Найважливіші парникові гази (екосистема Землі)

Парникові гази та інші викиди, що виділяються людиною, є найважливішою причиною поточних >> кліматичних змін. На цій сторінці ви знайдете більше інформації про те, що насправді є парниковими газами, їх значення для зміни клімату та інших викидів, що впливають на клімат.

Що насправді є парниковими газами?

Парникові гази - це гази в земній атмосфері, які змінюють земний >> радіаційний бюджет. Як і кожне тепле тіло, земля віддає навколишнє теплове випромінювання. Теплове випромінювання ідеального "чорного тіла" (так фізики називають тіла, які можуть безперешкодно випромінювати своє тепло) залежить від його температури і описується законом Планка про випромінювання. Теплове випромінювання більшості реальних тіл більш-менш чітко відрізняється від цього ідеалу, оскільки їх тепловому випромінюванню перешкоджають. Це також стосується землі, як показано на наступному малюнку:

парникові

У випадку із землею, саме гази в атмосфері заважають випромінюванню тепла (як це було виявлено >> тут). Гази поглинають випромінювання на дуже конкретних довжинах хвиль, за якими їх можна чітко ідентифікувати - тому "спектри поглинання" також використовуються в аналізі навколишнього середовища для ідентифікації газів або для дослідження атмосфери далеких планет. Отже, гази, що заважають земному тепловому випромінюванню, також повинні бути чітко ідентифіковані: поглинання на довжині хвилі 15 мкм спричиняється, наприклад, діоксидом вуглецю. Коли теплове випромінювання поглинається, самі гази нагріваються і випромінюють тепло - але у всіх напрямках, не просто в космос, а й назад на землю. В результаті Земля нагрівається більше, ніж можна було б очікувати на основі сонячної радіації (>> докладніше).

Оскільки розглянуті гази не перешкоджають короткохвильовому сонячному випромінюванню, а лише тепловому випромінюванню, вони діють в атмосфері як панелі теплиці: звідси і назва парникових газів.

Внесок парникових газів у зміну клімату

Нагрівання землі парниковими газами - природний процес, без якого земля була б холоднішою на 33 градуси Цельсія (>> клімат). Але коли концентрація парникових газів збільшується внаслідок людської діяльності, температура землі також зростає - і тоді ми говоримо про техногенні зміни клімату. Зараз доведено, що діяльність людини збільшує концентрацію парникових газів (див. Також >> Приклад вуглекислого газу); На наступному малюнку показано внесок окремих парникових газів:

Частка окремих парникових газів у загальній кількості техногенних
Викиди парникових газів у 2004 році в еквіваленті вуглекислого газу - тобто,
на ілюстрації показано Внесок парникових газів у зміну клімату. Ілюстрація
з >> 4-го звіту ООН про клімат за 2007 рік, збірник, власний переклад.

Вуглекислий газ (CO2)

Вуглекислий газ був визнаний парниковим газом ірландським фізиком Джоном Тиндаллом в середині 19 століття (>> докладніше); це причина більш ніж трьох чвертей техногенного потепління, що робить його сьогодні найважливішим «штучним» парниковим газом на сьогодні. Подвоєння вмісту вуглекислого газу в атмосфері може підвищити температуру землі від 2 до 4,5 ° C (>> більше). Автор енергетичні викиди - спалювання викопного палива (вугілля, нафта, газ) для виробництва електроенергії, у промисловості, у побутових системах опалення та в дорожньому русі перевищує 30 мільярдів тонн у всьому світі (2011: 34,7 млрд. Тонн [50]) цей парниковий газ виділяється.

Додано до цього у 2011 році 3,3 млрд т від Випалювання лісів, особливо тропічні тропічні ліси Амазонки та Південно-Східної Азії. Майже половина загального обсягу викидів 38 мільярдів тонн поглинається природними стоками вуглецю, особливо океанами, а також наземними екосистемами. У середньому між 2002 і 2011 роками Світовий океан поглинув 26 відсотків (це було б у 2011 році майже 10 мільярдів тонн) та наземні екосистеми (зростаючі ліси та торфовища) 28 відсотків (це відповідало б 10,6 мільярда тонн у 2011 році; або нетто - тобто після вирахування викидів від палаючих лісів - 7,3 млрд т). Однак це значення може суттєво коливатися з року в рік залежно від стану рослинності.

