13.9: Вуглекислий газ та зміни клімату

Last updated
Save as PDF

Page ID: 20621

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

Цілі навчання

Визначте глобальне потепління, зміна клімату, парниковий ефект та парникові гази.
Обговорити стратегії зниження інтенсивності впливу людини на парниковий ефект.

Глобальне потепління відноситься до підвищення середньої температури атмосфери Землі через підвищену концентрацію парникових газів, посилюючи парниковий ефект. Зміна клімату включає як глобальне потепління, спричинене викидами парникових газів, спричинене людиною, так і внаслідок цього масштабні зрушення погодних умов. Хоча були попередні періоди кліматичних змін, з середини 20 століття люди мали безпрецедентний вплив на кліматичну систему Землі та спричинили зміни в глобальному масштабі.

Найбільшим драйвером потепління є викид газів, що створюють парниковий ефект, з яких понад 90% складають вуглекислий газ (СО
2) і метан. Спалювання викопного палива (вугілля, нафта та природний газ) для споживання енергії є основним джерелом цих викидів із додатковим внеском сільського господарства, вирубки лісів та виробництва. Людська причина зміни клімату не оскаржується жодним науковим органом національного чи міжнародного значення. Підвищення температури прискорюється або загартовується кліматичними зворотними зв'язками, такими як втрата снігового та льодового покриву, що відбиває сонячне світло, збільшення водяної пари (сам парниковий газ) та зміни сухопутних та океанських вуглецевих раковин.

Рисунок\(\PageIndex{1}\) Спостережувана температура від NASA проти середнього значення 1850-1900 як доіндустріальна базова лінія.

Парниковий ефект - це процес, за допомогою якого випромінювання атмосфери планети прогріває поверхню планети до температури вище тієї, яка була б без цієї атмосфери (рис.\(\PageIndex{2}\)). Радіаційно активні гази (тобто парникові гази) в атмосфері планети випромінюють енергію у всіх напрямках. Частина цього випромінювання направляється в сторону поверхні, тим самим зігріваючи її. Інтенсивність спадного випромінювання — тобто сила парникового ефекту — залежить від кількості парникових газів, які містить атмосфера. Температура підвищується до тих пір, поки інтенсивність висхідного випромінювання від поверхні, тим самим охолоджуючи її, не врівноважує низхідний потік енергії.

Природний парниковий ефект Землі має вирішальне значення для підтримки життя і спочатку був попередником життя, що рухається з океану на сушу. Діяльність людини, головним чином спалювання викопного палива та чітке вирізання лісів, посилили парниковий ефект та спричинили глобальне потепління.

Термін парниковий ефект - це невелика помилка в тому сенсі, що фізичні теплиці нагріваються за допомогою іншого механізму. Парниковий ефект як атмосферний механізм функціонує через радіаційні втрати тепла, тоді як традиційна теплиця як вбудована конструкція блокує конвективні втрати тепла. Результатом, однак, є підвищення температури в обох випадках.

\(\PageIndex{2}\)Малюнок Парниковий ефект сонячної радіації на поверхню Землі, викликаний викидом парникових газів. Джерело: Вікіпедія

Парникові гази та глобальне потепління

Парниковий газ (іноді скорочено ПГ) - це газ, який поглинає і випромінює променисту енергію в тепловому інфрачервоному діапазоні, викликаючи парниковий ефект. Важливо розуміти, що водяна пара (H ₂ O) також є парниковим газом. Хоча люди мало безпосередньо впливають на концентрацію водяної пари в атмосфері, це все ще є важливим компонентом природного парникового ефекту, який виникає в нашій атмосфері. Чотири основні категорії парникових газів, на які найбільше вплинула людина, будуть детально розглянуті нижче. 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. Окрім анаеробних бактерій, метан також є важливою складовою природного газу і зазвичай викидається при видобутку та використанні природного газу та нафти, крім видобутку вугілля. 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. \(\PageIndex{2}\)На малюнку показано збільшення всіх трьох газів з 1750 року. 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.

Малюнок\(\PageIndex{2}\): 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. 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.

Таблиця\(\PageIndex{1}\). Порівняння парникових газів.
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\(\PageIndex{3}\).

