и само производство минеральных удобрений.

Галогенированные углеводороды

Галогенированные углеводороды – это некоторая органическая связка «углерод-галоген». Получение этих соединений происходит в результате промышленного синтеза.

Хоть и концентрации достаточно малы, но имеют высокий потенциал глобального потепления (ПГП). К тому же их количество в связи с активной деятельностью человека ежегодно растет, оказывая негативное влияние на биогеоценоз (совокупность живых организмов) нашей планеты.

Эмиссия

Для контроля за эмиссией парниковых газов была сформирована специальная система мониторинга, отчетности и проверки объема выбросов.

В ходе работы данной системы был разработан способ снижения эмиссии парниковых газов. Он заключался в широком применении преимущественно альтернативных источников энергии, таких как ветровые и солнечные энергоустановки.

Важно отметить, что вопрос эмиссии парниковых газов является актуальным для множества государств и тем самым приобретает мировой характер. Регулярно проводятся межгосударственные сравнения депонирования и антропогенной эмиссии парниковых газов.

Оценки и показатели эмиссии CO2, основанные на материалах по лесам и болотам различных государств, а также свободной статистики парниковых газов по материалам совещания в Киото 1997 года, регулярно фиксируются мировым сообществом.

Карта выбросов

На просторах интернета существуют различные сервисы и приложения для наблюдений за выбросами. Мониторинг представлен как в реальном времени, так и в архивном варианте.

Выше представлен снимок ситуации по выбросам в территории Европы, согласно подстанциям, фиксирующим данные значения.

Как рассчитываются выбросы парниковых газов

Расчет и оценка выбросов в атмосферу парниковых газов имеет сложные формы и методики. В рамках общего среднего рассмотреть их все затруднительно, поэтому воспользуемся небольшой методикой расчета выбросов от сжигания топлива автомобилями.

Как известно, автотранспорт выбрасывает в атмосферу диоксид углерода, метан и закись азота. При оценке используют региональные факторы эмиссий и расчеты по данным об общем потреблении топлива.

Расчет выбросов в ДВС производится с учетом типа ДВС.

Формула выглядит следующим образом:

• где M – выброс СО2 за год в тоннах;
• N – потребленное топливо в год (по видам);
• Q1 – табличный коэффициент окисления углерода (горения) в топливе;
• ТНЗ – теплотворное нетто-значение (смотрится по специальным таблицам);
• Q2 – коэф. Выброса углерода (табличное значение);
• 44/12 – коэф. пересчета выбросов С в СО2.

Согласно таким методикам, при ежедневном пробеге в 100 км одним автомобилем, выбрасывается 121 г СО2 на 1 км. Например, за всего лишь один рейс самолет выкидывает в атмосферу в среднем 7 тонн газов.

Что способствует усилению парникового эффекта

Усилению способствует изменения в климате, которое заключается в изменении температуры и интенсивности выпадающих осадков.

Из-за глобального потепления тают ледники и повышается уровень моря, возникают угрозы биологическому разнообразию, гибнут посевы, пропадают различные источники пресной воды.

Однако более опасной проблемой парниковый эффект станет в будущем, достигнув угрозы всеобщей экологической катастрофы. Многие территории нашей планеты и так склонные к засухе станут абсолютно не жизнеспособными, люди начнут массово мигрировать в другие регионы.

Это неизбежно приведёт к социально-экономическим проблемам. Кроме того, произойдёт следующее:

• исчезновение или смена наземных и водных экосистем;
• нарушение климатического равновесия;
• затопление низинных областей и увеличения количества;
• изменение траектории движения циклонов и антициклонов;
• вымирание ряда животных со слабой способностью к адаптации;
• нарушение круговорота главных биогенных;
• смещение климатических зон.

Влияние на климат

Парниковый эффект – это глобальный экоресурс, оказывающий влияние на климат.

Он безусловно вызовет климатические изменения, которые могут сопровождаться смешением климатических зон, что приведет к уменьшению отражающей способности поверхности земли, ледников и водоёмов.

Атмосфера станет непроницаемой для теплотрассы, и последствия приобретут глобальный характер.

Неизбежное повышение температуры воздуха и уровня Мирового океана в результате таяния ледников и морских льдов приведёт к тепловому расширению вод океана.

Воздействие на человека

Данные климатические изменения окажут сильнейшее воздействие на человека.

Активизируются процессы заболачивания, и ухудшится состояние лесных массивов. Данные последствия приведут к большим проблемам коммуникации и нарушат промышленные процессы, необходимые для поддержания жизнедеятельности человека.

Изменение климата приведет к ухудшению здоровья людей. Резкие смены температурный баланса, изменение влажности или наоборот засушливости приведет к массовой сонливости, недомоганию, обострению сердечно-сосудистых, респираторных и других заболеваний.

Так, сокращение производства продуктов питания неизбежно приведет к недоеданию и голоду.

Повышение температуры создаст благоприятную атмосферу для размножения опасных для человека животных и насекомых (например, энцефалитных клещей и малярийных комаров), являющихся переносчиками опаснейших заболеваний.

Таким образом, можно сделать вывод, что последствия парникового эффекта напрямую взаимосвязаны с человеком и его жизнедеятельностью. Если люди не будут придавать огласке данную экологическую проблему и не попытаются решить ее совместными усилиями, то это приведёт к гарантированному уничтожению всего живого на нашей планете.

