Что такое парниковые газы в атмосфере: перечень, выбросы и их уменьшение

Парниковые газы характеризуются свойством накапливать отраженную солнечную энергию, часть которой возвращается в космическое пространство. В то же время 80% тепла достигает почвы и вод океанов, из-за чего поверхность планеты начинает постепенно нагреваться. Повышение температуры Земли может привести к необратимым климатическим изменениям, которые способны спровоцировать развитие природных катастроф, гибель живых организмов или глобальное потепление.

Планета

Откуда берутся парниковые газы

Парниковые газообразные вещества присутствуют в составе атмосферы любой из планет Солнечной системы.

Из-за высокой концентрации неорганических соединений сильно повышается температура воздуха. В некоторой степени благодаря наличию летучих соединений, способных отражать тепло солнечных лучей, на Земле поддерживаются оптимальные условия для жизнедеятельности живых организмов.

В то же время большой объем парниковых компонентов способен привести к экологической катастрофе: высокая температура способна сжечь все неприспособленные к выживанию в таких условиях формы жизни. После зарождения планеты причиной возникновения парниковых соединений являлись естественные процессы:

  • парообразование;
  • химические реакции летучих веществ в атмосфере;
  • формирование воздушного пространства;
  • образование газообразных веществ в результате нагревания земной поверхности под действием солнечного света;
  • вулканические извержения.

В начале образования атмосферы основными газами, создающими парниковое явление, были водяной пар и углекислый газ. Оба неорганических соединения концентрировались в тропосфере и нижних слоях стратосферы. Из-за их большого объема развивался мощный парниковый эффект, заставлявший воду кипеть и выбрасывать большое количество пара. Выпадали постоянные осадки. Ситуация стабилизировалась с появлением облаков и растений, которые начали поглощать углекислый газ.

С процессом гниения растений и мелких живых организмов в атмосферу начали выделяться метан и оксиды азота. Озоновый слой начал смещаться, проникая в тропосферу.

Благодаря созданному воздушному барьеру из концентрированных газов, пропускающих тепло к Земле, поверхность планеты постепенно нагревалась до оптимальной температуры. На последующих этапах формирования атмосферы объем летучих веществ был низким, поэтому не представлял экологической угрозы.

С развитием жизни и эволюции человека химический баланс воздушного пространства начал перестраиваться. Развитие промышленности и расширение сельского хозяйства начали способствовать ухудшению экологии. Кроме того, люди относились безответственно к используемым полезным ископаемым. Никто не знал о выделяющихся газах в процессе горения топлива.

Наиболее разрушительное воздействие на атмосферу оказывает животноводство: продукты жизнедеятельности скота выделяют углекислоту. С возникновением химических удобрений в воздушном пространстве начала расти концентрация азотных соединений. Негативное воздействие на химическую структуру воздуха оказывает выращивание риса.

С развитием научного прогресса люди начали задумываться об изменениях климата и экологической обстановки на планете. В ходе исследований были обнаружены газообразные вещества, увеличивающие температуру поверхности земли. Это стало причиной общей тревоги, когда ученые доказали, что нагревание почвы не останавливается. Большую часть ответственности за это явление несут рост предприятий и активные выбросы ядовитых веществ в атмосферу.

Химические заводы, крупные промышленные компании, пищевая и сельскохозяйственная отрасли выбрасывают тонны углекислого газа, метана, азотных оксидов и водного пара.

В естественных условиях эти вещества образуются в результате разложения органических материалов:

  • водорослей;
  • животных;
  • растений;
  • отходов жизнедеятельности.

Что такое парниковый эффект

Парниковый эффект — явление, при котором отраженное от парниковых газообразных компонентов тепло оказывает влияние на климат земной поверхности. Действие летучих веществ можно сравнить со стеклянной поверхностью или пластиковым брезентом, покрывающим теплицу. В результате повышается температура воздуха, почвы и воды, что приводит к необратимым изменениям в экосистеме:

  • избыточное парообразование вод Мирового океана;
  • таяние полярных льдов;
  • изменение климатических условий;
  • гибель некоторых видов животных из-за перемены климата;
  • увеличение риска глобального потепления.

Разрушительное влияние парникового эффекта наблюдается на примере планеты Венера, атмосфера которой на 90% состоит из летучей углекислоты. Отраженное от Солнца тепло увеличивает температуру ее поверхности до +500°C. Если не остановить глобальную экологическую проблему, это может привести к природной катастрофе. Частичное очищение воздушных масс на планете происходит благодаря поглощению парниковых веществ водами океана и почвой.

Парниковый эффект

Парниковый эффект характеризуется увеличением показателя среднегодовой температуры воздуха, повышением частоты природных катаклизмов. Неблагоприятная экологическая обстановка способна привести к гибели животных и растений, нанести вред здоровью людей.

