Парниковый эффект. Как сократить выбросы парниковых газов
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
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 связи с выходом некоторых постановлений, писем и методических указаний природопользователи задают вопросы, касающиеся расчета выбросов парниковых газов, но у контролирующих органов пока нет четких ответов. Тем не менее вопрос активно обсуждается. Начав с базовых знаний и исторической справки о парниковых газах, постараемся осветить данную тему для всех заинтересованных лиц, даже далеких от экологии.
Что такое выбросы парниковых газов и чем они опасны: история вопроса
СЛОВАРЬ
Парниковые газы — это газы высокой прозрачности в видимом диапазоне и с высоким поглощением в дальнем инфракрасном диапазоне. Присутствие таких газов вызывает парниковый эффект — повышение температуры нижних слоев атмосферы планеты.
Для Земли первоочередное значение имеют водяной пар и углекислый газ. Увеличение количества углекислого газа за счет промышленных выбросов в атмосферу приводит к повышению приповерхностных температур, что согласно теории глобального потепления климата приводит к нарушению естественных климатических процессов.
В связи с этой опасностью необходимо снижать выбросы ПГ, и поэтому в 1997 г. было заключено соглашение в г. Киото — Киотский протокол, созданный как дополнительный документ к Рамочной конвенции ООН об изменении климата 1992 г.
В 2015 г. в г. Париже подписано новое соглашение, регулирующее меры по снижению содержания углекислого газа в атмосфере с 2020 г.
Новое соглашение Россией подписано, но не ратифицировано: летом 2016 г. бизнес-сообщество просило президента не утверждать данный документ, т.к. это плохо скажется на экономике. К тому же С. Лавров в своем выступлении на саммите глобального развития в рамках ГА ООН заявил, что Россия перевыполнила свои обязательства по достижению выбросов ПГ ниже уровня 1990 г.
Снижение выбросов парниковых газов в России: план работы
Однако на достигнутом результате мы не остановились. В нашей стране для снижения выбросов ПГ и уменьшения опасности глобального потепления в мире предпринят ряд шагов. В первую очередь разработана законодательная база по данному вопросу.
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.
Производственная деятельность человека влечет за собой вредные воздействия на атмосферу. Данный фактор уже стал банальностью и на него обращают внимание разве что специалисты в экологической сфере. Между тем вредные выбросы ставят все более острые вопросы перед организациями, занимающимися глобальными изменениями климата. В списке наиболее острых проблем на конференциях, посвященных экологии, регулярно фигурирует парниковый газ как один из самых опасных факторов влияния на атмосферу и биоту. Дело в том, что газообразные соединения этого типа не могут пропускать тепловые излучения, что способствует нагреву атмосферы. Существует несколько источников образования таких газов, среди которых и биологические явления. А теперь стоит подробнее ознакомиться с составом парниковых смесей.
Водяной пар как основной парниковый газ
Газы этого типа формируют порядка 60% от общего объема веществ, благодаря которым создается По мере роста показателей температуры Земли также увеличиваются испарение и общая концентрация в атмосфере. В то же время сохраняется прежний уровень влажности, что и способствует парниковому эффекту. Природная сущность, которой обладает парниковый газ в виде пара, несомненно, имеет положительные стороны в деле естественной регуляции атмосферного состава. Но есть и негативные последствия этого процесса. Дело в том, что на фоне повышения влажности происходит и наращивание облачной массы, которая отражает прямые лучи солнца. В результате имеет место уже антипарниковый эффект, при котором уменьшается интенсивность теплового излучения и, соответственно, прогрева атмосферы.
Углекислый газ
Среди главных источников выбросов этого типа можно назвать вулканические извержения, человеческую деятельность и процессы, происходящие в биосфере. К источникам антропогенного характера можно отнести сжигание топливных материалов и биомассы, промышленные процессы и другие факторы, приводящие к образованию углекислоты. Это тот самый парниковый газ, который активно участвует в процессах биоценоза. Он же является и самым долговечным с точки зрения пребывания в атмосфере. По некоторым сведениям, дальнейшее скапливание углекислоты в атмосферных слоях ограничено риском последствий не только для равновесия в биосфере, но и для существования человеческой цивилизации в целом. Именно такие представления являются основной мотивацией для выработки мер, противодействующих парниковому эффекту.
Метан
Сохраняется в атмосфере порядка 10 лет. Прежде считалось, что действие метана на стимуляцию парникового эффекта в 25 раз превышает углекислоту. Но последние научные исследования дали еще более пессимистичные результаты - оказалось, что потенциал воздействия этого газа был недооценен. Впрочем, ситуацию смягчает небольшой период, в ходе которого атмосфера сохраняет метан. Парниковый газ этого типа появляется в результате антропогенной деятельности. Это может быть рисоводство, пищеварительная ферментация, сведение лесных массивов и т. д. По некоторым исследованиям, интенсивный рост метановой концентрации имел место в первом тысячелетии нашей эры. Такие явления были связаны именно с расширением скотоводства и сельхозпроизводства, а также с выжиганием лесов. В последующие столетия уровень концентрации метана снижался, хотя в наши дни наблюдается обратная тенденция.
Озон
В составе парниковых газообразных смесей находятся не только опасные с точки зрения компоненты, но и благотворные части. К таким относится озон, защищающий Землю от ультрафиолетового света. Впрочем, и здесь не все однозначно. Ученые разделяют этот газ на две категории - тропосферный и стратосферный. Что касается первого, то он может представлять опасность из-за своей токсичности. Вместе с этим повышенное содержание тропосферных элементов способствует росту парникового эффекта. При этом стратосферный слой выступает основной защитой перед воздействиями вредных излучений. В регионах, где парниковый газ данного типа имеет повышенную концентрацию, наблюдают сильные воздействия на растительность, которые проявляются в угнетении фотосинтетического потенциала.
Противодействие парниковому эффекту
Существует несколько направлений, в которых ведется работа над методами сдерживания данного процесса. Среди основных мер выделяется применение инструментов регуляции взаимодействия накопителей и поглотителей парниковых газов. В частности, природоохранные соглашения на местном уровне способствуют активному развитию лесных хозяйств. Здесь же стоит отметить мероприятия по лесовозобновлению, которые уже в будущем позволят минимизировать парниковый эффект. Газ, выбрасываемый в атмосферу от производств, также поддается сокращению во многих отраслях. Для этого вводятся мероприятия по ограничению выбросов на транспорте, в производственных сферах, на электростанциях и т. д. С этой целью разрабатываются альтернативные методы переработки топлива и системы газовыведения. Например, в последнее время активно внедряется система рекуперации, благодаря которой предприятия оптимизируют процессы удаления своих отходов.
Заключение
В процессах образования парникового эффекта деятельность человека играет не самую большую роль. Это видно по доле объемов газа, которые вырабатываются антропогенными источниками. Однако именно эти вредные выбросы являются наиболее опасными для атмосферы. Поэтому экологические организации рассматривают парниковый газ как фактор негативного изменения климата. В итоге применяются средства, позволяющие сдерживать распространение и накопление вредных веществ, способствующих повышению риска глобального потепления. Причем борьба с вредными выбросами ведется в самых разных направлениях. Это касается не только заводов и предприятий, но и продукции, предназначенной для индивидуального использования.
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 . 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 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.
Загрузка...
