Познайте основните парникови газове и тяхното влияние върху глобалното затопляне
Парниковите газове (ПГ) са газове, които поглъщат част от слънчевите лъчи и ги преразпределят под формата на радиация в атмосферата, загрявайки планетата във феномен, наречен парников ефект. Основните парникови газове, които имаме, са: CO2, CH4, N2O, O3, халокарбонати и водни пари.
Името парников ефект е дадено по аналогия с отоплението, генерирано от оранжерии, обикновено от стъкло, при отглеждане на растения. Стъклото позволява свободното преминаване на слънчева светлина и тази енергия отчасти се абсорбира, отчасти отразява. Погълнатата част има затруднения да премине отново през стъклото, като се излъчва обратно към вътрешната среда.
Същите разсъждения могат да се използват за затопляне на Земята, където парниковите газове играят ролята на стъкло. Слънцето, като основен източник на енергия на Земята, излъчва набор от радиация, наречена слънчев спектър. Този спектър е съставен от светеща радиация (светлина) и калорична радиация (топлина), в която се откроява инфрачервеното лъчение. Светещото излъчване е с къса дължина на вълната, лесно преминаващо през атмосферата, докато инфрачервеното излъчване (топлинното излъчване) има дълга дължина на вълната, изпитвайки затруднения при преминаване през атмосферата и абсорбиране от парникови газове при извършване на този подвиг.
Гледайте това видео, продуцирано от Minuto da Terra за това как действително действат парниковите газове:
Вижте и видеото на eCycle Portal по въпроса:
Защо засилването на парниковия ефект е тревожно?
Както е обяснено, парниковият ефект е естествен феномен, който позволява живот на Земята, какъвто го познаваме, тъй като без него топлината би излязла, причинявайки охлаждане, което би направило планетата необитаема за много видове.
Проблемът е, че този ефект се е засилил значително поради човешките действия - има данни за емисии на CO2 в атмосферата през 2014 г., според Световната метеорологична организация (WMO). Това засилване се дължи главно на изгарянето на изкопаеми горива, от промишлеността и автомобилите, изгарянето на горите и добитъка, което води до глобално затопляне.
Според WMO през последните 140 години средната глобална температура се е увеличила с 0,7 ° C. Въпреки че не изглежда много, това беше достатъчно, за да предизвика значителни климатични промени. И прогнозата е, че ако степента на замърсяване продължи да нараства при сегашните темпове, през 2100 г. средната температура ще се увеличи от 4,5 ° C до 6 ° C.
Това повишаване на глобалната температура води до топене на големи маси лед в полярните региони, което води до повишаване на морското равнище, което може да доведе до проблеми като потапяне на крайбрежни градове и принудителна миграция на хора; увеличаване на природните бедствия като урагани, тайфуни и циклони; опустиняване на природни зони; най-чести суши; промени в моделите на валежите; проблеми в производството на храни, тъй като промените в температурата могат да засегнат производствените площи; и намеса в биоразнообразието, което може да доведе до изчезване на няколко вида. Тогава можем да видим, че глобалното затопляне е повече от повишаване на температурата - то е свързано с най-разнообразните климатични промени.
Кои са основните газове, които причиняват този ефект?
1. CO2
Въглеродният диоксид е втечнен, безцветен, без мирис, незапалим, водоразтворим, леко кисел газ и е назначен от Междуправителствената група за изменение на климата (IPCC) като основен фактор за глобалното затопляне, тъй като 78% от човешките емисии и представляват 55% от общите глобални емисии на парникови газове.
Този газ се получава естествено при дишане, чрез разлагане на растения и животни и чрез естествено изгаряне в горите. Производството му е естествено и от съществено значение за живота, проблемът е в голямото увеличение на това производство на CO2, което уврежда планетата.
Човекът е до голяма степен отговорен за това увеличаване на концентрацията на въглероден диоксид в атмосферата. Изгарянето на изкопаеми горива и обезлесяването са двете основни дейности, които допринасят за голямото изпускане на този газ в атмосферата.
Изгарянето на изкопаеми горива, вещества от минерален произход, образувани от въглеродни съединения, сред които минерални въглища, природен газ и петролни деривати, като бензин и дизелово гориво, използвани за производство на електричество и мощност на автомобили, са отговорен за прекомерната емисия на въглероден диоксид в атмосферата, причинявайки замърсяване и промяна в топлинния баланс на планетата. Обезлесяването също е отговорно за причиняването на дисбаланс на въглероден диоксид в атмосферата, тъй като освен че отделя газ чрез изгаряне на дървесина, той намалява броя на дърветата, отговорни за фотосинтезата, които абсорбират СО2, присъстващ в атмосферата.
