Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

7.4: Парникові гази

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    28823

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Ми будемо охоплювати чотири основні категорії парникових газів, на які найбільше вплинула людина. Див. таблицю\(\PageIndex{1}\) для числового порівняння цих парникових газів.

    • Вуглекислий газ, СО 2

    • Метан, СН 4

    • Закис азоту, N 2 O

    • Синтетичні фторовані гази, включаючи гідрофторуглеці (ГФУ), перфторуглеці (ПФУ) та гексафторид сірки (SF 6)

    Вуглекислий газ (CO 2) - це парниковий газ, відповідальний за більшість спричинених людиною змін клімату в нашій атмосфері. Він має найвищу концентрацію в атмосфері будь-якого з парникових газів, про які ми тут обговоримо. Пам'ятайте, що СО 2 є прямим продуктом як горіння, так і клітинного дихання, змушуючи його вироблятися у великих кількостях як природним, так і антропогенним шляхом. Кожного разу, коли спалюються біомаса або викопне паливо, виділяється СО 2. Основні антропогенні джерела включають: виробництво електроенергії з вугільних та газових електростанцій, транспорту та промисловості (глава 4). Щоб отримати уявлення про те, як концентрація CO 2 змінювалася з плином часу, подивіться це відео, зібране Національним управлінням з питань океанічних та атмосферних впливів (NOAA): http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/history.html. Це відео містить атмосферні концентрації CO 2, виміряні безпосередньо, починаючи з 1958 року, а також атмосферні концентрації CO 2, виміряні опосередковано за даними льодового ядра, починаючи з 800 000 до н.е. До 1990 року кількість понад сім мільярдів тонн вуглецю (що еквівалентно 26 мільярдам тонн вуглекислого газу, коли також враховується вага атомів кисню) щороку викидалося в атмосферу, значна частина з промислово розвинених країн. Подібно до дії природно існуючих парникових газів, будь-які додаткові парникові гази призводять до підвищення температури поверхні Землі.

    У той час як CO 2 виробляється аеробним клітинним диханням, такі гази, як CH 4 і N 2 O, часто є продуктами анаеробних метаболізмів. Сільське господарство є основним фактором викидів CH 4, як ви бачили в розділі 7.1. Окрім анаеробних бактерій, метан також є важливою складовою природного газу і зазвичай викидається при видобутку та використанні природного газу та нафти, крім видобутку вугілля. Огляд того, як видобувається викопне паливо, див. Розділ 4. Нарешті, звалища суттєво сприяють викидам CH 4, оскільки відходи, що потрапляють на полігон, значною мірою піддаються анаеробному розкладанню, коли вони заглиблюються під багатьма шарами сміття та ґрунту. Природні джерела СН 4 включають болота і водно-болотні угіддя, а також вулкани.

    Переважна більшість N 2 O виробництва людьми походить від управління сільськогосподарськими землями. Хоча деякі N 2 O природним чином викидаються в атмосферу з ґрунту в рамках циклу азоту, людські зміни в землеустрої, значною мірою завдяки сільськогосподарській практиці, значно збільшили викиди N 2 O. Деякі N 2 O також викидаються з транспорту та промисловості.

    Через відносно високі концентрації в атмосфері порівняно з синтетичними газами CO 2, CH 4 та N 2 O відповідають за більшість глобальних змін клімату, спричинених людиною за минуле століття. На малюнку 7.9 показано збільшення кількості всіх трьох газів після промислової революції. Дані льодового ядра показують нам, що атмосферна концентрація CO 2 ніколи не перевищувала 300 ppm до промислової революції. Станом на початок 2015 року поточна концентрація CO 2 в атмосфері становить 400 проміле. Порівнюючи\(\PageIndex{1}\) цифру з малюнком 7.3.3, вище, що, ймовірно, станеться з глобальною температурою після цього безпрецедентного підвищення рівня парникових газів?

