До того, как человечество приступило к активному развитию промышленности, основными источниками парниковых газов были: испарение с поверхности Мирового океана, вулканическая деятельность и лесные пожары.

История цивилизации тесно связана со сжиганием топлива, начиная от использования огня и кончая современными системами выработки электричества и тепла. Основным химическим элементом твёрдого органического топлива, который участвует в процессе горения, является углерод (жидкого и газообразного - углеводороды). В результате сжигания ископаемых видов топлива, таких как уголь, и ряда иных (древесина, солома и др.) образуется углекислый газ (СО₂) по интегральной реакции углерода с кислородом:

С + О₂ = СО₂ + энергия

Рост концентрации СО₂ и некоторых других газов в атмосфере может привести к существенному потеплению климата, названному парниковым эффектом.

В энциклопедиях его определяют так: «Парниковый эффект (оранжерейный) в атмосферах планет - нагрев внутренних слоев атмосферы (Земли, Венеры и др. планет), обусловленный прозрачностью атмосферы для основной части излучения Солнца». Этот термин вошел в научный обиход в конце ХХ века, а в последние годы парниковый эффект стал широко известен как опасное явление, угрожающее всей планете.

С началом индустриальной эры парниковые газы стали попадать в атмосферу при сжигании ископаемого топлива (углекислый газ), при выращивании риса и добычи нефти (метан), из-за утечек хладагентов и использования аэрозолей (фторуглероды), ракетных запусков (оксиды азота), работе автомобильных двигателей (озон). Кроме того, промышленная деятельность человека привела к сокращению площадей, занятых лесами - основными природными поглотителями углекислого газа.

К парниковым газам, выбрасываемым в земную атмосферу, относятся следующие:

· углекислый газ;

· водяной пар;

· метан;

· озон;

· фреоны;

· иные газы (гидрофторуглероды, перфторуглероды, гексафторид серы и многие другие. Таких газов, которые также принимают участие в образовании парникового эффекта, насчитывается порядка 30 видов).

Антропогенные вещества, в отличие от естественных газов, вырабатываются в ходе человеческой деятельности. В данном случае, выбросы парниковых газов наносят непоправимый ущерб атмосфере и, как следствие, экологии на планете. Поскольку образование антропогенных веществ является следствием деятельности людей, то, в данном случае, объем выбросов парниковых газов можно контролировать, проводя определенные мероприятия, направленные на улучшение экологии на Земле.

Стоит отметить, что источников образования вредных парниковых газов существует огромное множество. Однако, по мнению специалистов, которые занимаются контролем их выбросов, наибольшее количество антропогенных веществ в атмосферу выбрасывается в результате переработки и потребления ископаемого топлива. На долю этой категории приходится порядка 82-88% образования всех парниковых газов. Переработка топлива осуществляется на многих предприятиях, для производственного цикла которых, необходимо производить нагрев какого-либо вида сырья. К этой категории также относятся и транспортные средства, работающие на двигателях внутреннего сгорания, выбрасывающих в атмосферу выхлопные газы.

Второе место по количеству образования вредных газов, выбрасываемых в атмосферу, принадлежит процессы сжигания биомассы, которая образуется в результате вырубки лесов, особенно тропических. Дело в том, что данный процесс неразрывно связан с образованием углекислого газа в больших количествах. В результате этой деятельности атмосфера на 10-12% пополняется парниковыми газами.

Остальные несколько процентов антропогенных веществ образуются в результате деятельности промышленных предприятий, занимающихся производством металла цемента, полимерных и других материалов. На долю таких производств приходится около 2% от всех остальных загрязнений.

Антропогенный рост концентрации в атмосфере парниковых газов приводит к повышению приземной температуры и изменению климата.
Список парниковых газов, подлежащих ограничению в рамках Рамочной Конвенции ООН об изменении климата (1992) определен в Приложении "А" к Киотскому протоколу (подписан в Киото (Япония) в декабре 1997 года 159 государствами) и включает двуокись углерода (CO2) и метан (CH4), закись азота (N2O), перфторуглероды (ПФУ), гидрофторуглероды (ГФУ) и гексафторид серы (SF6).

Водяной пар - самый распространенный парниковый газ - исключен из данного рассмотрения, так как нет данных о росте его концентрации в атмосфере (то есть связанная с ним опасность не просматривается).

Диоксид карбона (углекислый газ) (СО₂) - важнейший источник климатических изменений, на долю которого приходится, по оценкам, около 64% глобального потепления.