Засилването на парниковия ефект не само влияе върху земния живот, но също така има голямо влияние върху морския живот. Нагряването на морската вода действа директно върху коралите. Коралите са книдарии, които живеят в симбиоза с водорасли от рода Symbiodinium(зооксантели). Тези водорасли се настаняват в кухините на екзоскелета на калциевия карбонат (бял цвят) на коралите, които им помагат да премахнат слънчевата светлина, която навлиза в морските води, а излишната енергия, произведена чрез фотосинтезата на тези водорасли, се прехвърля към коралите ( освен че му придава цвят). Когато температурата на морската вода се повиши, тези водорасли започват да произвеждат химикали, токсични за коралите. За да се защити, книдарят има стратегията да изгони водораслите. Процесът на изгонване е травматичен и излишната енергия, която водораслите са дали на корала, изчезва за една нощ. Резултатът е избелването и смъртта на тези корали (вижте повече в нашата статия „Изменението на климата ще доведе до избелване на корали, предупреждение на ООН“).
Проучванията показват, че добитъкът и неговите странични продукти са отговорни за поне 32 милиарда тона въглероден диоксид (CO2) годишно, или 51% от всички емисии на парникови газове в света - вижте повече на „Далеч отвъд експлоатацията на животни: говедовъдството насърчава потреблението на природни ресурси и увреждането на околната среда в стратосферни мащаби“
В допълнение, високата концентрация на CO2 увеличава парциалното му налягане по отношение на газовата смес в атмосферата, което ускорява абсорбцията й при директен контакт с течност, както в случая с океаните. Това по-голямо усвояване причинява дисбаланс, тъй като CO2, в контакт с вода, образува въглеродна киселина (H2CO3), която се разгражда и освобождава йони H + (отговорни за повишаването на киселинността в средата), карбонатни и бикарбонатни йони, насищайки Океан. Подкисляването на океана е отговорно за възпрепятстването на способността на калцифициращите организми да образуват черупки, което води до тяхното изчезване (вижте повече в нашата статия "Подкисляването на океана: сериозен проблем за живота на планетата").
Освен това CO2 има дълго време на престой в атмосферата, което варира от 50 до 200 години; така че дори да успеем да спрем да го издаваме, ще отнеме много време на възстановяването на планетата. Това показва необходимостта от намаляване на емисиите до максимум, позволявайки въглеродният диоксид да се абсорбира естествено от океаните и растителността, главно от горите, и използвайки техники за неутрализиране на вече емитирания CO2.
Подобно на въглеродния диоксид, други парникови газове въздействат на планетата. За да се изгради сравнителен модел между потенциала за глобално затопляне на тези газове, е създадена концепцията за въглероден еквивалент (CO2-еквивалент). Тази концепция се основава на представянето на другите парникови газове в CO2, така че парниковият ефект на всеки газ в CO2 се изчислява чрез умножаване на количеството газ по неговия потенциал за глобално затопляне (GWP) , което е свързано със способността на всеки от тях да абсорбира топлина в атмосферата (радиационна ефективност) за даден момент (обикновено 100 години), в сравнение със същия капацитет за абсорбиране на топлина от CO2.
2. СН4
Метанът е безцветен газ без мирис, с малка разтворимост във вода и който при добавяне към въздуха се превръща във силно експлозивна смес. Това е вторият по важност парников газ, допринасящ за около 18% от глобалното затопляне. Днес концентрацията му е около 1,72 части на милион на обем (ppmv), като се увеличава със скорост от 0,9% годишно.
Производството му по естествени процеси идва главно от блата, термитни дейности и океани. Повишаването на концентрацията му в атмосферата обаче се дължи главно на биологични процеси, като анаеробно разлагане (без кислород) на организми, храносмилане на животни и изгаряне на биомаса, освен че присъства в сметищата, при пречистването на течни отпадъчни води и сметища. , в говедовъдството, в оризовите полета, в производството и разпространението на изкопаеми горива (газ, нефт и въглища) и във водноелектрическите резервоари.
Сред резултатите, произтичащи от човешкия фактор, беше оценено от Междуправителствената група за изменение на климата (IPCC), че половината от всички емисии на метан произхождат от селското стопанство, от стомаха на говедата и овцете, от екскрементите, използвани като торове, а също и от насажденията от ориз. Тъй като растежът на населението има тенденция само да се увеличава, също така се отделя и метан.
