Парниковый газ

Уменьшению выбросов в атмосферу парниковых газов способствует 1) наиболее полное извлечение нефти из нефтеносных пластов 2) сокращение объёмов сжигания минерального топлива 3) отказ от строительства ГЭС на равнинах 4) строительства новых ТЭС , работающих на угле

египет занимает уникальное положение, располагаясь на стыке трех континентов — африки, азии и европы и двух крупнейших мировых цивилизаций — христианской и исламской. египет — государство, расположенное на двух континентах — африканском (северо-восточный регион) и азиатском (юго-западный регион, полуостров синай). на юге египет граничит с суданом (длина границы 1273 км). на западе египет граничит — с ливией (1115 км). на востоке египет граничит — с израилем (266 км) и сектором газа (11 км). на северо-востоке египта проходит суэцкий канал, который открыл прямую дорогу из атлантического в индийский океан. на востоке египет омывается красного моря, на севере — средиземным морем. общая протяженность границы 2689 км, длина береговой линии — 2450 км.

большая часть территории египта (около 96%) представляет собой обширное плато пустынь, среди которых: на западе расположены бескрайние равнины каменистой ливийской пустыни. значительные площади в ливийской пустыне заняты песками. на востоке раскинулись просторы аравийской пустыни, которая представляет собой плато, расчлененное многочисленными глубокими ущельями — вади, на юге — нубийская пустыня. в ливийской пустыне находится несколько впадин, среди которых можно выделить впадину каттара площадью 18000 км², уровень которой на 133 м ниже уровня моря. большую часть аравийской пустыни занимает невысокое плоскогорье. большую часть синайского полуострова занимает пустынное плато эт-тих. на юге полуострова расположены горы. в этой части египта находится самая высокая в египте гора гебель-катрин (2637 м).

нил протекает через весь египет в восточной его части, от границы с суданом до средиземного моря, на протяжении приблизительно 1500 км. на севере расположена дельта нила, которая занимает примерно 23000 км². нил на всем протяжении находится в узкой, окруженной скалами, долине.

долина и дельта нила — особая часть египта. по существу, это огромный, протяженностью 1500 км оазис, окруженный пустынями. средняя ширина долины — 10 км, но на отдельных участках она сильно колеблется. на юге египта нил прокладывает себе русло в твердом нубийском песчанике и долина ее сужается. у идфу (эдфу) ширина долины составляет 5 км, между луксором и асьютом — примерно 14 км, у бени-суэйфа — около 25 км. ниже каира долина переходит в широкую дельту, протяженностью с севера на юг около 174 км, а с запада на восток 220 км. по площади дельта нила почти вдвое превышает дельту волги.

на юге египта находится образованное асуанской плотиной озеро насер. среди полезных ископаемых — нефть, природный газ, железная руда, фосфаты, известняк, марганец, цинк, свинец.

Роль метана в парниковом эффекте Текст научной статьи по специальности «Геология»

УДК 628.543

Т. С. УЛЬБАЕВ, М. П. КОРОТЕЕВ

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский педагогический государственный университет»

И. В. АРТАМОНОВА

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет природообустройства»

РОЛЬ МЕТАНА В ПАРНИКОВОМ ЭФФЕКТЕ

Содержащиеся в атмосфере газы создают глобальный парниковый эффект, способствующий медленному, но неуклонному повышению температуры на Земле. Это может привести к увеличению потоков метана, так как изменение температуры окружающей среды на один градус меняет интенсивность выделения метана в микробиологических процессах, происходящих на болотах, в сибирских талых озерах, на рисовых полях, свалках примерно на 10 %. Наиболее опасные источники метана — это гидраты метана, запасы которых огромны. В настоящей статье дана оценка роли метана в создании парникового эффекта и рассмотрен механизм его трансформации в атмосфере.

Глобальный парниковый эффект, метан, микробиологические процессы, атмосфера, эффективность поглощения теплового излучения Земли.