Малюнок\(\PageIndex{3}\): 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

Наслідки зміни клімату

Ми обговоримо лише деякі наслідки зміни клімату в цьому розділі, включаючи зміни температури, опадів, рівня океану та кислотності океану. Є ще багато змін, які були помічені, і, за прогнозами, продовжуватимуться в майбутньому. До них відносяться: зміни кількості та розподілу льоду та снігу, зміни сезонності, зрушення екосистем та зміни середовища проживання популяцій рослин і тварин, крім інших. Для отримання додаткової інформації про ці наслідки зміни клімату відвідайте цей сайт: http://www.epa.gov/climatechange/sci...ors/index.html.

Температура і опади

Температура та опади є двома найбільш прямими впливами на клімат Землі через зміни клімату. До теперішнього часу ви вже повинні розуміти, чому підвищення рівня парникових газів в атмосфері викликає підвищення температури. Але чому це також впливає на моделі опадів? Як ви вже знаєте, водяна пара є важливою складовою атмосфери Землі. Оскільки повітря в тропосфері прогрівається і охолоджується, кількість водяної пари, яку він утримує, різко змінюється. Тут, в Грузії, у нас дуже спекотне і вологе літо. Висока літня вологість повітря в цьому регіоні можлива завдяки підвищеній здатності теплого повітря утримувати водяну пару. Простіше кажучи, тепліше повітря може вмістити більше води, ніж більш прохолодне повітря. У міру охолодження повітря його здатність утримувати водяну пару зменшується, і будь-яка зайва вода буде виходити з повітря як рідка вода. Прекрасним прикладом цього є утворення роси на поверхнях за ніч. Вдень температура тепліше, ніж вночі, а повітря має відносно високу утримуючу здатність водяної пари. Коли сонце сідає, повітря охолоджується, зменшуючи його здатність утримувати водяну пару. Ця зайва вода повинна кудись піти, і вона робить це, накопичуючись на поверхнях. Аналогічно, коли стикаються теплі та прохолодні повітряні фронти, шанси на дощ та грози збільшуються. Крім того, підвищення температури підсилює випаровування, що відбуваються на поверхні Землі. Це підвищене випаровування призводить до більшої концентрації водяної пари в атмосфері, що може призвести до збільшення опадів.

Зміна температури, яку ми вже бачили в середній атмосферній температурі Землі, відносно невелика (близько 1,2° C, згідно з малюнком 7.5.1). Однак, як і у багатьох аспектах зміни клімату, потенціал для більших змін різко зростає з часом у майбутньому. Це можна побачити на малюнку\(\PageIndex{4}\), на якому відображена модель прогнозованого підвищення температури. Зверніть увагу, що ці зміни відбуваються відносно швидко і не є рівномірними по всьому світу. Які можуть бути деякі з причин цього?

Рисунок\(\PageIndex{4}\): Прогнозовані зміни середніх глобальних температур за трьох сценаріїв викидів (рядків) протягом трьох різних часових періодів (стовпців). Зміни температур відносно середніх показників 1961- 1990 років. Сценарії походять зі спеціального звіту МГЕЗК про сценарії викидів: B1 - це сценарій з низькими викидами, A1B - сценарій середньо-високих викидів, а A2 - сценарій з високими викидами. Джерело: Робоча група МГЕЗК I: Основи фізичної науки, 2007.

Зміни опадів відбуваються внаслідок безлічі факторів, включаючи зміни вмісту водяної пари в атмосфері через зміну температури, про що говорилося вище. Також грає підвищена швидкість випаровування води на поверхні Землі при більш теплих температурах. Більше випаровування призводить до більшої кількості опадів. Нарешті, зрушення вітрових моделей впливають на розподіл опадів. Як ви можете бачити на малюнку\(\PageIndex{5}\), є деякі райони земної кулі, які, як очікується, матимуть збільшення кількості опадів, тоді як інші, як очікується, матимуть різке зменшення. Деякі основні населені пункти, за прогнозами, мають помірне та сильне збільшення опадів включають (оцінки населення столичного району наведені в дужках): Нью-Йорк, США (20,1 мільйона); Богота, Колумбія (12,1 м.); і Маніла, Філіппіни (11,9 м.). З якими проблемами можуть зіткнутися ці міста в майбутньому, коли вони мають справу зі зміною свого клімату?

\(\PageIndex{5}\)Малюнок Графікові різниці опадів були обчислені як різниця між середніми показниками 2081 до 2100 за 20 років мінус 1951 до 2000 середнього показника 50-річного. Блакитні райони збільшують кількість опадів; Проект коричневих областей зменшується.

На відміну від цього, прогнозується, що багато інших великих мегаполісів матимуть помірне та сильне зменшення опадів (посухи) до кінця 21 століття. До них відносяться Делі, Індія (21,8 м.); Лагос, Нігерія (21 м.); Сан-Паулу, Бразилія (20,9 м.); Колката, Індія (14,6 м.); Стамбул, Туреччина (14,4 м.); Лос-Анджелес, США (13,3 м.); Ріо-де-Жанейро, Бразилія (12 м.); Париж, Франція (12 м.); і Лахор, Пакистан (11,3 м).. Найбільша проблема, з якою ці райони, ймовірно, зіткнуться, - це скорочення водопостачання для пиття та сільського господарства. Див. Розділ 8 для більш докладної інформації про проблеми, з якими стикаються суспільства щодо постачання чистої, надійної води для свого населення та фермерських господарств.

Додаткові проблеми можуть відчувати всі райони світу щодо зміни сезонності або часу опадів, а також форми випадання опадів (наприклад, туман або злива; дощ, лід або сніг). Всі ці фактори впливають на доступність ґрунтових вод для рослин, стік річок і струмків, загальну доступність води по всьому світу. Крім того, вчені прогнозують збільшення кількості та тяжкості штормів у міру прогресування зміни клімату. Для повного обговорення потенційних наслідків цього див. Призначену статтю.

Підвищення рівня моря Хоча ми знаємо, що вода постійно циркулює по всьому світу, і що загальна кількість води на Землі не зміниться через глобальні зміни клімату, розподіл цієї води змінюється. Зокрема, океани збільшуються в об'ємі, тоді як запаси наземного льоду (наприклад, льодовики) зменшуються. Це сприяє підвищенню рівня моря в усьому світі (рис.\(\PageIndex{6}\)).

Рисунок\(\PageIndex{6}\): Цей графік показує середні абсолютні сукупні зміни рівня моря для світового океану з 1880 року на основі комбінації вимірювань припливів та останніх вимірювань супутників. Затінена смуга показує ймовірний діапазон значень, виходячи з кількості зібраних вимірювань та точності використовуваних методів.

З даних на малюнку ми бачимо\(\PageIndex{6}\), що рівень моря збільшився в середньому на 0,06 дюйма (0,15 см) на рік за часовий проміжок, показаний вище. Більшість цього підйому, однак, відбулося протягом останніх десятиліть. Швидкість збільшення зросла до 0,11 до 0,14 дюйма (від 0,28 до 0,36 см) на рік з 1993 року. Є дві сили, що спричиняють підвищення рівня моря, обидві спричинені зміною клімату. По-перше, підвищення глобальної температури спричинило посилення танення льоду в багатьох регіонах земної кулі. Танення льоду на суші (наприклад, льодовик, показаний на малюнку\(\PageIndex{7}\)) сприяє підвищенню рівня моря, оскільки вода, яка раніше зберігалася в льоду, сидячи на вершині суші, стає проточною водою, яка досягає океану через стік. Ми також спостерігаємо танення морського льоду (дані та цифри див. http://www.epa.gov/climatechange/sci ence/indicators/index.html). Морський лід, такий як лід, який покриває арктичні регіони Північної півкулі, не має землі під ним. Коли вона тане, вода залишається в тих же місцях, а загальний рівень моря не змінюється.

Малюнок\(\PageIndex{7}\): Відступ льодовика

Другим фактором, що впливає на підвищення рівня моря, є явище, яке називається тепловим розширенням. Завдяки фізичним властивостям води, у міру прогрівання води, її щільність зменшується. Менш щільна речовина матиме менше молекул в даній області, ніж більш щільна речовина (див. Розділ 1 додатковий матеріал). Це означає, що у міру зростання загальної температури океанів через глобальні зміни клімату така ж кількість молекул води тепер буде займати трохи більший обсяг. Це може здатися несуттєвим, але враховуючи 1,3 мільярда трильйонів літрів (264 мільярда галонів) води в океані, навіть невелика зміна щільності може мати великий вплив на рівень моря в цілому.

Вчені вже задокументували підвищення рівня моря в деяких районах світу, в тому числі в одному знайомому більшості з нас: південно-східній частині США. Малюнок\(\PageIndex{8}\) зображує виміряну площу суші, втрачену внаслідок підвищення рівня моря з 1996 року. Зверніть увагу, що Південний Схід (визначається тут як Атлантичне узбережжя Північної Кароліни на південь від Флориди) особливо сприйнятливий до втрати площі суші через пологий характер нашої берегової лінії. Рухаючись на північ до середньоатлантичних штатів (визначаються тут як Вірджинія на північ до Лонг-Айленда, Нью-Йорк), прибережні середовища проживання, як правило, мають більш круту географію, яка захищає від деяких втрат.

Рисунок\(\PageIndex{8}\): Цей графік показує чисту кількість земель, перетворених у відкриту воду вздовж узбережжя Атлантичного океану протягом трьох часових періодів: 1996—2001, 1996—2006 та 1996—2011 рр. Результати поділяються на два регіони: Південно-Східний і Середньоатлантичний. Негативні числа показують, де втрати землі випереджають накопичення нових земель.

Хоча екологічні наслідки підвищення рівня моря залишаються в Сполучених Штатах, ми не проектуємо катастрофічних втрат життя, майна або засобів до існування протягом деякого часу. Частково це пов'язано з великими інвестиціями, які ми зробили в інфраструктуру для захисту наших міст та сільськогосподарських угідь. Це не так у багатьох районах світу. Для обговорення наслідків підвищення рівня моря на менш промислово розвинені країни Бангладеш, Мальдіви, Кірибаті та Фіджі перегляньте необхідне читання статті.

Закислення океану

Розчинений СО ₂ має важливе значення для багатьох організмів, включаючи тварин, що будують молюски та інші організми, які утворюють тверде покриття на їх зовнішній вигляд (наприклад, молюски, корали, гаптофітові водорості). Це тверде покриття побудовано з арагоніту, мінеральної форми молекули карбонату кальцію, CaCo ₃. Ці організми покладаються на утворення карбонатних іонів (див. Розділ 1 додатковий матеріал для інформації про іони), CO ₃ ^2-, з розчиненого CO ₂, через природну хімічну реакцію, яка відбувається. Це відбувається через рівняння ланцюгової реакції, де бікарбонат (HCO ₃ ^-) утворюється як проміжний продукт, а іони водню (H ⁺) генеруються (рівняння\(\PageIndex{1}\) і\(\PageIndex{2}\)).

\[CO_{2} + H_{2}O \leftrightarrow H^{+} + HCO_{3}^{-} \nonumber \]

\[HCO_{3}^{-} \leftrightarrow H^{+} + CO_{3}^{2-} \nonumber \]

Щоб мати кращу візуалізацію цього процесу, дотримуйтесь разом із інтерактивною графікою за адресою: http://www.whoi.edu/home/oceanus_ima...ification.html.

Як бачите, обидва рівняння\(\PageIndex{1}\) і\(\PageIndex{2}\) кожне виробляють по одному H ⁺. Це важливо для хімії води, оскільки збільшення концентрації H+ означає зниження рН води. На малюнку видно\(\PageIndex{9}\), що більш низький рН означає, що рідина більш кисла. Як показано на інтерактивній графіці, збільшення CO ₂ в атмосфері призводить до розчинення додаткового CO ₂ в океані. Це означає, що більше CO ₂ в атмосфері призводить до більш кислого океанічного середовища.

Малюнок\(\PageIndex{9}\): Шкала рН і відносна кислотність. Ілюстрація з анатомії та фізіології, веб-сайт Connexions. http://cnx.org/content/col11496/1.6/, 19 червня 2013 р.

На жаль для тварин, що будують оболонки, накопичення Н ⁺ в більш кислому океанічному середовищі блокує засвоєння кальцію і CO ₃ ^2-, і ускладнює утворення арагоніту. Дефіцит арагоніту вже задокументований у багатьох світових океанах, як показано на малюнку\(\PageIndex{10}\).

Зростаюча кислотність світового океану призводить до змін середовища проживання по всьому світу. Очікується, що це лише погіршиться, оскільки рівень CO ₂ в атмосфері продовжує зростати. Багато організмів, включаючи корали, які є основними видами красивих коралових рифів, дуже чутливі до змін рН океану. Вчені задокументували випадки руйнування екосистем шляхом відбілювання коралів, спричинені наслідками зміни клімату, включаючи підкислення океану та підвищення температури. Для отримання додаткової інформації відвідайте веб-сайт програми збереження коралових рифів NOAA: coralreef.noaa.gov/threats/climate/.

Рисунок\(\PageIndex{10}\): Ця карта показує зміни рівня насичення арагонітом поверхневих вод океану між 1880-х і останнім десятиліттям (2004—2013 рр.). Арагоніт - це форма карбонату кальцію, яку багато морських тварин використовують для побудови своїх скелетів та раковин. Негативна зміна являє собою зменшення насиченості.

Кліматичні стратегії

Хоча ситуація навколо глобальних змін клімату серйозно потребує нашої уваги, важливо усвідомити, що багато вчених, лідерів та зацікавлених громадян приймають рішення щодо зміни клімату частиною своєї життєвої діяльності. Два рішення проблем, спричинених зміною клімату, - це пом'якшення наслідків та адаптація, і нам, ймовірно, знадобиться комбінація обох, щоб процвітати в майбутньому.

Стратегії адаптації

Ми знаємо, що зміни клімату вже відбуваються, оскільки ми можемо бачити та відчувати наслідки цього. З цієї причини важливо також адаптуватися до нашого мінливого середовища. Це означає, що ми повинні змінити свою поведінку у відповідь на мінливе середовище навколо нас. Деякі стратегії адаптації обговорюються в необхідному читанні статті.

Стратегії адаптації будуть сильно відрізнятися залежно від регіону, залежно від найбільших конкретних впливів у цій галузі. Наприклад, в місті Делі, Індія, прогнозується різке зменшення кількості опадів протягом наступного століття (рис. 7.6.2). Цьому місту, ймовірно, доведеться впроваджувати політику та практику, що стосуються збереження води, наприклад: збирання дощової води, повторне використання води та підвищення ефективності зрошення. Міста, обмежені дощем поблизу океанів, такі як Лос-Анджелес, Каліфорнія, можуть вибрати опріснення для забезпечення питною водою своїх громадян. Опріснення передбачає вилучення солі з морської води, щоб зробити її питною (Глава 14).

Містам з низькими висотами поблизу океанів може знадобитися реалізувати стратегії адаптації до підвищення рівня моря, від морських стін і дамбів до переселення громадян. Однією з стратегій адаптації, що набирає застосування, є створення або збереження водно-болотних угідь, які забезпечують природний захист від штормових сплесків і повеней.

Стратегії пом'якшення наслідків

Загалом, стратегія пом'якшення зміни клімату - це та, яка зменшує кількість парникових газів у атмосфері або запобігає додатковим викидам. Стратегії пом'якшення намагаються «виправити» проблеми, спричинені зміною клімату. Урядові нормативні акти щодо паливної ефективності транспортних засобів є одним із прикладів інституціоналізованої стратегії пом'якшення наслідків, яка вже діє в США та багатьох інших країнах світу. На відміну від деяких інших країн, у Сполучених Штатах немає податків на вуглець або зборів за спалювання викопного палива. Це ще одна урядова стратегія пом'якшення наслідків, яка виявилася ефективною у багатьох країнах, включаючи Індію, Японію, Францію, Коста-Ріку, Канаду та Великобританію.

Окрім державних заходів та стимулів, технології також можуть бути використані для пом'якшення зміни клімату. Однією зі стратегій для цього є використання уловлювання та секвестрації вуглецю (CCS). Через CCS 80-90% CO ₂, який був би викинутий в атмосферу з таких джерел, як вугільна електростанція, замість цього захоплюється, а потім зберігається глибоко під поверхнею Землі. CO ₂ часто вводять і секвеструють сотні миль під землею в пористих скельних утвореннях, ущільнених нижче непроникного шару, де він зберігається постійно (рис.\(\PageIndex{11}\)).

Малюнок\(\PageIndex{11}\): Схема захоплення та секвестрації вуглецю з орієнтирами, показаними для масштабу для посилання на глибину. Джерело: EPA США.

Вчені також вивчають використання ґрунтів та рослинності для потенціалу зберігання вуглецю. Показано, що належне управління ґрунтовими та лісовими екосистемами створює додаткові поглотители вуглецю для атмосферного вуглецю, зменшуючи загальне атмосферне навантаження CO ₂. Збільшення вуглецю в ґрунті ще більше приносить користь громадам, забезпечуючи ґрунт кращої якості для сільського господарства та вирощування.

Технології, пов'язані з альтернативними джерелами енергії (Глава 15), пом'якшують зміни клімату, забезпечуючи людей енергією, не отриманою від спалювання викопного палива. Нарешті, прості заходи, такі як енергозбереження, вибір прогулянок або велосипедів замість водіння та належне розпорядження відходами - це заходи, які, коли роблять велика кількість людей, активно пом'якшують зміни клімату, запобігаючи викидам вуглецю.

Знайдіть хвилинку, щоб визначити способи, якими ви особисто можете брати участь у пом'якшенні змін клімату або адаптації до них. Які зміни ви можете внести у власне життя, щоб запобігти надлишковим викидам вуглецю? Подібно до вашого екологічного сліду, який ви вже повинні були обчислити в лабораторії, ви також можете обчислити свій вуглецевий слід. Скористайтеся калькулятором вуглецевого сліду EPA для цього та досліджуйте розділ «Зменшити викиди», щоб знайти способи зменшення вуглецевого сліду.

Рішення для забруднення повітря на транспорті

Джерела забруднення повітря викликають: PM = сажа = проблеми з легенями; CO2 = парниковий газ = зміна клімату; CO, NOx, SOx, & VOC = смог = астма та погана якість/видимість повітря. Рішення забезпечують скорочення викидів, що дорівнює приросту здоров'я людини та навколишнього середовища. — Рисунок\(\PageIndex{6}\) *Джерела та рішення для транспортування забруднення повітря. Зображення: EPA*

Рішення щодо забруднення повітря на транспорті, скорочення викидів можуть призвести до більш чистого повітря та покращення здоров'я.

Каталітичні нейтралізатори в поєднанні з неетилованим бензином і низьким рівнем сірки значно знижують викиди вуглеводнів і оксидів азоту.
Стандарти палива зменшують вплив забруднюючих речовин, таких як свинець і бензол. Відновлювані види палива зменшують викиди CO ₂.
Технології двигуна, такі як комп'ютерне управління, змінний газорозподіл клапанів, багатоклапанні двигуни, турбонаддув та прямий впорскування бензину, покращують економію палива та _{зменшують} викиди CO
Технології передачі, такі як 7+ швидкості, трансмісії з подвійним зчепленням, (DCT) та безступінчасті трансмісії (CVT), покращують економію палива та зменшують викиди CO ₂.
Дизельні фільтри зменшують тверді частинки з автомобільних та позашляхових дизельних двигунів. Альтернативні технології транспортних засобів, такі як вставні електромобілі та паливні елементи, дорівнюють нульовим викидам вихлопної труби
Краще планування перевезень для пасажирів та вантажів зменшує викиди та використання палива.

Резюме

Гази, які затримують тепло в атмосфері, називаються парниковими газами.
Парниковий ефект - це процес, за допомогою якого випромінювання атмосфери планети нагріває поверхню планети до температури вище тієї, яка була б без цієї атмосфери.
Глобальне потепління відноситься до підвищення середньої температури атмосфери Землі через підвищену концентрацію парникових газів, посилюючи парниковий ефект.
Зміна клімату включає як глобальне потепління, спричинене викидами парникових газів, спричинене людиною, так і внаслідок цього масштабні зрушення погодних умов.
Парникові гази відрізняються своєю здатністю виробляти парниковий ефект, що вимірюється потенціалом глобального потепління, або ПГП. Молекула СН ₄ приблизно в 28 разів ефективніше одного з СО ₂ при поглинанні інфрачервоного випромінювання, тоді як N ₂ O в 298 разів ефективніше. Синтетичні фторовані гази ще набагато вище (в тисячах). Багато в чому це пов'язано з їх дуже тривалим часом перебування в атмосфері.
Були надані різні технології та підходи, рекомендовані EPA США для зменшення викидів парникових газів у людини.

Автори та атрибуція

Template:ContribAgnewM
Libretext: Introduction to Environmental Science (Zendher et al.)
US EPA
Wikipedia