Най-важните парникови газове (земната екосистема)

Парниковите газове и други емисии, отделяни от хората, са най-важната причина за настоящите >> климатични промени. На тази страница ще намерите повече информация за това какво всъщност са парниковите газове, тяхното значение за изменението на климата и други емисии, които влияят на климата.

Какво всъщност са парниковите газове?

Парниковите газове са газове в земната атмосфера, които променят земния >> радиационен бюджет. Както всяко топло тяло, земята излъчва топлинна радиация на заобикалящата я среда. Топлинното излъчване на идеалното „черно тяло“ (така физиците наричат ​​тела, които могат да излъчват топлината си безпрепятствено) зависи от неговата температура и е описано от закона на радикацията на Планк. Топлинното излъчване на повечето реални тела се различава горе-долу ясно от този идеал, тъй като тяхното топлинно излъчване е затруднено. Такъв е случаят и със земята, както показва следващата фигура:

екосистема

В случая на земята газовете в атмосферата възпрепятстват излъчването на топлина (как това е открито е >> тук). Газовете поглъщат радиацията в много специфични дължини на вълните, по които могат да бъдат ясно разпознати - следователно "спектрите на поглъщане" се използват и в анализа на околната среда за идентифициране на газове или за изследване на атмосферата на отдалечени планети. Следователно газовете, които възпрепятстват земното топлинно излъчване, също трябва да бъдат ясно идентифицирани: абсорбцията при дължина на вълната 15 μm се причинява, например, от въглеродния диоксид. Когато топлинната радиация се абсорбира, самите газове се нагряват и излъчват топлина - но във всички посоки, не само в космоса, но и обратно на земята. В резултат на това земята се затопля повече, отколкото всъщност би могло да се очаква въз основа на слънчевата радиация (>> още).

Тъй като въпросните газове не възпрепятстват късовълновата слънчева радиация, а само топлинната радиация, те действат в атмосферата като стъклата на оранжерия: оттук и името парникови газове.

Приносът на парниковите газове за изменението на климата

Затоплянето на земята от парникови газове е естествен процес, без който земята би била с около 33 градуса по Целзий по-студена (>> климат). Но когато концентрацията на парникови газове се увеличава поради човешка дейност, температурата на земята също се увеличава - и тогава говорим за климатични промени, направени от човека. Междувременно е доказано, че човешките дейности повишават концентрацията на парникови газове (вижте също >> Примера за въглероден диоксид); следната фигура показва приноса на отделните парникови газове:

Дял на отделните парникови газове в общия брой създадени от човека
Емисии на парникови газове през 2004 г. в еквивалент на въглероден диоксид - т.е.,
снимката показва Принос на парниковите газове към изменението на климата. Илюстрация
от >> 4-ти доклад за климата на ООН за 2007 г., сборник, собствен превод.

Въглероден диоксид (CO2)

Въглеродният диоксид е признат за парников газ от ирландския физик Джон Тиндал в средата на 19 век (>> още); това е причината за повече от три четвърти от изкуственото затопляне, което го прави най-важният „изкуствен“ парников газ днес. Удвояването на съдържанието на въглероден диоксид в атмосферата може да увеличи температурата на земята между 2 и 4,5 ° C (>> още). От свързани с енергията емисии - изгарянето на изкопаеми горива (въглища, нефт, газ) за производство на електроенергия, в промишлеността, в битовите отоплителни системи и в пътния трафик е над 30 милиарда тона в световен мащаб (2011 г .: 34,7 милиарда тона [50]) този парников газ се отделя.

Това е добавено през 2011 г. 3,3 милиарда тона от Изгаряне на гори, особено тропическите гори на Амазонка и Югоизточна Азия. Почти половината от общите емисии от 38 милиарда тона се абсорбират от естествени поглътители на въглерод, особено океаните, но също така и от сухоземните екосистеми. Средно между 2002 и 2011 г. световният океан е погълнал 26 процента (това би било същото през 2011 г. почти 10 милиарда тона) и сухоземни екосистеми (отглеждане на гори и торфени блата) 28 процента (това би било 10,6 милиарда тона през 2011 г .; или нето - след приспадане на емисиите от горящи гори - 7,3 милиарда тона). Тази стойност обаче може да варира значително от година на година в зависимост от състоянието на растителността.

Принос на съответните източници за увеличаването на
Концентрация на въглероден диоксид в атмосферата (51).
(Един тон въглерод е еквивалентен на 3,667 тона
Въглероден двуокис; Фигура от IPCC доклад 2007
[Работна група 1, стр. 513], собствен превод).

Това оставя средно 17,5 милиарда тона в атмосферата всяка година, което води до повишаване на съдържанието на въглероден диоксид с 2 ppm годишно. Концентрацията на въглероден диоксид в атмосферата нараства от доиндустриалните 280 ppm до сегашните 392 ppm. (Прединдустриалните стойности са известни от ледените ядра (>> още); има непрекъснати измервания на Mauna Loa на Хаваите от 1958 г., които документират увеличението оттогава; те са показани на фигурата >> тук.) След като е попаднал в атмосферата Въглеродният диоксид остава там дълго време: след 1000 години половината от него все още ще бъде във въздуха. Поради тази продължителност на престоя, значението на въглеродния диоксид за изменението на климата ще се увеличи в дългосрочен план.

В Германия въглеродният диоксид вече представлява 85% от всички парникови газове; свързаните с енергията емисии възлизат на около 865 милиона тона годишно.

>> още относно въглеродния цикъл и изменението на климата

Откъде идва въглеродният диоксид?

Източниците на нарастващия въглероден диоксид в земната атмосфера могат да бъдат определени с различни методи, като изотопният анализ е особено значим: Въглеродът се среща в два общи изотопа: 12 С (около 99 процента) и 13 С (около 1 процент). Въпреки това, изкопаемите горива имат по-ниско съотношение от 13 C/12 C от въглеродния диоксид в атмосферата и те също се различават един от друг: този „подпис“ показва въглеродния диоксид от изкопаемите горива, а намаляващото съотношение от 13 C/12 C показва съотношението на изкопаемите горива при нарастващото общо съдържание на въглероден диоксид (има и други причини за спадащото съотношение 13 C/12 C, но те могат да бъдат разграничени; за подробности и източници вж. IPCC доклад 2007, работна група 1, стр. 139).

Представяне на глобалните въглеродни емисии (черно) и
Промяна в изотопното съотношение 13C/12C (червено). Скалата
на изотопното съотношение е показано обърнато, така че
издигащата се крива показва спадащо изотопно съотношение 13C/12C
означава. Кривата идва от измервателната станция Mauna Loa. Фиг.:
Изменение на климата 2007: Физическата научна основа. Принос на
Работна група 1, страница 138.

Дишането трябва да бъде забранено?

Има хора, които отричат ​​изменението на климата и един от аргументите, които използват, за да осмиват притесненията относно глобалното затопляне и най-вече ролята на въглеродния диоксид в него, е, че всеки ден на земята има повече от седем милиарда души Издишайте два милиарда тона въглероден диоксид - така че преди да се занимавате с индустриални емисии, първо трябва да забраните дишането.

Грешката в разсъжденията (поне за онези, които не използват аргумента срещу по-доброто си познание) се крие във факта, че издишаният въглероден диоксид идва от разграждането на органичния въглерод, образуван чрез фотосинтеза, което е част от краткосрочния >> въглероден цикъл на земята. Издишаният въглероден диоксид не променя концентрацията в земната атмосфера. При изгаряне на изкопаеми горива обаче се отделя въглерод, който се изтегля от този цикъл от геоложки времена и следователно се въвежда отново в цикъла - и следователно води до увеличаване на концентрацията в атмосферата.

За да сравните другите парникови газове с въглеродния диоксид, ще го направите Потенциал за глобално затопляне (често съкратено като GWP след английския потенциал за глобално затопляне), използван за преобразуване: Потенциалът за глобално затопляне показва колко силен е ефектът на дадено вещество в сравнение с въглеродния диоксид. Потенциалът за глобално затопляне на метана например е 21, така че един тон метан има парников ефект като 21 тона въглероден диоксид. След въглеродния диоксид двата най-важни парникови газа са метанът и азотният оксид (смеещ се газ).

Използвайки този потенциал за глобално затопляне, може да се посочи и концентрацията на всички парникови газове в атмосферата, тази стойност става Еквивалентна концентрация на въглероден диоксид и съкратено на CO2e. Понастоящем тази концентрация е около 445 ppm (в сравнение с 392 ppm CO2).

Други парникови газове

метан

Метанът (CH4) има потенциал за глобално затопляне от 21 почти 15 процента допринася за парниковия ефект (делът на германските емисии е добри 7%). Метанът се произвежда винаги, когато органичният материал се разгражда при изхвърлянето на кислород; това се случва главно в стомасите на преживните животни (говеда и овце), при отглеждане на мокър ориз и на депа. В някои страни от Латинска Америка метанът е най-важният парников газ от селското стопанство поради отглеждането на говеда; концентрацията на метан в атмосферата се е увеличила със 151 процента от началото на индустриализацията.

Повишаване на метана в атмосферата от 1979г.
Източник на илюстрацията: Обобщен доклад Климатични промени: глобални рискове,
Предизвикателства и решения. Копенхаген 2009, 10-12 март.

Метанът реагира в земната атмосфера с хидроксилни радикали („радикалите“ в химията са особено реактивни атоми или молекули с несдвоени електрони) и се разгражда до въглероден диоксид и водни пари за период от 10 до 12 години. отколкото метан. Хидроксилните радикали обаче участват и в образуването на сулфатни и други аерозоли в атмосферата и когато радикалите реагират с метан вместо с други замърсители на въздуха, концентрацията на охлаждащите (>> тук) аерозоли намалява: Ако се включи този ефект първо, делът на метана в нарастването на парниковия ефект може да бъде по-висок, отколкото се предполагаше преди (60).

Азотен оксид

При разграждането на минералните азотни торове в почвата се образува азотен оксид (смеещ се газ, N20). Това е най-важният парников газ, отделян от земеделието в световен мащаб. Потенциалът за глобално затопляне на смеещия се газ е 310; неговият дял в парниковия ефект е около осем процента, а концентрацията му в атмосферата се е увеличила със 17 процента от началото на индустриализацията.

Увеличение на азотния оксид в атмосферата от 1978г.
Източник на илюстрацията: Обобщен доклад Климатични промени: глобални рискове,
Предизвикателства и решения. Копенхаген 2009, 10-12 март.

F-газове

CFC (Хлорофлуоровъглеводороди) са били използвани главно като горива и хладилни агенти, тъй като те допринасят за разрушаването на озоновия слой, употребата им е значително намалена от 1990 г. (>> тук); флуорвъглеводородите, използвани като заместители (HFC) не увреждат озоновия слой - но са и парникови газове.

Протоколът от Киото включва и тези, създадени в алуминиевата индустрия перфузирани въглеводороди (PFC) и този, използван като изолационен газ в ключове за високо напрежение Сярен хексафлуорид (SF6) взети под внимание.

А какво да кажем за водните пари?

Водните пари са най-важният природен парников газ (>> тук). Тъй като съдържанието на вода във въздуха зависи от температурата, съдържанието на водна пара в атмосферата се увеличава с повишаване на температурите и по този начин усилва въздействието на други парникови газове. Например парниковият ефект на въглеродния диоксид в абсолютно сух въздух би бил приблизително наполовина по-голям, отколкото е в действителност, т.е. той се удвоява от водните пари. Този ефект вече е взет предвид при разглеждане на потенциала за глобално затопляне на въглеродния диоксид и другите парникови газове. Отделно от това, съдържанието на водни пари се променя само регионално от човешки дейности - например чрез обезлесяване на тропическите гори или въвеждане на напояване. Тези интервенции обаче нямат значителни глобални ефекти върху водния баланс в атмосферата (61); и следователно водната пара не се разглежда отделно при обсъждането на глобалното затопляне.

Други емисии, които променят климата

В допълнение към парниковите газове, други замърсители на въздуха също могат да променят енергийния баланс на земята. За разлика от парниковите газове, те не абсорбират топлината, излъчвана от земята, а загряват земята по други начини.