    Знімок екрана (95) .png
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Збільшення концентрації парникових газів в атмосфері за останні 2000 років. Збільшення концентрацій цих газів з 1750 року обумовлено діяльністю людини в індустріальну епоху. Одиниці концентрації - це частини на мільйон (ppm) або частини на мільярд (ppb), що вказує на кількість молекул парникового газу на мільйон або мільярд молекул повітря. Джерело: USGCRP (2009)

    Один клас хімікатів парникових газів, який не має природних джерел, - це фторовані гази. До них відносяться ГФУ, ПФУ та SF6, серед інших. Оскільки це синтетичні хімічні речовини, створені лише людиною, ці гази були фактично відсутні до промислової революції. Ці синтетичні гази використовуються для найрізноманітніших застосувань, від холодоагентів до виробництва напівпровідників та палива до антипіренів. Вони, як правило, мають довге життя в атмосфері, як видно в табл\(\PageIndex{1}\). Деякі з цих хімічних речовин, а також старі хлорфторуглероди (ХФУ), були припинені міжнародним екологічним законодавством відповідно до Монреальського протоколу (див. Глава 6). Через тривалий термін служби багато з цих зараз заборонених ХФУ залишаються в атмосфері. Нові хімічні заміни, такі як ГФУ, забезпечують багато тих самих промислових застосувань, але, на жаль, мають власні екологічні наслідки.

    Подібно до того, як парникові гази відрізняються за своїми джерелами та часом перебування в атмосфері, вони також відрізняються своєю здатністю виробляти парниковий ефект. Це вимірюється потенціалом глобального потепління, або ПГП, кожного парникового газу. ПГП парникового газу заснований на його здатності поглинати і розсіювати енергію, а також його термін служби в атмосфері. Оскільки СО 2 є найбільш поширеним парниковим газом, всі інші парникові гази вимірюються відносно нього. Як орієнтир, СО 2 завжди має ПГП 1. Зверніть увагу на дуже високі значення ПГП синтетичних фторованих газів в табл\(\PageIndex{1}\). Багато в чому це пов'язано з їх дуже тривалим часом перебування в атмосфері. Також зверніть увагу на більш високі значення ПГП для CH 4 і N 2 O порівняно з СО 2. Як це впливає на порівняння екологічних наслідків сільськогосподарської практики в менш промислово розвинених і більш промислово розвинених країнах, які ми завершили в розділі 7.1?

    парникові гази Хімічна формула або абревіатура Час життя в атмосфері Потенціал глобального потепління (100 років)
    Вуглекислий газ СО 2 Змінна 1
    Метан СН 4 12 років 28-36
    Закис азоту N 2 О 114 років 298
    гідрофторуглероди Абревіатура: ГФУ 1-270 років 12-14 800
    Перфторуглеці Абревіатура: ПФУ 2 600-50 000 років 7 390
    Гексафторид сірки SF6 3 200 років 22 800

    Інші впливові на клімат

    Окрім парникових газів, інші антропогенні зміни можуть змушувати зміни клімату. Збільшення приповерхневого озону від двигунів внутрішнього згоряння, аерозолі, такі як сажа, мінеральний пил та авіаційні вихлопні гази діють для підвищення температури поверхні. Це в першу чергу відбувається через зменшення альбедо світлих поверхонь темного кольору сажею, сажею, пилом або твердими частинами. Як відомо, в спекотний літній день носити білу сорочку зручніше, ніж чорну сорочку. Чому це? Оскільки матеріал світлішого кольору відскакує більше сонячної радіації назад до простору, ніж матеріал темного кольору, що дозволяє йому залишатися прохолоднішим. Більш темний матеріал поглинає більше сонячного випромінювання, підвищуючи його температуру. Подібно до того, як біла сорочка має вищий альбедо, ніж чорна сорочка, світлі предмети в природі (наприклад, сніг) мають вищий альбедо, ніж предмети темного кольору (наприклад, сажа або пил). Оскільки люди збільшують кількість сажі, сажі, пилу та твердих частинок в атмосфері, ми зменшуємо альбедо світлих поверхонь, змушуючи їх поглинати більше сонячної радіації та ставати теплішими, ніж без впливу людини. Приклад цього можна побачити в снігу на рис\(\PageIndex{2}\).

    Знімок екрана (96) .png
    Малюнок\(\PageIndex{2}\): Фотографія екстремального відкладення пилу з пустель плато Колорадо на снігопак Скелястих гір Колорадо в 2009 році. Взятий з високої точки басейну сенатора Бека в горах Сан-Хуан, він фіксує ступінь впливу затемнення, в якому снігове альбедо впало приблизно до 30%, більш ніж подвоївши поглинання сонячного світла. Кредит: С. Маккензі Скілз, Лабораторія снігової оптики, НАСА/JPL