По анализу WordStat термин «глобальное потепление» ищут около 60 тысяч раз в месяц. Очень популярное понятие, собирающее вокруг себя много шума и инфоповодов. Само словосочетание является скорее упрощением всего понятия и используется в СМИ как более доступное для понимания. Говоря о глобальном потеплении, имеют в виду именно вклад человека в повышение средней температуры атмосферы Земли, но не учитывают природный вклад в те же изменения. С точки зрения климатологии термин неверен. Учёные используют понятие «глобальное изменение климата», объединяя под ним все причины возникновения этого явления. Главную причину видят именно в парниковых газах. Что это такое, откуда они берутся и как влияют на окружающую среду — обо всём расскажем в этой статье.
Слои атмосферы
Для начала давайте разберёмся в слоях атмосферы, в которых находятся парниковые газы.
Тропосфера – самый близкий к поверхности Земли слой. В зависимости от широты верхняя граница тропосферы колеблется от 8 до 18 километров. Именно в этой зоне, начиная уже от 2 км от Земли, формируются облака, циклоны и антициклоны, а также содержится более 80% всей массы атмосферного воздуха.
Стратосфера имеет границы от 11 до 50 км. В этой зоне располагается озоновый слой – участок, начинающийся с высотой примерно 20 километров, с повышенным содержанием озона. Этот слой защищает Землю от ультрафиолетового излучения, а следовательно и процессов нагревания, а также задерживает парниковые газы.
Что такое парниковые газы?
Парниковые газы (ПГ) — газообразные вещества естественного или антропогенного происхождения, поглощающие или отражающие ультрафиолетовое излучение. К перечню ПГ относится много газов, но основными в атмосфере являются водяной пар, углекислый газ, метан и озон. Именно они вносят наибольший вклад в развитие парникового эффекта. Они создают воздушную оболочку в верхних слоях атмосферы, через которую тепло поступает на поверхность Земли, но не имеет возможности быть отражённым в космос. Таким образом, тепло накапливается в тропосфере и повышает общую температуру на Земле.
С чем мы имеем дело: подробнее о каждом газе
Водяной пар
Водяной пар является основным естественным парниковым газом и вносит наибольший вклад в формирование парникового эффекта. Появляется он из всеми известных источников – это обычное испарение воды с поверхности океанов и морей, а также испарение в ходе использования воды в промышленности, например, для охлаждения реакторов.
Итак, водяной пар ответственен за 60% парникового эффекта планеты. Казалось бы, именно он ускоряет темпы нагрева Земли, но и тут есть свои нюансы. Во-первых, появление пара в атмосфере напрямую связано с температурой. Чем больше остальные газы откладываются под озоновым слоем, тем больше температура, и тем больше испарение воды. Формируется цикличность, которую невозможно прервать, но можно уменьшить темпы развития. Во-вторых, именно водяной пар формирует облака, которые, наоборот, отражают тепловые лучи, тем самым снижая температуру воздуха. Поэтому водяной пар не рассматривают как главную угрозу изменения климата и обращают внимание на другие газы.
Метан
Метан — это углеводород с формулой CH4. Он вносит вклад в формирование парникового эффекта многие тысячелетия, так как имеет не только антропогенные, но и другие виды происхождения. До развития человечества главным источником метана в воздухе были вулканизм и болота. В случае с вулканами, это и само извержение, и его последствия, а именно подмывание лавой пластов угля. Подобное явление было активно распространено в Пермском периоде на территории современной Сибири, где в том время располагалось большое количество вулканов. Пласты угля, заложенные в Карбоне, еще не погрузились достаточно глубоко, поэтому могли подмываться лавой во время извержения вулканов. Большое количество высвобождающегося в результате этого процесса углерода, который почти сразу же восстанавливается до метана, считают одной из главных причин Великого пермского вымирания.
Болота – крупнейший природный источник атмосферного метана, на которых приходится около 20 процентов атмосферного метана за счет выбросов из почв и растений. В водно-болотных угодьях обитают характерные животные и растения, приспособленные к жизни в большом количестве воды, а также низкому содержанию кислорода в этой воде. Из-за того, что бактерии болот потребляют кислород быстрее, чем он поступает к ним из воздуха, их метаболизм изменился в процессе эволюции так, что организм в процессе своей жизнедеятельности вырабатывает метан как побочный продукт.