Внесок відповідних джерел у збільшення
Концентрація вуглекислого газу в атмосфері (51).
(Одна тонна вуглецю еквівалентна 3,667 тонні
Вуглекислий газ; Малюнок із звіту МГЕЗК за 2007 рік
[Робоча група 1, с. 513], власний переклад).

Це залишає в середньому 17,5 мільярда тонн в атмосфері щороку, що спричиняє збільшення вмісту вуглекислого газу на 2 проміле на рік. Концентрація вуглекислого газу в атмосфері зросла з доіндустріальних 280 ppm до нинішніх 392 ppm. (Доіндустріальні значення відомі з крижаних ядер (>> детальніше); з 1958 року на Мауна-Лоа на Гаваях проводяться безперервні вимірювання, які підтверджують збільшення з тих пір; вони показані на малюнку >> тут.) Після потрапляння в атмосферу Вуглекислий газ залишається там надовго: через 1000 років половина його все ще буде в повітрі. Через таку тривалість перебування важливість вуглекислого газу для кліматичних змін у довгостроковій перспективі зросте.

У Німеччині вуглекислий газ вже становить 85 відсотків усіх парникових газів; енергетичні викиди становлять приблизно 865 млн. т/рік.

>> більше про кругообіг вуглецю та кліматичні зміни

Звідки береться вуглекислий газ?

Джерела зростаючого вуглекислого газу в земній атмосфері можна визначити різними методами, особливо значущий аналіз ізотопів: Вуглець зустрічається у двох загальних ізотопах: 12 С (близько 99 відсотків) та 13 С (близько 1 відсотка). Однак викопне паливо має нижчий коефіцієнт 13 C/12 C, ніж вуглекислий газ в атмосфері, і вони також відрізняються один від одного: цей «підпис» може бути використаний для ідентифікації вуглекислого газу з викопного палива, а коефіцієнт зменшення 13 C/12 C показує частку викопного палива у зростаючому загальному вмісті вуглекислого газу (існують також інші причини падіння співвідношення 13 C/12 C, але їх можна розрізнити; докладніше та джерела див. у звіті IPCC 2007, робоча група 1, сторінка 139).

Представлення глобальних викидів вуглецю (чорний) та
Зміна співвідношення ізотопів 13C/12C (червоний). Масштаб
відношення ізотопів показано зворотним, так що
крива зростання показує спадне співвідношення ізотопів 13C/12C
засоби. Крива надходить від вимірювальної станції Мауна-Лоа. Рис.:
Зміна клімату 2007: Основи фізичної науки. Внесок
Робоча група 1, сторінка 138.

Дихання повинно бути заборонено?

Є люди, які заперечують зміну клімату, і одним із аргументів, який вони використовують для висміювання занепокоєння щодо глобального потепління і, перш за все, ролі вуглекислого газу в ньому, є те, що на землі щодня живе понад сім мільярдів людей Видихніть два мільярди тонн вуглекислого газу - тому, перш ніж займатися промисловими викидами, спершу слід заборонити дихання.

Помилка міркувань (принаймні для тих, хто не використовує аргумент проти своїх кращих знань) полягає в тому, що видихуваний вуглекислий газ походить від розщеплення органічного вуглецю, що утворюється внаслідок фотосинтезу, який є частиною короткочасного >> вуглецевого циклу Землі. Вуглекислий газ, що видихається, не змінює концентрацію в земній атмосфері. Однак при спалюванні викопного палива виділяється вуглець, який вилучався із цього циклу ще з геологічних часів і тому знову вводиться в цикл - і, отже, призводить до збільшення концентрації в атмосфері.

Для того, щоб порівняти інші парникові гази з вуглекислим газом, ви це зробите Потенціал глобального потепління (часто скорочується як GWP після англійського потенціалу глобального потепління), що використовується для перетворення: потенціал глобального потепління вказує на те, наскільки сильний ефект речовини порівнюється з вуглекислим газом. Наприклад, потенціал глобального потепління метану становить 21, тому одна тона метану має парниковий ефект, як 21 тонна вуглекислого газу. Після вуглекислого газу двома найважливішими парниковими газами є метан та закис азоту (газ, що сміється).