Метанът има по-кратко време на престой (десет години) в атмосферата в сравнение с въглеродния диоксид, но потенциалът му за нагряване е много по-голям, като има 21 пъти по-голямо въздействие от CO2 (вижте повече в статията ни „Газът метан пожари и заплашва целта 2 градуса ”). В допълнение към високия капацитет за абсорбиране на инфрачервеното лъчение (топлина), метанът генерира и други парникови газове, като CO2, тропосферна O3 и стратосферни водни пари. Ако в атмосферата имаше равни количества метан и въглероден диоксид, планетата би била необитаема.
Голяма мивка на този парников газ възниква чрез химическата реакция между него и хидроксилния радикал (ОН) в тропосферата, отговарящ за отстраняването на повече от 90% от излъчения метан. Този процес е естествен, но той се влияе от реакцията на хидроксил с други газови емисии, генерирани от човека, главно въглероден окис (CO) и въглеводороди, отделяни от двигателите на превозните средства. В допълнение към това има две по-малки мивки, които се абсорбират от аерирани почви и се транспортират до стратосферата. За да може метанът да стабилизира своите концентрации в атмосферата днес, ще е необходимо незабавно намаляване от 15 до 20% от глобалните емисии.
3. N2O
Азотният оксид е безцветен газ, с приятна миризма, ниска точка на топене и кипене, незапалим, нетоксичен и с ниска разтворимост. Това е един от основните газове, допринасящи за засилване на парниковия ефект и последващо глобално затопляне. Въпреки че има ниски емисии по отношение на други газове, парниковият му ефект е около 300 пъти по-интензивен от този на CO2 и той остава в атмосферата дълго време - около 150 години. N2O е способен да абсорбира много голямо количество енергия, като е газът, който причинява най-много разрушения в озоновия слой, отговорен за защитата на повърхността на Земята от ултравиолетово лъчение.
N2O може да се произвежда естествено от горите и океаните. Емисионният му процес се случва по време на денитрификацията на азотния цикъл. Азотът (N2), присъстващ в атмосферата, се улавя от растенията и се превръща в амоняк (NH3) или амониеви йони (NH4 +) в процес, наречен нитрификация. Тези вещества се отлагат в почвата и се използват по-късно от растенията. Депозираният амоняк може да претърпи процес на нитрификация, генерирайки нитрати. И чрез процеса на денитрификация, микроорганизмите, присъстващи в почвата, могат да трансформират нитратите в газообразен азот (N2) и азотен оксид (N2O), излъчвайки ги в атмосферата.
Основният човешки източник на емисии на азотен оксид е селскостопанската дейност (приблизително 75%), докато енергетиката и промишленото производство и изгарянето на биомаса допринасят приблизително 25% от емисиите. IPCC посочва, че около 1% от азотния тор, използван в насажденията, попада в атмосферата под формата на азотен оксид.
В селскостопанската дейност има три източника на производство на N2O: земеделски почви, животински системи за производство и непреки емисии. Добавянето на азот в почвата може да стане чрез използването на синтетични торове, животински тор или остатъци от култури. И освобождаването му може да се случи чрез процеси на нитрификация и денитрификация, извършвани от бактериите в почвата, или чрез разлагане на оборския тор. Косвени емисии могат да възникнат, например, поради увеличаването на производството на N2O във водните системи, в резултат на процеса на излугване (ерозия с измиващи хранителни вещества) от земеделските почви.
При производството на енергия, горивните процеси могат да образуват N2O чрез изгаряне на гориво и окисляване на атмосферния N2. Големи количества от тези парникови газове се отделят от превозни средства, оборудвани с каталитични преобразуватели. Изгарянето на биомаса освобождава N2O по време на изгаряне на растителност, изгаряне на боклук и обезлесяване.
Все още има малка, но значителна емисия на този газ в атмосферата, която идва от индустриални процеси. Тези процеси включват производството на адипинова киселина и азотна киселина.
Естествена мивка за този газ са фотолитичните реакции (в присъствието на светлина) в атмосферата. В стратосферата концентрацията на азотен оксид намалява с височината, установявайки вертикален градиент в скоростта на смесване. Фракция от N2O, излъчена на повърхността, се разлага, главно чрез ултравиолетова фотолиза, когато влезе в стратосферата, чрез тропопаузата.