Количество выбросов этого парникового газа увеличилось с развитием земледелия и животноводства. Коров кормят большим количеством травы, что приводит к перевариванию в организме скота вегетативных веществ, которые не перерабатываются другими животными. От обильного питания (желудок коровы содержит 150-190 л жидкости и пищи) у животных на фермах развивается метеоризм – повышенное скопление газов в ЖКТ. На один килограмм сухого вещества в корме они выделяют 20 грамм метана. По оценкам учёных, в 2013 году количество выбросов метана в процессе животноводства приблизилось к 40% от всех антропогенных выбросов.
Также большое количество газа (до 17% ежегодно по данным РосСельХоз РФ) образуется при выращивании риса: эту культуру обильно поливают, что создаёт эффект заболачивания. На данный момент сельское хозяйство является одним из главных антропогенных источников метана: каждый год в процессе обработки земель, выпаса скота и сбора урожая в атмосферу выделяется до 50% ежегодных выбросов.
Углекислый газ
Газ с формулой CO2 стоит на третьем месте по угрозе изменения климата. Среди источников углекислого газа есть как антропогенные, так и биотические, и абиотические. К первым относится промышленность и большие выбросы газа в результате сжигания топлива, сжигания биомассы во время сведения лесов, производства различных товаров (например, цемента). К биотическим можно отнести процесс дыхания, ведь на нашей планете всё живое выделяет CO2: и растения, и животные, и даже бактерии. Некоторые учёные сравнивают выделение углекислого газа биомассой с антропогенными выбросами, настолько эти показатели близки. К абиотическим относятся такие источники, как выделение газа в процессе вулканизма и в процессе горения органики (окисление).
Несмотря на большой вклад углекислого газа в формирование парникового эффекта (до 26%), есть организмы, способные его перерабатывать. Растения суши, водоросли, а также фитопланктон производят весь кислород на нашей планете в процессе фотосинтеза – механизма, необходимого растениям для их жизни. Растения используют углекислый газ, чтобы построить молекулы глюкозы, которые нужны им как энергетическое топливо. Побочным продуктом реакции является кислород. Если посмотреть на уравнение реакции фотосинтеза, видно, что из 6 молекул CO2 образуется 6 молекул O2.
6CO2 + 6H2O = C6H12O6 + 6O2
Так, растения способствуют уменьшению количества парникового газа в воздухе, но не стоит забывать, что они, как уже было сказано выше, сами его выделяют в процессе дыхания. Если мы рассмотрим любое дерево, то увидим, что зеленая его часть способна производить кислород, но есть и другая, незелёная, которая не может фотосинтезировать. Но обе эти части дышат, то есть потребляют кислород. Получается, что количество кислорода и углекислого газа, выделяемых и поглощаемых наземными растительными организмами, примерно равны. Поэтому, оставшимся источником кислорода, который может накапливаться в атмосфере и не расходоваться на дыхание, будет кислород от фитопланктона. Фитопланктон небольшой, его размеры позволяют ему потреблять меньше кислорода для дыхания, а также свободно использовать накапливающийся в воде углекислый газ. Тем не менее, водоросли не способны переработать весь углекислый газ на планете, включая и прибавляющийся с каждым годом новый объем газа.
Озон
Озон – газ с формулой O3, который и формирует озоновый слой. Соответственно, этот газ – преимущественно стратосферный, где находится 90% от всего атмосферного озона. Наибольшую опасность представляет именно тропосферный озон, которого не более 10%. Он сильный окислитель, поэтому хорошо вступает в реакции в воздухе. В итоге реакции получаются молекулы кислорода и свободные атомы, высокая концентрация которых крайне токсична.
Часть тропосферного озона возникает ещё и в процессе формирования фотохимического смога. Смог в принципе возникает из-за сильного загрязнения воздуха, но этот тип включает в себя и реакции с высвобождением озона. В процессе этого явления оксиды азота и другие летучие соединения под действием солнечных лучей могут вступать в фотохимические реакции, в результате которых и выделяется сильный загрязнитель – озон.