Метан — наиболее значимый пред- рос об управлении химическими и фи-

ставитель органических веществ в ат- зическими процессами, в которых при-

мосфере . Его концентрация сущест- нимает участие метан. Если молекулы

венно превышает концентрацию метана попадают в атмосферу, то они

большинства органических соединений. вовлекаются в процессы переноса и

В 60-70-е гг. XX века количество мета- вступают в химические реакции, кото-

на в атмосфере возрастало со скоростью рые хорошо известны как качественно,

1 % в год, и это объяснялось хозяйствен- так и количественно. Управление ат-

ной деятельностью человечества. мосферными процессами непосред-

Метан занимает второе место пос- ственно в глобальном масштабе прак-

ле углекислого газа по эффективности тически исключено. До настоящего

поглощения теплового излучения Зем- времени направленное воздействие на

ли. Вклад метана в создание парнико- атмосферные процессы удавалось осу-

вого эффекта составляет примерно ществлять только путем изменения

30 % от величины, принятой для угле- мощности антропогенных источников.

кислого газа. С ростом содержания Поэтому важно понимать природу ес-

метана изменяются химические про- тественных и антропогенных источни-

цессы в атмосфере, что может привести ков метана и оценивать их мощность с

к ухудшению экологической ситуации достаточной степенью достоверности.

на Земле. Естественно возникает воп- Для выражения концентрации

примесных молекул в атмосфере используют долевые единицы. Обычно концентрации выражают в частях на миллион или миллиард. Например, если концентрация примеси равна одной части на миллион, то это означает, что в одном моле воздуха присутствует 10…6 молей примеси. Для большего удобства введены обозначения типа ррт, что означает количество частей на миллион.

В настоящее время концентрация атмосферного метана составляет приблизительно 1,8 ррт. Общее количество метана в атмосфере оценивают в пределах 4700..5000 Тг (Тг = 1012 г). В южном полушарии концентрация метана несколько ниже, чем в северном. Такое различие обычно связывают с меньшей мощностью источников метана в южном полушарии: считается, что основные источники метана расположены на континентах, а океаны не вносят заметного вклада в глобальный поток метана. Время жизни метана в атмосфере 8-12 лет .

Метан находится в основном в приземном слое атмосферы, который называется тропосферой (толщина слоя — 11.15 км). Концентрация метана мало зависит от высоты в интервале от поверхности Земли до тропопаузы, что обусловлено большой скоростью перемешивания по высоте в пределах 0.12 км (1 мес.) в сравнении со временем жизни метана в атмосфере.

Источники выброса метана разнообразны. Также разнообразен метан по своему происхождению. Метан является биогенным, если он возникает в результате химической трансформации органического вещества, а метан, возникший в результате химических реакций неорганических соединений, называется абиогенным . Он образуется обычно на больших глубинах в мантии Земли. Если метан образуется в результате деятельности бактерий, то такой метан называется бактериальным. Он образуется в донных отложениях болот и других водоемов, в результате процессов пи-

щеварения в желудках насекомых и животных (в основном жвачных).

Если его возникновение обязано термохимическим процессам, то он называется термогенным. Термогенный метан возникает в осадочных породах при их погружении на глубину 3.10 км, где осадочные породы подвергаются химической трансформации в условиях высоких температур и давлений.

Метан попадает в атмосферу как из естественных, так и из антропогенных источников. К антропогенным источникам метана относятся рисовые поля, шахты, животные, потери при добыче газа и нефти, биомасса в процессе горения, свалки. К естественным — болота, тундра, водоемы, насекомые, ме-тангидраты, вещества, получаемые в результате геохимических процессов.

В метангидратах на сегодняшний день сосредоточено порядка 10 тыс. Гт метана в пересчете на углерод, и разрушение даже небольшой части их может кардинально повлиять на тепловой баланс Земли .

Метангидраты — это твердые льдоподобные образования, в каркасах молекул воды которых за счет действия сил межмолекулярного взаимодействия — ван-дер-ваальсовых сил — присутствуют еще и молекулы метана, что в определенных условиях становится более энергетически выгодным, чем раздельное существование смеси из воды и метана. Для образования метангидра-тов требуются низкие температуры и относительно высокое давление — так, при 0 °С давление, позволяющее образоваться метангидрату и обеспечивающее его устойчивость, должно достигать порядка 25-105 Па — такое давление достигается в океане на глубине около 250 м. Метангидраты могут существовать и при атмосферном давлении (но обязательно при низких температурах) за счет эффекта самоконсервации. Основная часть метангидратов сосредоточена в океанических глубинах (около 99 %) и лишь малая толика — на суше, в вечной мерзлоте (хотя и там запасено

во много десятков раз больше нынешнего его атмосферного содержания).

Общий поток метана в атмосферу образуют в основном болота, рисовые поля и животные. Природа образования метана в таких источниках, как болота, озера, рисовые поля, жвачные животные, насекомые, свалки, примерно одинакова — ферментативная переработка клетчатки . Выделение метана из болот происходит с разной интенсивностью. Эмиссия метана от западно-сибирских болот, которые являются достаточно типичными представителями северных болот, определенная с применением методов газовой хроматографии, составляет примерно 9 мг/(ч/м2). В среднем эмиссия метана из сибирских болот может достигать 20 Тг/год. Общий поток метана от болот — около 160 Тг. Нужно сказать, что точность определения эмиссии метана от болот затруднена большим разбросом величин эмиссии при измерении даже на близко расположенных участках. Например, величина эмиссии метана в западно-сибирских болотах колеблется в интервале от 0,1 до 40 мг/(м2/ч).

Большой поток метана от рисовых полей обусловлен резким ускорением транспортирования метана внутри полостей в стеблях риса, так как диффузия метана происходит в воздушной среде, а не в воде. Поток метана с рисовых полей достигает в среднем 50 Тг/год. Немалый вклад в глобальный выброс метана вносят легкие нашей планеты — леса и другие растения. По оценке ученых из Института ядерной физики имени Макса Планка в Гейдельберге, живые растения могут выбрасывать в атмосферу от 10 до 30 % общего количества метана, или от 60 до 240 Тг/год . Количество крупного рогатого скота в мире — около 1,5 млрд гол. Одна корова производит в сутки около 250 л чистого метана. Такого количества метана хватит, чтобы вскипятить 20 л воды. Стада коров выделяют в атмосферу до 80 Тг/год метана. В развитых странах на свалки

вывозится около 2 кг мусора в день в расчете на одного человека, в России — 0,6 кг. Примерно 10 %о этой массы может конвертироваться в метан. Следовательно, в России производится 60 г метана в сутки в расчете на одного человека. Мировой поток метана со свалок достигает 30 Тг/год. Не остается в стороне и главное средство передвижения людей — автомобиль. Метановый выброс всех автомобилей мира сравним с количеством метана, выделяемого всем мировым поголовьем коров (30 Тг/год). При разработке нефтяных месторождений количество метана доходит до 100 Тг/год. Шахтный метан возникает в процессе трансформации органических остатков в уголь под влиянием высокого давления и температуры. Можно считать, что в глубинах Земли происходит пиролиз органических веществ. Растительные остатки содержат большое количество лигнина, в структуре которого имеется много ме-тильных групп. В ходе термической переработки происходит освобождение ме-тильных радикалов, которые затем отрывают атом водорода от органических молекул и превращаются в метан. Добыча 1 т угля сопровождается выделением 13 м3 чистого метана. Аналогичный механизм образования метана наблюдается и при горении биомассы.

Основной источник метана, выделяющегося при горении биомассы, находится в Африке, где широко практикуется сжигание соломы при подготовке почвы для нового урожая. Использование дерева для приготовления пищи и отопления дает незначительный вклад.

Вывод механизма трансформации метана в атмосфере. Молекула метана довольно устойчива, и она с трудом выводится из атмосферы. Метан малорастворим в воде (30 см3 газа растворяется в одном литре воды), и удаления его из атмосферы с помощью осадков не происходит. Для реального удаления из атмосферы метан нужно переводить в нелетучие соединения или другие газообразные соединения.

Метан, как и многие другие примеси, исчезает из атмосферы в основном в реакции с радикалом ОН: ОН + СН4 = Н2О + СН3 Если концентрация метана в атмосфере не растет, то это означает, что скорость поступления метана в атмосферу равна скорости его вывода. Поэтому количественные характеристики этой реакции между метаном и радикалом ОН чрезвычайно важны, так как ошибка в 25 % приведет к ошибке примерно в 25 % в расчете мощности источников метана. Возникает естественный вопрос об источнике радикалов ОН.

Радикал ОН — одна из наиболее реакционноспособных частиц в химических процессах. Источником радикала ОН в тропосфере является тропосферный озон (О3). Под действием ультрафиолетового света с длиной волны короче 310 нм молекулы тропосферного озона разрушаются с образованием молекулы кислорода и чрезвычайно реакционноспособного атома кислорода в возбужденном электронном состоянии : О3 + Ьп (310 нм и короче) = О2 + О(1Б)

Атомы кислорода отрывают один атом водорода от воды, и получается два радикала ОН: О(1Б) + Н2О = 2ОН

Итак, реакции в атмосфере, приводящие к выводу метана, таковы: ОН + СН4 = Н2О + СН3

СН3 + О2 = СН3О2

СН3О2 + N0 = СН3О + ш2 СН30 + О2 = СН2О + НО2 НО2 + N0 = ОН + ш2 2 СН4 + 4О2 = СН2О + Н2О + 2О3

Таким образом, в результате многоступенчатого процесса образуется по одной молекуле формальдегида и воды и две молекулы озона. В атмосфере всегда присутствуют N0 и N02 (N0^) в количествах, достаточных для протекания реакций с их участием.

Из приведенных реакций видно образование нестабильных валентно-ненасыщенных частиц: СН3О2 или НО2. Эти частицы играют важную роль

в атмосферных процессах. Формально их образование — это процесс отрыва атома водорода от стабильных молекул ме-тилгидроперекиси и перекиси водорода соответственно. Присутствие свободной валентности приводит к высокой реакционной способности, так как эти частицы стремятся к образованию стабильных связей и насыщению валентностей.

Разложение метана до конечных продуктов еще не закончено. Образующиеся молекулы формальдегида начинают участвовать в следующих трех реакциях, которые дают начало новым циклам: СН2О + Ьп = Н2 + СО СН2О + Ьп = Н + НСО СН2О + ОН = НСО + Н2О

Вероятность протекания этих процессов в атмосфере такова: 0,5 : 0,25 : 0,25 соответственно, а вторая и третья реакции дают начало следующим циклам, протекающим в присутствии NО : СН2О + Ьп = Н + НСО

Н + О2 = НО2

НСО + О2 = СО + НО2

СН2О + 4О2 + Ьп = СО + 2О3 + 2ОН

В результате этого цикла возникают две молекулы озона и два радикала ОН. Таким образом, метан в присутствии NО претерпевает конверсию в окислитель, каким является озон. Реакция формальдегида с радикалом ОН также приводит к образованию озона: СН2О + ОН = НСО + Н2О НСО + О2 = СО + НО2 НО2 + N0 = ОН + Ш2 N02 + Ьп = N0 + О СН2О + 2О2 + Ьп = СО + О3 + Н2О

Далее необходимо рассмотреть реакции СО: СО + ОН = СО2 + Н

Н + О2 = НО2

НО2 + N0 = ОН + ш2 N02 + Ьп = N0 + О СО + 2О2 + Ьп = СО2 + О3

В итоге, по расчетам авторов вместо одной исчезнувшей в атмосфере молекулы метана возникает 3,5 молекулы озона и 0,5 радикала ОН. Наряду с этими продуктами происходит образование молекул СО2. Таким образом, из схемы

механизма трансформации метана следует, что с повышением концентрации СН4 в атмосфере увеличивается и количество С02.

Химический сток в атмосфере — это основной канал вывода метана из атмосферы. Из других стоков некоторое значение имеют поглощение метана почвенными бактериями и уход в стратосферу. Вклад стоков в общий сток метана — менее 10 % .

Другим важным фактором стока метана являются микробы, живущие в донных отложениях мирового океана. Большую часть морского метана вырабатывают микроорганизмы — так называемые метанобразующие архебакте-рии. Они разлагают растительные и животные частицы, выделяя в год до 400 млн т метана. Почти весь этот метан и потребляется: донные отложения бедны кислородом, и потому здесь прижились микробы, которые питаются метаном или продуктами его разложения. По оценке американской исследовательницы Виктории Орфан, сообщества микробов перерабатывают до 300 млн т метана в год. Без них давно бы наступило глобальное потепление. В отдаленном прошлом, когда атмосфера Земли почти не содержала кислород, но изоби-л овал а метаном, лишь одноклеточные организмы защитили планету от парникового эффекта, постепенно поглотив почти весь «болотный газ». «Если бы не эти микробы, — отмечает Кай Уве Хинрикс из американского Woods Hole Oceanographic Institution, — то, наверное, не было бы и нас».

Роль метана в создании парникового эффекта. Метан, водяной пар, углекислой газ, хлорфторуглероды (фре-оны) создают в целом около 98 % парникового эффекта .

Остальные 2 % приходятся на инертные благородные газы. Около 60 % парникового эффекта вызывают пары воды. Чем больше их в тропосфере, тем сильнее парниковый эффект, а их концентрация, в свою очередь, зависит от приземных температур и пло-

щади водной поверхности. В конце 60 гг. XX в. ученые обратили внимание на роль углекислоты в парниковом эффекте и задумались о ее накоплении в атмосфере: выбросы СО2 в энергетике, на транспорте, в металлургии, химической промышленности и других отраслях стремительно увеличиваются. Между тем довольно тяжелый углекислый газ не поднимается в верхние слои атмосферы. Все его выбросы остаются в нижней тропосфере, откуда сравнительно быстро поглощаются растительностью и почвенными организмами или растворяются в водах рек, озер, морей и океанов. Особенно много углекислого газа поглощает Мировой океан. При этом большая часть СО2 тратится на постройку скелета водных организмов и усваивается фитопланктоном, а избыток аккумулируется в донных осадках в форме карбонатов.

До последнего времени явно недооценивалась роль метана в парниковом эффекте. А ведь этот легкий газ с земной поверхности быстро попадает на границу тропосферы и стратосферы и сам активно участвует в парниковом эффекте, образуя углекислый газ.

Вклад метана в общий парниковый эффект составляет около 0,8 С.

Благодаря его способности интенсивно поглощать тепловое излучение Земли в инфракрасной области спектра на длине волны 7,66 мкм, большей, чем у углекислого газа, в 21 раз (на единицу массы), а также быстрому росту содержания в атмосфере (примерно на 150 % с начала индустриальной эпохи, причем в основном в последние десятилетия) влияние метана заметно растет. Уже к 2000 г. радиационный форсинг от повышения его концентрации составил 0,5 Вт/м2 — это треть от радиационного форсинга углекислого газа (1,5 Вт/м2). Включение же при потеплении механизмов по высвобождению метана из естественных резервуаров может привести к еще большему накоплению метана в атмосфере и большему потеплению.

В настоящее время в атмосфере уже содержится около 5 Гт метана. При потеплении климата начинается дополнительное поступление метана в атмосферу благодаря ускорению микробиологических процессов (рост выделения может составляет приблизительно 10 % на градус потепления), а также благодаря разрушению так называемых метангидратов как на суше (при таянии вечной мерзлоты), так и в океане (при прогреве глубинных вод). При этом сток метана из атмосферы достаточно ограничен и не может заметно возрасти, так как обусловлен в основном фотохимическими реакциями в атмосфере, наличием донных бактерий в Мировом океане и небольшим поглощением метана почвенными бактериями.

Выводы

«Естественный» парниковый эффект — это устоявшийся сбалансированный процесс. А увеличение концентрации «парниковых» газов в атмосфере должно привести к усилению парникового эффекта, который в свою очередь приведет к глобальному потеплению на Земле.

Список литературы 1. Warneck, P. Chemistry of the Natural Atmosphere / P. Warneck. —

N.Y.: Acad. Press, 1988. — 757 p.

2. Бажин, H. М. Химия в интересах устойчивого развития / H. М. Бажин. — 1993. — Т. 1. — С. 381-396.

3. Shoell, M. Chem. Geol / M. Shoell. — 1988. — Vol. 71. — P. 1-10.

4. Валяев, Б. М. Углеводородная дегазация Земли и генезис нефтегазовых месторождений / Б. М. Валяев // Геология нефти и газа. — № 9. — 1997. — С. 28—34.

5. Crutzen, P.J. Geophysiology of Amazonia / P.J. Crutzen // Ed. R.E. Dickenson. — N.Y. : Wiley, 1987. — P. 107—130.

7. Монин, А. С. Климат как проблема физики / А. С. Монин, Ю. А. Шишков // Успехи физических наук. — Т. 170. — 2000. — № 4. — С. 42—46.

Материал потупил в редакцию 13.09.2008. Ульбаев Тимур Саитович, аспирант Тел. 8-905-579-63-92 E-mail: sergo741@ mail.ru

Коротеев Михаил Петрович, доктор химических наук, профессор

Выбросы парниковых газов

Итоги неутешительные. Выбросы всех основных парниковых газов выросли, и признаков коррекции не наблюдается.

Выбросы двуокиси углерода (CO2), метана (CH4) и оксида азота (N2O) в 2017 году достигли новых максимумов, CO2 — 405,5 ± 0,1 ppm, CH4 — 1859 ± 2 ppb и N2O — 329,9 ± 0,1 ppb (ppm означает parts per million – частей на миллион, т.е. в данном случае молекул СО2 на миллион молекул воздуха; ppb – частей на миллиард). Эти значения превышают доиндустриальные (до 1750) уровни на соответственно 146%, 257% и 122%. Также опять вырос уровень активного парникового газа и вещества, разрушающего озоновый слой, под названием ХФУ-11, которое регулируется международным соглашением по защите озонового слоя.

Нынешний уровень содержания углекислого газа в атмосфере – самый высокий за последние 3-5 миллионов лет, утверждают ученые. Можно сказать, что человечество никогда не жило на земле при такой высокой концентрации CO2. Мы ставим на себе такой опыт.

Рост концентрации указанных веществ за последние десятилетия изображен на следующем графике.

Рост концентрации CO2 и CH4 с 2016 по 2017 год был меньше, чем наблюдалось в период с 2015 по 2016 год, но практически соответствовал средним темпам роста за последнее десятилетие. Концентрация N2O в период 2016-2017 увеличилась больше, чем с 2015 по 2016 год, но динамика также практически равнялась среднему темпу роста за последние 10 лет.

Ежегодный индекс выбросов парниковых газов NOAA (AGGI) показывает, что с 1990 по 2017 год радиационное воздействие долгоживущими парниковыми газами, вызывающее эффект потепления климата, увеличилось на 41%, при этом на долю CO2 пришлось 82% прироста уровня радиационного воздействия.

«Научные данные недвусмысленны. Без скорейшего сокращения уровней CO2 и прочих парниковых газов процесс изменения климата будет вызывать все более разрушительные и необратимые последствия для жизни на Земле. Благоприятных возможностей для действий почти не осталось», — заявил Генеральный секретарь ВМО Петтери Таалас.

«Последний раз сопоставимый уровень концентрации CO2 на Земле присутствовал 3−5 миллионов лет назад, когда температура была на 2—3 °C более высокой, а уровень моря — на 10—20 метров выше, чем сейчас», — заявил г-н Таалас.

В Бюллетене ВМО по парниковым газам сообщается о концентрациях парниковых газов в атмосфере. Выбросы представляют собой то, что поступает в атмосферу. Концентрации представляют собой остающийся в атмосфере объем выбросов в результате сложной системы взаимодействия между атмосферой, биосферой, литосферой, криосферой и океанами. Около четверти всех выбросов поглощается океанами, а еще одну четверть вбирает в себя биосфера.

В отдельном докладе о разрыве в уровне выбросов Программы ООН по окружающей среде (ЮНЕП), который будет выпущен 27 ноября, отслеживаются политические обязательства, принятые странами в отношении сокращения выбросов парниковых газов.

Доклады ВМО и ЮНЕП дополняют научные данные, изложенные в Специальном докладе о глобальном потеплении на 1,5 °С Международной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК).

Согласно этому докладу чистый объем выбросов CO2 должен выйти на нулевой уровень (объем CO2, попадающий в атмосферу, должен быть равен объему, удаляемому природными и техническими поглотителями) примерно в 2050 году для того, чтобы удержать рост температуры на уровне, ниже 1,5 °C. В нем показано, каким образом поддержание прироста температуры ниже 2 °С приведет к снижению рисков для благополучия человека, экосистем и устойчивого развития.

«CO2 сохраняется в атмосфере в течение сотен лет, а в океане даже дольше. В настоящее время у нас нет какой-либо “волшебной палочки” для удаления всего избыточного объема CO2 из атмосферы», — заявила заместитель Генерального секретаря ВМО Елена Манаенкова.

«Каждая доля градуса глобального потепления имеет значение, равно как и каждая часть на миллион в концентрации парниковых газов», — заявила она.

Вместе доклады представляют собой научную основу для принятия решений на переговорах ООН по изменению климата, которые будут проводиться с 2—14 декабря в Катовице, Польша. Основная задача совещания заключается в принятии руководящих принципов осуществления Парижского соглашения об изменении климата, нацеленного на удержание роста среднемировой температуры на уровне, максимально приближенном к 1,5 °C.

«В новом Специальном докладе о глобальном потеплении на 1,5 °С МГЭИК говорится о необходимости осуществления серьезных и быстрых сокращений выбросов двуокиси углерода и прочих парниковых газов во всех областях общества и секторах экономики. Бюллетень ВМО по парниковым газам, из которого явствует продолжающийся тренд роста концентрации парниковых газов, подчеркивает всю безотлагательность таких сокращений выбросов», — заявил председатель МГЭИК Хвесон Ли. опубликовано econet.ru

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта .

Углекислый газ

Источниками углекислого газа в атмосфере Земли являются вулканические выбросы, жизнедеятельность биосферы, деятельность человека. Антропогенными источниками являются: сжигание ископаемого топлива; сжигание биомассы, включая сведение лесов; некоторые промышленные процессы приводят к значительному выделению углекислоты (например, производство цемента). Основными потребителями углекислого газа являются растения, однако в состоянии равновесия большинство биоценозов за счет гниения биомассы производит приблизительно столько же углекислого газа, сколько и поглощает. 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 146 %.

Метан

Время жизни метана в атмосфере составляет примерно 10 лет. Сравнительно короткое время жизни в сочетании с большим парниковым потенциалом делает его кандидатом для смягчения последствий глобального потепления в ближайшей перспективе.

До последнего времени считалось, что парниковый эффект от метана в 25 раз сильнее, чем от углекислого газа. Однако теперь Межправительственная группа экспертов по изменению климата ООН (IPCC) утверждает, что «парниковый потенциал» метана еще опаснее, чем оценивалось раньше. Как следует из свежего 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.

Основными антропогенными источниками метана являются пищеварительная ферментация у скота, рисоводство, горение биомассы (в т. ч. сведение 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). 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 утечки при разработке месторождений каменного угля и природного газа, а также эмиссия метана в составе биогаза, образующегося на полигонах захоронения отходов.

Анализ пузырьков воздуха во льдах свидетельствует о том, что сейчас в атмосфере Земли больше метана, чем в любое время за последние 400000 лет. С 1750 года средняя глобальная атмосферная концентрация метана возросла на 257 процентов от приблизительно 723 до 1859 частей на миллиард по объему (ppbv) в 2017 году. 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.

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 еще 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.

Озон

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

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. 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.

Концентрации тропосферного озона отличаются высоким уровнем изменчивости и неравномерности в географическом распределении. Существует система мониторинга уровня тропосферного озона в США и Европе, 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).

Примечания

  1. Kiehl, J. T.; Kevin E. Trenberth (1997-02). “Earth’s Annual Global Mean Energy Budget”. Bulletin of the American Meteorological Society. 78 (2): 197–208. DOI:10.1175/1520-0477(1997)078<0197:EAGMEB>2.0.CO;2. ISSN 0003-0007. Проверено 2011-08-15. Используется устаревший параметр |coauthors= (справка); Проверьте дату в |date= (справка на английском)
  2. 1 2 3 4 5 6 Всемирная метеорологическая организация 22.11.2018 The state of the global climate
  3. Почему у российского газа нет экологичной альтернативы — BBC Russian
  4. 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 . Climate Change 2014: Synthesis Report.. IPCC (2015).
  5. Greenhouse Gas Online
  6. The IPCC Assessment Reports
  7. Изменение климата 2007. Обобщающий доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата, на русском
  8. Stevenson et al. Multimodel ensemble simulations of present-day and near-future tropospheric ozone. American Geophysical Union (2006). Проверено 16 сентября 2006.
  9. The Air Quality Index
  10. Live map of ground-level ozone
  11. The Copenhagen Diagnosis: Climate Science Report