Цей потенціал глобального потепління також може бути використаний для позначення концентрації всіх парникових газів в атмосфері, ця величина стає Еквівалентна концентрація вуглекислого газу і скорочено CO2e. В даний час ця концентрація становить близько 445 ppm (порівняно з 392 ppm CO2).

Інші парникові гази

метан

Метан (CH4) має потенціал глобального потепління 21 майже 15 відсотків сприяє парниковому ефекту (частка німецьких викидів становить добрі 7 відсотків). Метан завжди виробляється, коли органічний матеріал розщеплюється під розрядом кисню; головним чином це відбувається в шлунках жуйних (великої рогатої худоби та овець), при вирощуванні вологого рису та на звалищах. У деяких країнах Латинської Америки метан є найважливішим парниковим газом у сільському господарстві завдяки скотарству; з початку індустріалізації концентрація метану в атмосфері зросла на 151 відсоток.

Збільшення метану в атмосфері з 1979 року.
Джерело ілюстрації: Зведений звіт Зміна клімату: глобальні ризики,
Виклики та рішення. Копенгаген 2009, 10-12 березня.

Метан реагує в земній атмосфері з гідроксильними радикалами («радикали» в хімії - це особливо реакційноздатні атоми або молекули з неспареними електронами) і розщеплюється на діоксид вуглецю та водяну пару протягом 10-12 років. ніж метан. Однак гідроксильні радикали також беруть участь в утворенні сульфату та інших аерозолів в атмосфері, і коли радикали реагують з метаном замість інших забруднювачів повітря, концентрація охолоджуючих (>> тут) аерозолів падає: Якщо включити цей ефект по-перше, частка метану у збільшенні парникового ефекту може бути вищою, ніж передбачалося раніше (60).

Закис азоту

Закис азоту (сміється газ, N20) утворюється в ґрунті при розщепленні мінеральних азотних добрив. Це найважливіший парниковий газ, що виділяється сільським господарством у всьому світі. Потенціал глобального потепління газу, що сміється, становить 310; його частка в парниковому ефекті становить близько восьми відсотків, а концентрація в атмосфері зросла на 17 відсотків з початку індустріалізації.

Збільшення вмісту закису азоту в атмосфері з 1978 року.
Джерело ілюстрації: Зведений звіт Зміна клімату: глобальні ризики,
Виклики та рішення. Копенгаген 2009, 10-12 березня.

F-гази

ХФУ (Хлорфторуглероди) в основному використовувались як пропеленти та холодоагенти, оскільки вони сприяють руйнуванню озонового шару, їх використання значно скоротилося з 1990 року (>> тут); фторуглероди, що використовуються як замінники (ГФУ) не пошкоджують озоновий шар - але також є парниковими газами.

Кіотський протокол також включає ті, що створені в алюмінієвій промисловості перфузійні вуглеводні (PFC) та що використовується як ізолюючий газ у високовольтних вимикачах Гексафторид сірки (SF6) враховано.

А як щодо водяної пари?

Водяна пара - найважливіший природний парниковий газ (>> тут). Оскільки вміст води в повітрі залежить від температури, вміст водяної пари в атмосфері зростає із підвищенням температури і тим самим посилює дію інших парникових газів. Наприклад, парниковий ефект вуглекислого газу в абсолютно сухому повітрі був би приблизно вдвічі меншим, ніж він є насправді, тобто він подвоюється водяною парою. Цей ефект вже враховується при розгляді потенціалу глобального потепління вуглекислого газу та інших парникових газів. Окрім цього, вміст водяної пари змінюється лише регіонально внаслідок діяльності людини - наприклад, шляхом вирубки лісів або введення зрошення. Однак ці втручання не мають значного глобального впливу на водний баланс в атмосфері (61); і тому водяна пара не розглядається окремо під час обговорення глобального потепління.

Інші викиди, що змінюють клімат

Крім парникових газів, інші забруднювачі повітря можуть також змінювати енергетичний баланс Землі. На відміну від парникових газів, вони не поглинають тепло, яке випромінює земля, а нагрівають землю іншими способами.