Решить проблему на 100% нельзя, потому что скопление парниковых веществ к 21 веку достигло большой концентрации. Политика международных организаций по борьбе с парниковым эффектом состоит в том, чтобы регулировать процесс повышения температуры и как можно сильнее смягчать негативные последствия:

  1. Повышение уровня Мирового океана благодаря таянию полярных льдин. Острова и прибрежные зоны будут затоплены. Территория для жилого заселения сократится на 20%.
  2. Увеличение влажности вследствие необратимых климатических изменений. В регионах с умеренным климатом могут начать аномальные осадки: снегопады, бури, ураганы, дожди. В засушливых зонах резкое повышение температуры Земли способно привести к острому недостатку питьевой воды.
  3. Вымирание 42% видов животных и растений. Перемены в климате способны изменить оптимальные условия для жизни некоторых организмов, что может привести к их полному исчезновению.
  4. Сокращение площади ледников, таяние льда в высокогорье. Данные последствия могут спровоцировать сход лавин, начало масштабных оползней, сели.
  5. Сокращение объемов производства, снижение эффективности сельского хозяйства в странах с жарким и засушливым климатом. Важно помнить, что они ведут аграрную политику и поставляют большую часть пищевой продукции на мировой экономический рынок. Вследствие изменений погодных условий, снижении роста растений на пахотных землях, падеж скота начнется массовый голод. В то же время зоне умеренного выпадения осадков существует вероятность увеличения объемов урожая, но эти показатели не смогут компенсировать потерю аграрных территорий.
  6. Дефицит питьевой воды. В условиях сильного потепления Земли подземные источники пересохнут не только из-за повышения температуры, но и по причине таяния ледников.
  7. Ухудшение общего состояния здоровья человеческого населения. Ухудшение экологической обстановки, недостаток питьевой воды и продуктов питания, увеличение радиации, снижение качества воздуха могут привести к развитию заболеваний и летальному исходу.

Дефицит воды

Основные парниковые газы земли

Парниковыми веществами называются летучие соединения естественного и антропогенного происхождения, которые приводят к возникновению глобального потепления.

В ходе научных исследований было доказано, что данные вещества свободно пропускают инфракрасное излучение солнечной энергии. Такой эффект обусловлен полной прозрачностью газов и их выраженной способностью к поглощению энергии в инфракрасном диапазоне.

В результате их равномерного распределения в воздушном пространстве в высокой концентрации появляется риск сильного повышения температуры земной поверхности. Изменения условий экосистемы могут спровоцировать полное вымирание живых организмов. Существует перечень основных парниковых летучих веществ, обладающих способностью к нагреванию Земли.

Летучие соединения, относящиеся к парниковым газам Формула вещества Вклад в возникновение парникового явления, %
Водяной пар H2O 36-70
Углекислый газ CO2 10-26
Природный газ или метан CH4 6-9
Тропосферный озон O3 3-7

Основные газы обладают наиболее высокой концентрацией, поэтому первостепенная задача экологического сообщества заключается в регулировании эмиссии данных газообразных веществ.

Водяной пар

Главным парниковым газом природного происхождения является водяной пар, на долю которого приходится более 60% парникового явления. Несмотря на безвредность для окружающей среды, парообразование является основной причиной глобального потепления. В ходе экспериментальных исследований было выяснено, что данные процессы взаимосвязаны: повышение температуры воздуха увеличивает концентрацию водяного пара в воздушном пространстве.

Замкнутый цикл нельзя разорвать с помощью технологий или искусственного вмешательства. Процесс завершается самостоятельно. Высокая концентрация водяного пара приводит к возникновению антипарникового явления — формированию облаков. Плотные массы не допускают проникновения солнечных лучей к Земле, поэтому поверхность планеты постепенно остужается. Риск перегрева падает. При этом сохраняется относительная влажность воздуха.

99% причин возникновения водяного пара относится к естественным процессам, происходящим во время круговорота воды. На долю антропогенных источников выбросов летучего вещества приходится только 1%.

Водяной пар способствует образованию гидроксильных радикалов -OH в верхних слоях тропосферы и стратосферы, которые необходимы для окисления других парниковых соединений. В процессе химической реакции из вредных веществ образуются безопасные продукты, поддерживающие химический баланс в воде, почве и воздушном пространстве.

Углекислый газ

По сравнению с другими веществами, отражающими тепло солнечных лучей обратно на Землю, углекислый газ является наиболее распространенным в атмосфере. Источником его масштабного появления служат вулканические извержения, деятельность человека, дыхание живых организмов, процессы гниения органического материала. Благодаря растениям объем летучей углекислоты сокращается и перерабатывается в кислород, но этого недостаточно для трансформации всей концентрации летучего соединения.