Според IPCC, за да се стабилизират настоящите концентрации на азотен оксид, трябва незабавно да се намали с около 70 до 80% от неговото производство.
4. O3
Стратосферният озон е вторичен замърсител, тоест той не се излъчва директно от човешката дейност, а се образува чрез реакция с други замърсители, изпуснати в атмосферата.
В стратосферата това съединение се намира естествено и има важната функция да абсорбира слънчевата радиация и да предотвратява навлизането на повечето ултравиолетови лъчи. Когато обаче се образува в тропосферата от кръстопътя на други замърсители, той е силно окисляващ и вреден.
Тропосферният озон може да бъде получен в ограничени количества поради изместването на стратосферния озон и в по-големи количества чрез сложни фотохимични реакции, свързани с отделянето на газове от човека, обикновено азотен диоксид (NO2) и летливи органични съединения. Тези замърсители се отделят главно при изгаряне на изкопаеми горива, изпаряване на горивата, животновъдство и в селското стопанство.
В атмосферата това съединение активно допринася за засилване на парниковия ефект, с по-голям потенциал от CO2 и е отговорно за сивия дим в градовете. Високата му концентрация може да доведе до проблеми за човешкото здраве, като основните ефекти са влошаването на симптомите на астма и дихателна недостатъчност, както и други белодробни (емфизем, бронхит и др.) И сърдечно-съдови (артериосклероза) заболявания. В допълнение, дългото време на експозиция може да причини намаляване на белодробния капацитет, развитие на астма и намаляване на продължителността на живота.
5. Халокарбони
Най-известните халоуглеводороди в тази група газове са хлорофлуоровъглеводороди (CFC), хидрохлорфлуорвъглеводороди (HCFC) и хидрофлуоровъглеводороди (HFC).
Хлорофлуоровъглеродът е изкуствено вещество на основата на въглерод, което съдържа хлор и флуор. Използването му започва около 30-те години на миналия век, като алтернатива на амоняка (NH3), тъй като той е по-малко токсичен и незапалим в хладилната и климатичната промишленост, пяна, аерозоли, разтворители, почистващи продукти и пожарогасители.
Тези съединения се считат за инертни до 70-те години, когато са открити, че причиняват дупки в озоновия слой. Намаляването на озоновия слой благоприятства навлизането на ултравиолетови лъчи, които причиняват парниковия ефект и в същото време увеличават рисковете за човешкото здраве, както в случая на рак на кожата поради прекомерно излагане на слънце.
С тези данни Бразилия, наред с други страни, се придържа към Виенската конвенция и Монреалския протокол през 1990 г., като се ангажира чрез Декрет 99.280 / 06/06/1990 да премахне напълно ХФУ до януари 2010 г., наред с други мерки . Целите не са изпълнени, но в момента има голяма тенденция за намаляване на щетите по озоновия слой, както се съобщава от Програмата за развитие на ООН (ПРООН). Очаква се до 2050 г. слоят да бъде възстановен до нивата преди 1980 г.
Разрушаването на озоновия слой от тези съединения е голямо. Разграждането на слоя се случва в стратосферата, където слънчевата светлина фотолизира тези съединения, освобождавайки хлорни атоми, които реагират с озона, намалявайки концентрацията им в атмосферата и разрушавайки озоновия слой.
Първо, озонът се разгражда чрез разлагане на CFC молекули чрез слънчева радиация в стратосферата:
CH3Cl (g) → CH3 (g) + Cl (g)
След това освободените хлорни атоми реагират с озон съгласно следното уравнение:
Cl (g) + O3 → ClO (g) + O2 (g)
Образуваният ClO (g) ще реагира отново с безкислородни атоми, образувайки повече хлорни атоми, които ще реагират с кислород и т.н.
ClO (g) + O (g) → Cl (g) + O2 (g)
Тъй като реакцията на хлорните атоми с озона протича 1500 пъти по-бързо от реакцията между безкислородните атоми в атмосферата, които разлагат озона, има интензивно разрушаване на озоновия слой. По този начин хлорният атом е способен да унищожи 100 молекули озон.
За да се замени употребата на CFC, са произведени HCFC, които са много по-малко вредни за озоновия слой, но въпреки това причиняват щети и допринасят главно за засилване на парниковия ефект.