Частиците сажди в атмосферата причиняват затопляне, тъй като поглъщат слънчевата радиация. Потъналите върху снежните повърхности частици сажди намаляват албедото (>> тук) и по този начин засилват затоплянето. Освен това слой сажди върху ледниците в Хималаите ускорява тяхното топене; образуването на този слой сажди се насърчава на индийския субконтинент от инверсионни метеорологични условия (топлият въздух се наслагва върху близоземния студен въздух и предотвратява въздушния обмен) между мусонните дъждове. Саждите идват главно от изгарянето на биомаса; Най-големият дял се дължи на изчистването на гори с огън, по-малък дял - около една пета - чрез изгаряне на биомаса за готвене и отопление. Други източници са печките за въглища (особено в Китай) и дизеловите автомобили без филтри за сажди. Като цяло частиците сажди представляват 10 процента от общото радиационно въздействие от парникови газове и други емисии.

Азотни оксиди и въглеводороди

Азотните оксиди и въглеводороди образуват такива, когато са изложени на слънчева светлина тропосферен озон (>> Летен смог - да не се бърка със стратосферния озон, който образува озоновия слой, който защитава земята от слънчевите лъчи, вижте >> Атмосферата). Това също е важен парников газ (но е включен в списъка с другите емисии, тъй като не се отделя директно, а произтича от други замърсители). Увеличението на концентрацията на озон в тропосферата е най-високо в индустриалните агломерации и тропическите райони с силно изгаряне на биомаса, в съответствие с образуването на прекурсори, където съдържанието на озон е вероятно да се е утроило през 20-ти век (80). На по-голяма надморска височина озонът също може да се пренася далеч с въздушни потоци.

Източниците на парникови газове

Въглеродният диоксид от изкопаеми горива идва предимно от изгарянето на въглища, нефт и газ в производството на електроенергия, в транспорта, в сградите и в промишлеността. В промишлеността се получава допълнителен въглероден диоксид при някои процеси - например в циментовата промишленост, приблизително същото количество въглероден диоксид излиза от варовика, както идва от изкопаеми горива. През 2011 г. делът на изкопаемите горива е бил 43% въглища, 34% нефт и 18% газ; този на циментовата промишленост 5% (50). Освен това има въглероден диоксид от горското стопанство, главно от разчистването на тропическите гори, и парниковите газове, които се отделят в селското стопанство. Изчистването на тропическите гори (повече >> тук) е най-големият принос за емисиите на парникови газове в страни като Бразилия и Индонезия (в Индонезия 70 процента от въглеродния диоксид идва от унищожаването на горите); Най-важният парников газ от селското стопанство е азотният оксид от почвата, последван от метан от стомасите на преживни животни като говеда и овце. Отглеждането на мокър ориз също е важен източник. Като цяло следните отделни дялове в производството на парникови газове са резултат за отделните сектори:

Източниците на парникови газове: дял на отделните сектори в
общите емисии на парникови газове в еквивалент на въглероден диоксид.
Данни от 2004 г. Фигура от >> 4-ия доклад на ООН за климата 2007 г.,
Синтезна лента, собствен превод.

Историческата отговорност за парниковите газове, които са в атмосферата днес, става ясна, когато разгледаме натрупаните емисии на отделни държави за периода от 1880 до 2004 г. На следващата фигура това е показано като емисии на глава от населението за яснота, размерът на правоъгълника показва общите емисии на страната:

Кумулативни емисии на парникови газове 1880 до 2004 г. на отделните страни. Илюстрация от Дейвид JC MacKay: Устойчива енергия - без горещия въздух, страница 14. Лиценз: >> cc 2.0. .

Въпреки всички знания за ролята, която парниковите газове играят за глобалното затопляне, и въпреки всички политически декларации за намерения, емисиите на парникови газове продължават да се увеличават:

Увеличение на създадените от човека Емисии на парникови газове в милиарди тона еквивалент на въглероден диоксид (>> тук) на година. За значението на цветовете вижте илюстрацията >> по-горе. Илюстрация от >> 4-ия доклад за климата на ООН за 2007 г., сборник, собствен превод.

  • Индустриална възраст:
  • Общ преглед
  • Индустриална революция
  • селско стопанство
  • население
  • Подове
  • сурови материали
  • енергия
  • вода
  • въздух
  • Изменението на климата
  • Химикали
  • Отпадъци
  • Изчезване на видове
  • Глобални промени
  • Забележки

Въглероден двуокис. Фиг. От Jacek FH, от >> wikipedia, достъп до 17 август 2010 г. Лиценз: >> GNU FDL 1.2