Парниковые газы

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Спектр пропускания атмосферы Земли в оптической и инфракрасной областях. Отмечены полосы поглощения кислорода (ультрафиолет), водяного пара, углекислого газа и озона (инфракрасная область).
Изменение концентрации содержания долгоживущих парниковых газов в атмосфере Земли

Парнико́вые га́зы — газы с высокой прозрачностью в видимом диапазоне и с высоким поглощением в среднем и дальнем инфракрасном диапазонах. Присутствие таких газов в атмосферах планет приводит к парниковому эффекту.

Основными парниковыми газами Земли являются водяной пар, углекислый газ, метан, озон и оксид азота (в порядке их оцениваемого воздействия на тепловой баланс)[1][2]. Потенциально в парниковый эффект могут вносить вклад и антропогенные галогенированные углеводороды и оксиды азота, однако ввиду низких концентраций в атмосфере оценка их вклада проблематична.

Газ
Формула
Вклад
(%) 		Концентрация в атмосфере
Водяной пар H2O 36—72 % от 0,2 % до 2,5 %
зависит от широты[3]
Углекислый газ CO2 9—26 % 405,5±0,1 ppm[4]
Метан CH4 4—9 % 1,86±0,01 ppm[4]
Озон O3 3—7 % 0,035—8 ppm,
зависит от высоты[5][6]
Оксид азота N2O 1—3 % 0,33±0,01 ppm[4][7]

Основными парниковыми газами в атмосферах Венеры и Марса является диоксид углерода, составляющий 96,5% и 95,3% атмосфер этих планет соответственно, в атмосфере Земли — водяной пар.

Водяной пар

[править | править код]

Водяной пар является основным естественным парниковым газом, который ответственен за 36—72% общего парникового эффекта для Земли[8].

В то же время, увеличение температуры Земли, вызванное другими факторами, увеличивает испарение и общую концентрацию водяного пара в атмосфере при практически постоянной относительной влажности, что, в свою очередь, повышает парниковый эффект. Таким образом, возникает некоторая положительная обратная связь, когда с увеличением средней температуры атмосферы растёт объём испарений мирового океана, что в дальнейшем ещё более интенсифицирует парниковый эффект. С другой стороны, повышение влажности способствует повышению облачности, а облака в атмосфере отражают прямой солнечный свет, тем самым увеличивая альбедо Земли. Повышенное альбедо приводит к антипарниковому эффекту, несколько уменьшая общее количество поступающего солнечного излучения к поверхности Земли и дневной прогрев нижних слоёв атмосферы.

Углекислый газ

[править | править код]
Основная статья: Углекислый газ в атмосфере Земли
Изменение концентрации CO2 за 50 лет.

Источниками углекислого газа в атмосфере Земли являются вулканические выбросы, жизнедеятельность биосферы, деятельность человека (антропогенные факторы).

Одним из основных источников углекислого газа в атмосфере являются антропогенные источники[источник не указан 1793 дня], такие как сжигание ископаемого топлива; сжигание биомассы, включая сведение лесов; некоторые промышленные процессы приводят к значительному выделению углекислоты (например, производство цемента). Лишь 45 % CO2, выброшенного вследствие деятельности человека (с 1959 года), поглощено деревьями и океанами. Более 75% выбросов углекислого газа в результате человеческой деятельности приходится на сжигание ископаемых видов топлива, остальное — результат землепользования, включающего обезлесивание[9].

Основными потребителями углекислого газа являются растения (однако в состоянии приблизительного динамического равновесия большинство биоценозов за счёт гниения биомассы производит приблизительно столько же углекислого газа, сколько и поглощает) и мировой океан[10] (диоксида углерода растворено в воде земных океанов в сто раз больше, чем присутствует в атмосфере, он содержится в виде гидрокарбонат- и карбонат-ионов, которые получаются в результате реакций между скальными породами, водой и CO2).

Антропогенная эмиссия увеличивает концентрацию углекислого газа в атмосфере, что, предположительно, является главным фактором изменения климата. Углекислый газ является «долго живущим» в атмосфере. Согласно современным научным представлениям, возможность дальнейшего накапливания СО2 в атмосфере ограничена риском неприемлемых последствий для биосферы и человеческой цивилизации, в связи с чем его будущий эмиссионный бюджет является конечной величиной. Концентрация углекислого газа в атмосфере Земли по сравнению с доиндустриальной эпохой (1750 г.) в 2017 г. возросла с 277 до 405 ppm на 46 %[4].

Вместе с годовым ростом 2,20±0,01 ppm, в течение года наблюдается периодическое изменение концентрации амплитудой 3—9 ppm, которое следует за развитием вегетационного периода в Северном полушарии. Потому как в северной части планеты располагаются все основные континенты, влияние растительности Северного полушария доминирует в годовом цикле концентрации CO2. Уровень достигает максимума в мае и минимума в октябре, когда количество биомассы, осуществляющей фотосинтез, является наибольшим[11].

Метан

[править | править код]
Основные статьи: Метан атмосфере Земли[англ.] и Гипотеза о метангидратном ружье

Время жизни метана в атмосфере составляет примерно 10 лет. Сравнительно короткое время жизни в сочетании с большим парниковым потенциалом позволяет пересмотреть тенденции глобального потепления в ближайшей перспективе.

До последнего времени считалось, что вклад метана в парниковый эффект в 25 раз сильнее, чем от углекислого газа. Однако теперь Межправительственная группа экспертов по изменению климата ООН (IPCC) утверждает, что «парниковый потенциал» метана ещё опаснее, чем оценивалось раньше. Как следует из доклада IPCC, который цитирует Die Welt, в расчете на 100 лет парниковая активность метана в 28 раза сильнее, чем у углекислого газа, а в 20-летней перспективе — в 84 раза[12][13].

В анаэробных условиях (в болотах, переувлажнённых почвах, кишечнике жвачных животных) метан образуется биогенно в результате жизнедеятельности некоторых микроорганизмов.

Основными антропогенными источниками метана являются животноводство, рисоводство, горение биомассы (в том числе уменьшение площади лесов).

Как показали недавние исследования, быстрый рост концентрации метана в атмосфере происходил в первом тысячелетии нашей эры (предположительно в результате расширения сельхозпроизводства и скотоводства и выжигания лесов для земледелия). В период с 1000 по 1700 годы концентрация метана упала на 40 %, но снова стала расти в последние столетия (предположительно в результате увеличения пахотных земель, пастбищ и выжигания лесов, использования древесины для отопления, увеличения поголовья домашнего скота, количества нечистот, выращивания риса). Некоторый вклад в поступление метана дают его утечки при разработке месторождений каменного угля и природного газа, а также эмиссия метана в составе биогаза, образующегося на полигонах захоронения отходов.

Анализ воздуха в пузырьках древних ледников свидетельствует о том, что сейчас в атмосфере Земли больше метана, чем в любое время за последние 400 000 лет. С 1750 года средняя глобальная атмосферная концентрация метана возросла на 257 процентов от приблизительно 723 до 1859 частей на миллиард по объёму (ppbv[14]) в 2017 году[4]. За последнее десятилетие, хотя концентрация метана продолжала расти, скорость роста замедлилась. В конце 1970-х годов темпы роста составили около 20 ppbv в год. В 1980-х годов рост замедлился до 9—13 ppbv в год. В период с 1990 по 1998 наблюдался рост между 0 и 13 ppbv в год. Недавние исследования (Dlugokencky и др.) показывают устойчивую концентрацию 1751 ppbv между 1999 и 2002 гг[15].

Метан удаляется из атмосферы посредством нескольких процессов. Баланс между выбросами метана и процессами его удаления в конечном итоге определяет атмосферные концентрации и время пребывания метана в атмосфере. Доминирующим является окисление с помощью химической реакции с гидроксильными радикалами (ОН). Метан реагирует с ОН в тропосфере, производя СН3 и воду. Стратосферное окисление также играет некоторую (незначительную) роль в устранении метана из атмосферы. На эти две реакции с ОН приходится около 90 % удаления метана из атмосферы. Кроме реакции с ОН известно ещё два процесса: микробиологическое поглощение метана в почвах и реакция метана с атомами хлора (Cl) на поверхности моря. Вклад этих процессов 7 % и менее 2 % соответственно[16].

Озон

[править | править код]
Основная статья: Озоновый слой

Озон необходим для жизни, поскольку защищает Землю от жёсткого ультрафиолетового излучения Солнца.

Однако ученые различают стратосферный и тропосферный озон. Первый (так называемый озоновый слой) является постоянной и основной защитой от вредного излучения. Второй же считается вредным, так как может переноситься к поверхности Земли и ввиду своей токсичности вредить живым существам. Кроме того, повышение содержания именно тропосферного озона внесло вклад в рост парникового эффекта атмосферы. По наиболее широко распространенным научным оценкам, вклад озона составляет около 25 % от вклада СО2[17].

Большая часть тропосферного озона образуется, когда оксиды азота (NOx), окись углерода (СО) и летучие органические соединения вступают в химические реакции в присутствии кислорода, водяных паров и солнечного света (в результате возможно образование фотохимического смога). Транспорт, промышленные выбросы, а также некоторые химические растворители являются основными источниками этих веществ в атмосфере. Метан, атмосферная концентрация которого значительно возросла в течение последнего столетия, также способствует образованию озона. Время жизни тропосферного озона составляет примерно 22 дня, основными механизмами его удаления являются связывание в почве, разложение под действием ультрафиолетовых лучей и реакции с радикалами OH и NO2[18].

Концентрации тропосферного озона отличаются высоким уровнем изменчивости и неравномерности в географическом распределении. Существует система мониторинга уровня тропосферного озона в США[19] и Европе[20], основанная на спутниках и наземном наблюдении. Поскольку для образования озона требуется солнечный свет, высокие уровни озона наблюдаются обычно в периоды жаркой и солнечной погоды.

Увеличение концентрации озона вблизи поверхности имеет сильное негативное воздействие на растительность, повреждая листья и угнетая их фотосинтетический потенциал. В результате исторического процесса увеличения концентрации приземного озона, вероятно, была подавлена способность поверхности суши поглощать СО2 и поэтому увеличились темпы роста СО2 в XX веке. Ученые (Sitch и др. 2007) полагают, что это косвенное воздействие на климат увеличило почти вдвое вклад приземного озона в изменение климата. Снижение загрязнения нижней тропосферы озоном может компенсировать 1-2 десятилетия эмиссии СО2, при этом экономические издержки будут относительно невелики (Wallack и Ramanathan, 2009)[21].

Оксиды азота

[править | править код]

Парниковая активность закиси азота в 264 раз выше, чем у углекислого газа. Кроме того, оксиды азота могут влиять на озоновый слой в целом.

С 1750 года средняя глобальная атмосферная концентрация закиси азота N2O возросла на 22 процента от приблизительно 269 до 329 частей на миллиард по объёму (ppbv) в 2017 году[4].

Фреоны

[править | править код]
Основная статья: Фреоны

Парниковая активность фреонов в 1300-8500 раз выше, чем у углекислого газа. Основным источником фреона являются вулканические газы. Производство фреонов человеком составляет около 0,3 % от природных выбросов.

См. также

[править | править код]

Примечания

[править | править код]
  1. ↑ Парниковый эффект: причины, последствия, парниковые газы - Российская газета. Дата обращения: 8 июня 2024. Архивировано 8 июня 2024 года.
  2. ↑ Kiehl, J. T.; Kevin E. Trenberth. Earth's Annual Global Mean Energy Budget (англ.) // Bulletin of the American Meteorological Society[англ.] : journal. — 1997. — February (vol. 78, no. 2). — P. 197—208. — ISSN 0003-0007. — doi:10.1175/1520-0477(1997)078<0197:EAGMEB>2.0.CO;2. Архивировано 29 марта 2015 года.
  3. ↑ Хромов С. П. Влажность воздуха // Большая советская энциклопедия. 3-е изд. / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская Энциклопедия, 1971. — Т. 5. Вешин — Газли. — С. 149.
  4. ↑ 1 2 3 4 5 6 Всемирная метеорологическая организация 22.11.2018 The state of the global climate Архивная копия от 9 декабря 2018 на Wayback Machine
  5. ↑ Ozone layer - Met Office. Дата обращения: 8 июня 2024. Архивировано 8 июня 2024 года.
  6. ↑ Источник. Дата обращения: 8 июня 2024. Архивировано 8 июня 2024 года.
  7. ↑ Выбросы парниковых газов: уровень, источники, программы по снижению объемов антропогенных выбросов. Дата обращения: 8 июня 2024. Архивировано 8 июня 2024 года.
  8. ↑ Водяной пар в стратосфере остановил глобальное потепление? Дата обращения: 8 июня 2024. Архивировано 8 июня 2024 года.
  9. ↑ Вызвано ли повышение содержания углекислого газа и других парниковых газов в атмосфере в индустриальную эпоху деятельностью человека? Intergovernmental panel of climate change. Дата обращения: 19 мая 2024. Архивировано 19 мая 2024 года.
  10. ↑ Ученые: океан поглощает около трети выбросов СО2, связанного с деятельностью человека. Дата обращения: 12 декабря 2019. Архивировано 15 декабря 2019 года.
  11. ↑  (англ.) Carbon Dioxide Information Analysis Center (CDIAC) — Frequently Asked Questions Архивная копия от 17 августа 2011 на Wayback Machine
  12. ↑ Почему у российского газа нет экологичной альтернативы — BBC Russian. Дата обращения: 14 мая 2014. Архивировано 14 мая 2014 года.
  13. ↑ IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change). IPCC, 2014: Climate Change 2014: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Core Writing Team, R.K. Pachauri and L.A. Meyer (eds.)]. IPCC, Geneva, Switzerland, 151 pp. Climate Change 2014: Synthesis Report.. IPCC (2015). Дата обращения: 4 августа 2016. Архивировано из оригинала 12 ноября 2018 года.
  14. ↑ Объемных частей на миллиард.
  15. ↑ Greenhouse Gas Online. Дата обращения: 21 января 2010. Архивировано 9 декабря 2010 года.
  16. ↑ The IPCC Assessment Reports. Дата обращения: 21 января 2010. Архивировано 15 сентября 2017 года.
  17. ↑ Изменение климата 2007. Обобщающий доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата, на русском. Дата обращения: 18 августа 2012. Архивировано из оригинала 30 октября 2012 года.
  18. ↑ Stevenson et al. Multimodel ensemble simulations of present-day and near-future tropospheric ozone. American Geophysical Union (2006). Дата обращения: 16 сентября 2006. Архивировано из оригинала 4 ноября 2011 года.
  19. ↑ The Air Quality Index. Дата обращения: 22 января 2010. Архивировано из оригинала 24 ноября 2005 года.
  20. ↑ Live map of ground-level ozone. Дата обращения: 22 января 2010. Архивировано 19 февраля 2010 года.
  21. ↑ The Copenhagen Diagnosis: Climate Science Report. Дата обращения: 22 января 2010. Архивировано 27 января 2010 года.

Литература

[править | править код]

Рекомендуемая литература

[править | править код]
  • Рифкин Дж. Beyond Beef: The Rise and Fall of the Cattle Culture. — N. Y.: E. P. Dutton[англ.], 1992. — XI, 353 p. — ISBN 0-525-93420-0.

Ссылки

[править | править код]
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Парниковые_газы&oldid=139607579