К антропогенным источникам выбросов углекислого газа относят:

  • сжигание топлива и горючих ископаемых;
  • горение биоматериалов: дерева, органических отходов;
  • вырубка лесов;
  • химическая отрасль промышленности;
  • производство цемента.

Углекислый газ

Показатели летучего соединения находились на стабильном уровне в течение 10 000 лет и составляли около 280 млн т. Первые изменения произошли в период с 1750 по 2005 год, когда концентрация газообразного вещества увеличилась на 35% и достигла 379 млн т. Скачок показателей обусловлен развитием индустриального прогресса, возникновением крупных промышленных предприятий и химических заводов.

Метан

В период доиндустриальной эпохи основным летучим веществом, порождающим парниковый эффект, считался метан. Природный газ опаснее в 25 раз, по сравнению с углекислотой, поэтому экологические организации заинтересованы в устранении его негативных последствий для окружающей среды. Неорганическое вещество увеличивает риск наступления глобального потепления на 40%. В то же время длительность жизни метана в атмосфере составляет не более 10 лет.

Главный источник высвобождения природного газа — это жизнедеятельность организмов.

Роль метана в парниковом эффекте была зафиксирована в 1000 году н.э., когда начала прогрессировать и активно расширяться сельскохозяйственная деятельность. В качестве примеров можно привести следующие факторы:

  • увеличение количества домашнего скота;
  • расширение рисовых полей, активное выращивание злаковой культуры;
  • многочисленные пожары, в результате которых основным продуктом горения выступал метан.

Метан

В начале 18 века концентрация природного газа в воздухе резко сократилась. Показатели выброса метана в атмосферу начали расти с 1750 года и продолжают постепенно увеличиваться. Такое явление обусловлено повышением объема сжигаемого топлива, обнаружением угольных и нефтяных месторождений.

Метан удаляется благодаря нескольким процессам:

  1. Окисление с гидроксильным радикалом -OH. В ходе реакции, происходящей в тропосфере, метан распадается на безвредный метил и воду.
  2. Стратосферное окисление. Удаляет небольшой процент природного газа из воздушного пространства.

Благодаря естественным химическим реакциям из атмосферы удаляется до 90% метана. Остальные 10% приходится на поглощение летучего вещества почвой и дальнейшую его переработку микроорганизмами — около 7%, взаимодействие с атомами хлора над поверхностью морей и океанов — около 2%.

Тропосферный озон

В естественных условиях озон скапливается на высоте 20 км от земли, защищая планету от агрессивного воздействия ультрафиолетовых лучей. Такую функцию выполняет стратосферный газ. Озон, который распределяется по тропосфере, относится к категории токсичных соединений. Выделяемое вещество увеличивает риск наступления глобального потепления на 25%.

Тропосферный озон отличается коротким периодом действия — атмосферный компонент способен приносить вред только в течение 22 дней. По прошествии этого времени он связывается в почве с природными минералами и распадается на безопасные продукты под действием ультрафиолетовых лучей солнца. Благодаря естественной утилизации его вред минимален.

Климатические изменения, спровоцированные тропосферным озоном, основаны на его свойстве поглощать короткие радиоактивные волны Солнца и длинные волны Земли. Также неорганическое вещество изменяет объем другого парникового газообразного соединения — метана и отвечает за его окисление.

Основная причина увеличенной концентрации тропосферного озона заключается в повышении антропогенной эмиссии углеводородов и азотных оксидов.

Тропосферный озон

Второстепенные парниковые газы

В список наименее вредоносных газов, способствующих формированию парникового явления, входят фреоны и окись азота. Несмотря на потенциальный риск для окружающей среды, концентрация неорганических веществ в воздухе составляет остается низкой. Из-за малого объема невозможно определить степенью влияния газов на климат Земли.

Оксиды азота

Азотная окись высвобождается в атмосферу вследствие ряда биологических реакций, протекающих в естественных условиях: в почве, воде или воздухе. Рост общей численности живых организмов и расширение деятельности человека способствует увеличению выделяемого вещества в воздух. Большое количество оксида азота повышает риск глобального потепления.

Главным источником образования азотного соединения является изготовление синтетических удобрений, необходимых в сельском хозяйстве. 40% окиси выделяется благодаря интенсивному развитию химической промышленности. Оксиды содержатся и в выхлопных газах автомобилей, работающих на дизельном топливе или бензине.

Наибольшая концентрация неорганического соединения зафиксирована в тропических зонах.

Оксид азота

Объем закиси азота в 2005 году составлял около 320 млрд т. С момента доиндустриального периода, когда его количество составляло 270 млрд т, показатели концентрации газообразного вещества увеличились на 18%. При исследовании проб пузырьков воздуха, сохранившихся в ледниках, зафиксировано, что объем азотных оксидов возрос от источников естественного происхождения только на 3%. 40% выбросов неорганического соединения приходится на долю сельскохозяйственной деятельности — посадки удобрений.