HFC взаимодействат с парникови газове, допринасяйки за глобалното затопляне. Тези газове имат радиоактивна ефективност много по-висока от тази на въглеродния диоксид, според сравнението с потенциала за глобално затопляне (GWP). Развитието на тези съединения намалява проблема с изчерпването на озона, но повишава температурата на планетата поради глобалното затопляне, генерирано от емисиите на тези съединения.
Вижте също видеото, създадено от Националния институт за космически изследвания (Inpe) за разграждането на озоновия слой от CFC.
6. Водни пари
Водните пари имат най-голям принос за естествения парников ефект, тъй като задържат топлината, присъстваща в атмосферата, и я разпределят по цялата планета. Основните му естествени източници са повърхностите на вода, лед и сняг, повърхността на почвата и повърхностите на растенията и животните. Преминаването към пара чрез физически процеси на изпаряване, сублимация и изпотяване.
Водните пари са силно променлива съставка на въздуха, лесно променящи се фази според преобладаващото атмосферно състояние. Тези фазови промени са придружени от отделяне или абсорбиране на латентна топлина, която, свързана с транспорта на водни пари чрез атмосферна циркулация, действа при разпределението на топлината по земния свят.
Човешките дейности имат малко пряко влияние върху количеството водни пари в атмосферата. Влиянието ще възникне косвено, чрез засилване на парниковия ефект в резултат на други дейности.
Студеният въздух задържа малко количество вода в сравнение с горещия въздух, поради което атмосферата над полярните региони съдържа малко водни пари в сравнение с атмосферата над тропическите региони. Така че, ако има засилване на парниковия ефект, генериращ повишаване на глобалната температура, в атмосферата ще има повече водни пари поради по-високите скорости на изпаряване. Тези пари от своя страна ще задържат повече топлина, допринасяйки за засилване на парниковия ефект.
Какво можем да направим, за да намалим усилването на това явление?
Високите емисии на тези парникови газове са резултат от човешката дейност според основната научна мисъл в работата. Намаляването му зависи от промяна в отношението на компаниите, правителствата и хората. Промените в културата са необходими за образованието, насочено към устойчиво развитие. Необходимо е повече хора да започнат да търсят алтернативи, които причиняват по-малко въздействие и които да обхващат органите и компаниите, които намаляват емисиите на газове.
В Бразилия основните източници на емисии на парникови газове, както физически единици, така и процеси, които отделят малко парникови газове в атмосферата, са: обезлесяване, транспорт, добитък, ентерична ферментация, електроцентрали, изгарящи изкопаеми горива и индустриални процеси.
Обезлесяването е основен фактор, който може да бъде смекчен чрез повторно залесяване и използване на рециклиран материал. За всеки тон рециклирана хартия се спестяват десет до 20 дървета. Това представлява спестяване на природни ресурси (необрязаните дървета продължават да абсорбират CO2 чрез фотосинтеза), а хартията за рециклиране използва половината енергия, необходима за производството й по конвенционалния процес. Рециклираната кутия спестява енергия, еквивалентна на консумацията на телевизор, включен в продължение на три часа.
Транспортният сектор е много важен за емисиите чрез изгаряне на изкопаеми горива и може да бъде смекчен от технологии, доминирани и широко разпространени в страната, като етанол и биодизел, чрез използване на електрически превозни средства или захранване от водородни клетки или чрез използване на транспорт алтернативи, като велосипед и метро. Както и в транспорта, в термоелектрическите централи заместването на изкопаемите горива с по-чисти енергии, като например от захарна тръстика, също помага за намаляване на емисиите на тези газове.
Ентериалната ферментация допринася за отделянето на газове от храносмилането на преживните животни. Този източник може да бъде намален чрез подобряване на диетата на добитъка и подобряване на пасищата (адекватно торене на почвата). Замяната на хранителните добавки с добавки, които атакуват протозои в червея, намалява емисиите на метан от животните с 10 до 40%. Идеята е, че тези добавки убиват протозои, които допринасят за голяма част от производството на водород, използван от археи бактерии (присъстващи в червата на преживните животни). Тъй като тези бактерии печелят енергия чрез абсорбиране на водород и въглероден диоксид, в процес, който води до метан, при по-малко водород ще има по-малко производство на метан.
Необходимо е също така да се подобри производственият процес на отраслите, като се търсят начини да се въздейства по-малко и да не се отделят много парникови газове.
Тези промени ще настъпят само чрез зареждане на хора, така че е необходимо всички да се движат! Ако не предприемем незабавни действия, ще платим много висока цена за пренебрегването на нагласите си.