Основными источниками выброса углекислого газа в атмосферу являются производство, транспортировка, переработка и потребление ископаемого топлива (86%), сведение тропических лесов и другое сжигание биомассы (12%), и остальные источники (2%), например, производство цемента и окисление моноксида углерода. После выделения молекула двуокиси углерода совершает цикл через атмосферу и биоту и окончательно поглощается океаническими процессами или путем длительного накопления в наземных биологических хранилищах (т.е. поглощается растениями). Количество времени, при котором примерно 63% газа выводится из атмосферы, называется эффективным периодом пребывания. Оцениваемый эффективный период пребывания для углекислого газа колеблется в пределах от 50 до 200 лет.

Метан (СН₄) имеет как природное, так и антропогенное происхождение. В последнем случае он образуется в результате производства топлива, пищеварительной ферментации (например, у скота), рисоводства, сведения лесов (главным образом, вследствие горения биомассы и распада избыточной органической субстанции). На долю метана приходится, по оценкам, примерно 20% глобального потепления. Выбросы метана представляют собой значительной источник парниковых газов.

Закись азота (N₂O) - третий по значимости парниковый газ Киотского протокола. Выделяется при производстве и применении минеральных удобрений, в химической промышленности, в сельском хозяйстве и т.п. На него приходится около 6% глобального потепления.

Перфторуглероды - ПФУ (Perfluorocarbons - PFCs).Углеводородные соединения, в которых фтор частично замещает углерод. Основными источниками эмиссии этих газов являются производство алюминия, электроники и растворителей. При алюминиевой плавке выбросы ПФУ возникают в электрической дуге или при так называемых "анодных эффектах".

Гидрофторуглероды (ГФУ) - углеводородные соединения, в которых галогены частично замещают водород. Газы, созданные для замены озоноразрушающих веществ, имеют исключительно высокие ПГП (140 11700).

Гексафторид серы (SF₆) - парниковый газ, использующийся в качестве электроизоляционного материала в электроэнергетике. Выбросы происходят при его производстве и использовании. Чрезвычайно долго сохраняется в атмосфере и является активным поглотителем инфракрасного излучения. Поэтому это соединение, даже при относительно небольших выбросах, обладает потенциальной возможностью влиять на климат в течение продолжительного времени в будущем.

Парниковый эффект от разных газов можно привести к общему знаменателю, выражающему то, насколько 1 тонна того или иного газа дает больший эффект, чем 1 тонна CO₂. Для метана переводной коэффициент равен 21, для закиси азота 310, а для некоторых фторсодержащих газов несколько тысяч.

Действие парникового эффекта определяется не только содержанием углекислоты в атмосфере, но и другими отмеченными выше факторами. При анализе «парниковой модели» следует учитывать более сложный механизм становления климатических условий нашей планеты, особенно определяющую роль Солнца - источника практически всей тепловой энергии Земли. В разные периоды времени Земля получает от Солнца различное количество энергии, определяемое тремя циклами продолжительностью в 20, 40 и 100 тысяч лет. К этим глобальным циклам следует добавить локальные: одиннадцати двадцатидвухлетние.

Наряду с парниковым эффектом, который может вызвать потепление климата Земли, возможен и альтернативный эффект, связанный с нарушением теплового баланса атмосферы Земли в сторону понижения температуры. Этот эффект возможен при попадании мельчайших твердых частиц в виде несгоревшего углерода, частиц золы в верхние слои атмосферы, находящиеся за тропопаузой, где отсутствуют заметные перемещения масс воздуха. В этом случае мельчайшие твердые частицы в результате их накопления образуют слой с пониженной оптической прозрачностью. Данный слой выполняет функции своеобразного экрана, от которого отражается часть лучистой энергии Солнца, вследствие чего в низших слоях атмосферы создаются условия, способствующие снижению среднегодовой температуры.

Имеется предположение, что возникновение этого экранного слоя во многом определяется высотой дымовых труб, которая может достигать 300 м. Поэтому энергетики в свое время отказались от проектирования и строительства сверхвысоких дымовых труб (до 1 км).