Борьба с оксидами азота не осуществляется, потому как газообразные вещества играют важную роль в формировании земной атмосферы. Летучее вещество разрушает тропосферный озон и увеличивает концентрацию стратосферного озона, что благоприятно отражается на атмосферном химическом балансе. Кроме того, возрастает защита планеты от ультрафиолетового излучения.

Фреоны

Фреоны, или хладоны — это углеводороды, содержащие в своей структуре радикалы фтора, брома и хлора. Синтетические соединения использовались в качестве холодильных агентов и растворителей. После того как было обнаружено их негативное влияние на окружающую среду и организм человека, большинство стран запретили применять фреоны в процессе промышленного производства. В то же время экологи не могут полностью утилизировать старые холодильники, кондиционеры и краски. Поэтому фреоны продолжают выделяться в атмосферу и повреждать целостность озонового слоя.

Несмотря на низкую концентрацию в воздушном пространстве, парниковая активность фреонов в 1300-8500 раз превышает аналогичный показатель у летучей углекислоты. Основными источниками возникновения фреонов в окружающей среде являются старые холодильные камеры, парфюмерные и медицинские аэрозоли, баллоны.

Выброс большого количества хладонов наблюдается в процессе пожаротушения крупных кораблей, тепловых или атомных электростанций, опасных объектов с ядерным оружием, ракетным топливом, запасами горючих ископаемых. Использование фреонов на данных сооружениях обусловлено их способностью полностью поглощать тепло охлаждаемого предмета.

Фреоны

Что способствует уменьшению выбросов парниковых газов в атмосферу

Сокращение выбросов парниковых газов относится к категории наиболее приоритетных задач экологического мирового сообщества. Работа организации ориентирована на создание единой программы для безопасной утилизации природных и синтетических соединений, не наносящей вред атмосфере и здоровью людей.

В борьбе с парниковым явлением должен участвовать и быть заинтересованным каждый человек. Чтобы предотвратить ухудшение экологического состояния планеты и сократить вероятность развития потепления планеты, потребуется принять следующие меры:

  • увеличить эффективность и объемы промышленного производства за счет использования возобновляемой или зеленой энергии, остановить эксплуатацию горючих ископаемых;
  • увеличить количество лесопосадок, остановить масштабную вырубку деревьев и рационализировать работу сельскохозяйственных угодий;
  • поддерживать законопроекты по защите окружающей среды;
  • поощрять предприятия, которые придерживаются экологической ответственности: снижать налоги, увеличить финансирование;
  • повысить штраф за загрязнение природной среды;
  • предупредить дальнейшие изменения концентрации парниковых соединений.

Для решения глобальной экологической проблемы потребуется сократить производство топлива, основанного на свойствах горючих полезных ископаемых. Наибольший вклад приносит переход автомобильной промышленности на изготовление электрокаров. Альтернативным вариантом решения проблемы является использование биотоплива, которое не уступает топливу из нефтепродуктов. В Бразилии его изготавливают из сахарного тростника, европейские страны переходят на производство биоэтанола.

Атомные электростанции, деятельность которых не требует использования нефти, угля и нефтепродуктов, помогают сократить эмиссию газообразной углекислоты в 25 раз. Компании по добыче и переработке горючих полезных ископаемых должны координировать свою работу с экологическим сообществом и правительством, чтобы сократить объем выделяемого в атмосферу метана. Данный законопроект был одобрен в России, США, Мексике, Норвегии и Нигерии.

Оздоровить воздушный слой Земли поможет сокращение масштабной вырубки лесов. Важно помнить, что деревья являются основным источником кислорода и природными утилизаторами углекислого газа. Растения малых размеров не способны переработать в короткий срок большой объем вредного соединения. Во время вырубки деревья высвобождают поглощенные объемы углекислоты Спиливание лесов под сельскохозяйственные угодья должно быть остановлено правительством стран, расположенных в тропических экваториальных зонах.

Альтернативная энергия

В Западной Европе вводят ограничения по использованию бойлеров и нагревателей холодной воды. Кроме того, технические характеристики оборудования должны соответствовать стандартам контроля по выбросу CO2 в процессе их эксплуатации. В такой ситуации в течение 6 лет можно сократить объем парниковых веществ на более чем 135 млн т в атмосфере.

В программу по борьбе с глобальным потеплением входит выведение на мировой уровень технологии возобновляемой энергии.

Принципы методики основаны на природных явлениях, повторяющихся циклами. Такие неограниченные ресурсы, как вода, свет солнца, приливы и ветер, можно использовать в промышленности. В 2014 году 20% мирового энергопотребления перешли на применение возобновляемых энергоисточников. Офисы в Германии получают электричество с помощью установки солнечных панелей.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: