Парниковые газы

Спектр пропускания атмосферы Земли в оптической и инфракрасной областях. Отмечены полосы поглощения кислорода (ультрафиолет), водяного пара, углекислого газа и озона (инфракрасная область).

Парниковые газы — газы с высокой прозрачностью в видимом диапазоне и с высоким поглощением в дальнем инфракрасном диапазоне. Присутствие таких газов в атмосферах планет приводит к появлению парникового эффекта.

Основными парниковыми газами Земли являются водяной пар, углекислый газ, метан и озон (в порядке их оцениваемого воздействия на тепловой баланс)[1]. 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 %
Углекислый газ CO2 9 — 26 % 405.5±0.1 ppm[2]
Метан CH4 4 — 9 % 1859±2 ppb[2]
Озон O3 3 — 7 %
Закись азота N2O 329.9±0.1 ppb[2]

Основным парниковым газом в атмосферe Венеры является водяной пар, а в атмосфере Марса это углекислый газ.

Содержание

Водяной пар

Водяной пар является основным естественным парниковым газом, который ответственен более чем за 60 % эффекта.

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. С другой стороны, повышение влажности способствует развитию облачного покрова, 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 и дневной прогрев атмосферы.

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 %[2].

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.[3][4]

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[2]. 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.[5]

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.[6]

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[7]

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.[8]

Концентрации тропосферного озона отличаются высоким уровнем изменчивости и неравномерности в географическом распределении. Существует система мониторинга уровня тропосферного озона в США[9] и Европе[10], 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).[11]

Оксиды азота

Парниковая активность закиси азота в 298 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 122 процента от приблизительно 269 до 329 частей на миллиард по объему (ppbv) в 2017 году[2].

Фреоны

Парниковая активность фреонов в 1300-8500 раз выше, чем у углекислого газа. Основным источником фреона являются холодильные установки и аэрозоли.

См. также

Примечания

  1. 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.
  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 [Core Writing Team, R.K. Pachauri and L.A. Meyer (eds.). IPCC, Geneva, Switzerland, 151 pp.] (недоступная ссылка). Climate Change 2014: Synthesis Report.. IPCC (2015). Дата обращения 4 августа 2016. Архивировано 12 ноября 2018 года.
  5. Greenhouse Gas Online
  6. The IPCC Assessment Reports
  7. Изменение климата 2007. Обобщающий доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата, на русском (недоступная ссылка). Дата обращения 18 августа 2012. Архивировано 30 октября 2012 года.
  8. Stevenson et al. Multimodel ensemble simulations of present-day and near-future tropospheric ozone. American Geophysical Union (2006). Дата обращения 16 сентября 2006.
  9. The Air Quality Index (недоступная ссылка). Дата обращения 22 января 2010. Архивировано 24 ноября 2005 года.
  10. Live map of ground-level ozone
  11. The Copenhagen Diagnosis: Climate Science Report

Литература

Рекомендуемая литература

Ссылки