Меры по снижению парникового эффекта

Наиболее эффективными мерами по снижению парникового эффекта на сегодняшний день являются:

1. Восстановления почвенного и растительного покрова с максимальными запасами органического вещества;
2. Замена ископаемого топлива другими источниками энергии – экологически безвредными, не требующими расхода кислорода при сжигании (атомная энергетика);
3. Борьба с сокращением растительного покрова земли, так как многие растения очищают воздух от парниковых газов;
4. Запрет на бесконтрольную вырубку влажных тропических лесов, которые фильтруют воздух, поглощая углекислый в процессе фотосинтеза;
5. Предотвращения вырубки лесов и увеличения лесных массивов;
6. Установка на промышленных предприятиях дополнительных фильтров;
7. Увеличение эффективности борьбы с лесными пожарами и вредителями леса;
8. Развитие альтернативных источников производства электроэнергии, использующих силы ветра, воды и Солнца;
9. Совершенствование законодательства в области экологии и принуждение недобросовестных стран к исполнению такового.

Текущее состояние климата и прогнозы

Изменение климата на Земле уже ярко выражено: аномальная жара в регионах, суровые зимы в местах, где раньше этого не замечалось.

По проведенным исследованиям ученых, 2015 год отметился увеличением средней температуры на 1,02 градуса. Она оказалась выше той температуры, которая фиксировалась в 19 веке, когда только начинались наблюдения за температурными наблюдениями. Этот порог, всего лишь в 1 градус, был превышен впервые за все наблюдения.

Многие ученые считают, что к такому повышению привела деятельность человека. Отмечено, что за первое десятилетие 21 века наблюдался самый массовый рост выбросов в атмосферу за последние 30 лет.

Всемирная метеорологическая организация отметила, что уже через 4 года, концентрация парниковых газов побила антирекорды.

На сегодня имеются положительные сдвиги в этих вопросах. Учёные отмечают роль возникшей пандемии COVID-19, которая затормозила негативные парниковые процессы. Производство встало, спрос на уголь и нефть значительно снизился, пробег автомобилей резко упал, перелёты и различные поездки в путешествия свелись к минимуму.

Все это существенно сократило выбросы главного парникового газа – диоксида углерода. Однако данная положительная динамика носит временный и неустойчивый характер, так как пандемия уже сейчас постепенно идёт на спад, а резкое возобновление и нарастание производства, чтобы вернуться хотя бы к прежним показателям, сыграет еще более пагубным воздействиям.

Прогнозы учёных тем временем весьма неутешительны. Они утверждают, что отсутствие или вялотекущая работа по охране среды государств, приведет к повышению среднегодовой температуры на 3,7-4,8 С уже к 2100 году.

В борьбу за сохранение климата на Земле, помимо ООН, включились и знаменитости. Так голливудский актер Леонардо де Каприо жертвует свои гонорары в различные экологические мероприятия.

В своих блогах и соцсетях он акцентирует внимание сообщества на катаклизмы, подчеркивая халатное отношение некоторых руководителей на существующие проблемы. В результате титанических усилий официальных лиц на обращение внимания на данные проблемы происходят некоторые сдвиги в положительную сторону.

Положительное воздействие на климат произошло благодаря установке современных очистных сооружений на заводах, прекращению сжигания попутных газов, закрытию части предприятий из-за кризиса.

Проблема в России

Россия активно участвует во всемирных программах по борьбе с выбросами парниковых газов, оказывающих отепляющее влияние на климат. В рамках Киотского протокола и Рамочной конвенции ООН наша страна принимает комплекс мер, направленных на решение экологической проблемы.

Однако, согласно официальным данным, в настоящий момент Россия находится на уровне выбросов около 52% от показателей 1990 года.

Достаточно серьезны социальные последствия изменения климата для России. В ряде регионов России участились засухи, изменился паводковый режим, увеличиваются площади заболоченных земель, сокращаются зоны уверенного земледелия. Все это наносит значительный урон относительно бедным слоям населения, связанным с аграрным сектором.

Интересные факты о парниковом эффекте

Явление парникового эффекта помимо Земли существует и на других планетах. Так, на Венере зафиксирован сильнейший парниковый эффект. Учёные считают, что гиперболизация и усиление этого эффекта происходит из-за отсутствия океанов и морей на планете.

В результате такого сильного парникового эффекта атмосфера Венеры практически полностью состоит из углекислого газа и разогревается до 475С.

Парниковый эффект необходим для поддержания нормальной температуры на Земле. Если бы данного явления не было, то температура была бы всегда минусовой и жизнь на планете оказалась невозможна.

Согласно исследованиям синоптиков, к 2080 году климат в Сибири может сильно измениться. Термометр начнёт показывать преимущественно плюсовые значения. В Сибири потеплеет. Количество осадков вырастет на 140 мм в год, а площадь вечной мерзлоты сократится в несколько раз.

Впервые о парниковом эффекте заговорили в 1827 году. Именно тогда учёный Жозефом Фурье изложил механизм скопления парниковых газов и образования вследствие парникового эффекта.

Геологи утверждают, что сегодняшние тенденции потепления повлияют в будущем на уровень моря. Он повысится на 20-60 сантиметров к концу столетия.

Согласно подсчётам исследователей, арктические льды сократились на 15% с 1950 года, а средняя продолжительность их существования сократилась.