Ежегодно в процессе сжигания органического топлива расходуется около 10 млрд. т кислорода, превращаемого в эквивалентные количества СО₂. За последние 20 лет ХХ века концентрация СО₂ в атмосфере выросла на 15%. Молекулы СО₂ хорошо пропускают коротковолновое солнечное излучение, но поглощают излучение в длинноволновом спектре частот, что является естественным регулятором температуры поверхности Земли. Снижение концентрации СО₂ приводит к уменьшению среднегодовой температуры планеты: при полном отсутствии СО₂ в атмосфере вся поверхность Земли покрылась бы льдом, а среднегодовая температура не превышала бы - 10°С. техногенный природный парниковый газ атмосфера

В течение миллионов лет существовало природное равновесие содержания СО₂ в атмосфере, которое сегодня нарушено довольно существенно, в первую очередь техногенной деятельностью человечества. Окислительно-восстановительные реакции горения органического топлива по меньшей мере до середины следующего столетия останутся основой быстро развивающейся энергетики мира. За это время содержание СО₂ в атмосфере может возрасти еще в несколько раз. Как следствие, в обозримом будущем следует ожидать потепления климата Земли.

Однако существует и иная точка зрения. С начала ХХ в. до 40-х годов (согласно данным гидрометеорологических наблюдений) среднегодовая температура Земли повысилась примерно на 0,7°С, а площадь арктических льдов уменьшилась на 10%. Объясняли это увеличением концентрации СО₂ в атмосфере, ростом производства и потребления энергии, однако за последние 30 лет ХХ в., несмотря на рост содержания СО₂ в два раза и продолжающееся увеличение производства и потребления энергии, температура Земли не повысилась, а снизилась. Считают, что в рассуждениях о парниковом эффекте не принимается во внимание значение аэрозолей - мельчайших твердых частиц и капель жидкости, находящихся во взвешенном состоянии в приземном слое, тропосфере и стратосфере.

В 2007 году был опубликован последний (четвертый) оценочный отчёт Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК). В нём говорится, что за период с 1906 по 2005 гг. средняя температура Земли поднялась на 0,74°С. Исследования показывают, что чувствительность равновесного климата к удвоению концентрации СО₂ находится в пределах 2,0-4,5°C, но наиболее вероятной считается чувствительность 3°C.

Причиной парникового эффекта является ряд различных газов, содержащихся в атмосфере Земли. Самую важную роль при создании парникового эффекта играют испарения воды; на втором месте стоит CO₂. Затем следуют метан (CH₄), закись азота (N2O), гидрофторуглероды (ГФУ), перфторуглероды (ПГУ), гексафторид серы (SF₆).

На содержание водяного пара (Н₂О) в атмосфере хозяйственная деятельность человека не оказывает заметного прямого влияния вследствие его большого количества: в глобальной атмосфере содержится около 1% водяного пара по объему. Его распределение по земному шару сильно зависит от температуры воздуха, которая в свою очередь определяет влагоемкость атмосферы. Время жизни водяного пара в атмосфере достаточно мало и составляет примерно 10 суток. Однако водяной пар может вносить значительный косвенный вклад в усиление парникового эффекта вследствие сильной положительной обратной связи: увеличение температуры воздуха вызывает повышение влагосодержания атмосферы, которое в свою очередь вызывает усиление парникового эффекта и тем самым способствует дальнейшему повышению температуры воздуха. Влияние водяного пара может также проявляться через увеличение облачности и изменение количества осадков.

Диоксид углерода (СО₂) является наиболее важным из перечисленных выше парниковых газов по влиянию на климат.

В четвертом оценочном докладе МГЭИК отмечается беспрецедентное по скорости увеличение концентрации СО₂ в атмосфере за последние 250 лет. Согласно данным ледниковых кернов в Антарктике, концентрация СО₂ в атмосфере в ледниковые периоды составляла - 190 ppm (миллионных долей), а в межледниковые периоды - 280 ppm. В течение последних 10000 лет она изменялась не более чем на 20 ppm, причем эти изменения были обусловлены естественными причинами. После 1750 г. концентрация СО₂ увеличилась на 35% и в настоящий момент составляет примерно 385 ppm.

Таблица

Оценки глобальных естественных и антропогенных источников метана за последние 20 лет

Глава 2. Решение проблемы парникового эффекта

1. Виды, источники парниковых газов и их влияние на климат Земли [Электронный ресурс] // OzonProgram

2. Источники выбросов парниковых газов [Электронный ресурс] / RREC

3. Выбросы парниковых газов [Электронный ресурс] // Горная Энциклопедия. Новости

4. Электроэнергетика и охрана окружающей среды. Функционирование энергетики в современном мире. Сжигание топлива и парниковый эффект [Электронный ресурс] // Энергетика. История, настоящее и будущее

5. Парниковые газы в фактах и цифрах [Электронный ресурс] // EuroNews

6. Парниковые газы. Справка [Электронный ресурс] // Риа Новости

Размещено на allbest.ru