Частинки сажі в атмосфері викликають потепління, оскільки поглинають сонячне випромінювання. Частинки сажі, які впали на снігові поверхні, зменшують альбедо (>> тут) і, таким чином, ще більше посилюють потепління. Крім того, шар сажі на льодовиках Гімалаїв прискорює їх танення; утворенню цього шару сажі сприяють на Індійському субконтиненті інверсійні погодні умови (тепле повітря накладається на навколоземне холодне повітря і перешкоджає повітрообміну) між мусонними дощами. Сажа в основному надходить від спалювання біомаси; Найбільша частка припадає на розчищення лісів вогнем, менша частка - близько п'ятої частини - спалення біомаси для приготування їжі та опалення. Інші джерела - вугільні печі (особливо в Китаї) та дизельні машини без сажових фільтрів. Загалом частинки сажі становлять 10 відсотків загального радіаційного викиду парникових газів та інших викидів.

Оксиди азоту та вуглеводні

Оксиди азоту та вуглеводні утворюють їх під впливом сонячного світла тропосферний озон (>> Літній смог - не плутати із стратосферним озоном, який утворює озоновий шар, що захищає землю від сонячного ультрафіолетового випромінювання, див. >> Атмосфера). Це також важливий парниковий газ (але входить до списку інших викидів, оскільки він не виділяється безпосередньо, а виникає від інших забруднювачів). Збільшення концентрації озону в тропосфері є найвищим у промислових агломераціях та тропічних регіонах із сильним згорянням біомаси, відповідно до утворення речовин-попередників, де вміст озону, ймовірно, потроїться у 20 столітті (80). На більших висотах озон також може транспортуватися далеко за допомогою повітряних потоків.

Джерела парникових газів

Двоокис вуглецю з викопного палива в основному відбувається при спалюванні вугілля, нафти та газу в енергетиці, транспорті, будівлях та промисловості. У промисловості додатковий діоксид вуглецю виробляється в деяких процесах - наприклад, у цементній промисловості із вапняку виходить приблизно така ж кількість вуглекислого газу, що й із викопного палива. У 2011 р. Частка викопного палива становила вугілля 43%, нафта 34% та газ 18%; цементної промисловості 5% (50). Крім того, в лісовому господарстві є вуглекислий газ, головним чином при розчищенні тропічних лісів, і парникові гази, що виділяються в сільському господарстві. Вирубка тропічних лісів (детальніше >> тут) є найбільшим внеском у викиди парникових газів у таких країнах, як Бразилія та Індонезія (в Індонезії 70 відсотків вуглекислого газу надходить від знищення лісів); Найважливішим парниковим газом із сільського господарства є закис азоту з ґрунту, за яким тісно слідує метан із шлунків жуйних тварин, таких як велика рогата худоба та вівці. Вирощування мокрого рису також є важливим джерелом. Загалом, такі частки у виробництві парникових газів дають результат для окремих секторів:

Джерела парникових газів: частка окремих секторів в
загальні викиди парникових газів в еквіваленті вуглекислого газу.
Дані за 2004 рік Рисунок з >> 4-го звіту ООН про клімат за 2007 рік,
Стрічка синтезу, власний переклад.

Історична відповідальність за парникові гази, що знаходяться в атмосфері сьогодні, стає зрозумілою, коли ми розглядаємо накопичені викиди окремих країн за період з 1880 по 2004 рік. На наступному малюнку це показано як викиди на душу населення для наочності, розмір прямокутника показує загальні викиди в країні:

Кумулятивні викиди парникових газів З 1880 по 2004 рр. Окремих країн. Ілюстрація від Девіда Дж. К. Маккея: Стала енергетика - без гарячого повітря, стор. 14. Ліцензія: >> cc 2.0. .

Незважаючи на всі знання про роль, яку відіграють парникові гази в глобальному потепленні, і незважаючи на всі політичні декларації про наміри, викиди парникових газів до цього часу безперервно зростають:

Збільшення техногенних Викиди парникових газів у мільярдах тонн еквіваленту вуглекислого газу (>> тут) на рік. Значення кольорів див. На малюнку >> вище. Зображення з >> 4-го доповіді ООН про клімат 2007 р., Збірник, власний переклад.

  • Індустріальний вік:
  • Огляд
  • Промислова революція
  • Сільське господарство
  • населення
  • Підлоги
  • сировина
  • енергія
  • води
  • повітря
  • Зміна клімату
  • Хімікалії
  • Відходи
  • Вимирання видів
  • Глобальні зміни
  • Зауваження

Вуглекислий газ. Рис. Яцек Ф.Х., з >> wikipedia, доступ 17 серпня 2010 р. Ліцензія: >> GNU FDL 1.2