Чем в итоге там опасно накопление тропосферного озона? В отличие от других парниковых газов, которые поглощают излучения только ультрафиолетового спектра, озон способен поглощать и инфракрасное излучение, основной вклад которого – нести тепло. Стратосферный озон (озоновый слой) защищает Землю от проникновения ультрафиолетовых лучей и не даёт выйти инфракрасным, то есть оказывает и охлаждающее, и согревающее действие. А тропосферный озон пропускает оба типа лучей, тем самым вдвойне нагревая слои атмосферы.
Фреоны
Углекислый газ, озон, метан и водяной пар образуются в больших объемах и имеют соответствующее влияние на тепловой баланс атмосферы. Но есть и другие газы, приносящие вред окружающей среде, в том числе и озоновому слою. К таким относятся фреоны – галогеносодержащие углеводороды, способные вступать в реакцию со стратосферным озоном, переводить его в свободный кислород и тем самым истончать озоновый слой. С 2010-х годов многие страны стали сокращать или полностью отказываться от оборудования, в котором могли использоваться определенные типы фреонов. Сюда относятся и холодильные установки.
К чему может привести парниковый эффект?
Как уже описывалось выше, парниковый эффект ведёт к повышению температуры атмосферы Земли. Этот фактор скажется не только на нашем ощущении, но и на перестройке экосистем.
В первую очередь, перестроится климат. Из-за перераспределения температуры поменяется количество осадков в разных зонах. Где-то дожди станут редкостью, а где-то, наоборот, начнутся проливные дожди и штормы.
Большое количество осадков, а также таяние льдов из-за повышенных температур приведёт к поднятию уровня океана. Если абсолютно все ледники, включая Антарктиду, растают, этот уровень поднимется на 65 метров (это почти полностью затопленный Санкт-Петербург) и вся прибрежная линия всех материков окажется затопленной, пострадает инфраструктура, жилые районы, вся флора и фауна побережья.
Из-за потепления в северные районы начнёт переселяться всё больше и больше животных и растений. Такие примеры уже можно наблюдать. Пару лет назад в Московской области начали замечать паука с полосатым брюшком. Это Аргиопа Брюнниха, также известный как паук-оса. Еще в 20 веке его ареалом считались Южная Европа и Азия и Северная Африка. В связи с потеплением, данный вид начал расширять свой ареал обитания, и вот уже сейчас его легко можно встретить в Подмосковье. Чем выше температура атмосферы Земли, тем больше южных видов начнет заселять и север, от чего возрастёт их численность. А вот северные виды, наоборот, начнут вымирать из-за непривычно высоких температур, к которым они могут не успеть выработать адаптации.
Говоря в целом, начнут страдать экосистемы. Теплолюбивые организмы начнут распространяться и увеличиваться в числе, холодовыносливые будут вымирать. Последует полная перестройка цепей питания, некоторые звенья из них исчезнут, отчего начнут вымирать травоядные, которые питались вымершими растениями, а за ними и хищники, которые питались этими травоядными. Подобные изменения скажутся на привычном нам виде лесов, степей и других природных зон. Все эти метаморфозы скажутся и на человеке. Даже изменение температуры нанесёт большой удар по нам: из-за этого вырастет число сердечных, легочных и респираторных заболеваний. Многие другие болезни распространены только в очень теплых регионах, например, малярия. Из-за распространения насекомых на север всё больше людей столкнется с этим и другими заболеваниями.
Тема парниковых газов кажется очень распространенной, но мало кто осведомлен о последствиях. Их осознание помогает в полной мере понять, почему так много говорят об углекислом газе, вреде метана и выбросах промышленности в атмосферу. сам процесс медленный, но из года в год скорость его развития увеличивается и никогда еще не было настолько большой, и Аргиопа Брюнниха – лишь одно из множества доказательств этому.
Автор: Борисова Екатерина
Информация о произведении:
Условия использования: свободное некоммерческое использование при условии указания людей, участвовавших в его создании, и ссылки на первоисточник (статьи на действующем сайте интернет-журнала «Стройка века»).
Для коммерческого использования обращаться на почту: buildxxvek@gmail.com
Список источников
- АНО «Научно-исследовательский институт проблем экологии» «Роль метана в изменении климата»
- Earth Science “Why is ozone a greenhouse gas if it absorb UV radiation?”
- Журнал Vegetarian, “Метан и крупный рогатый скот. Как происходит загрязнение воздуха на фермах”
- Научно-популярный журнал “Химия и жизнь”, “Коровы и метан”
- Яндекс.Дзен “Как рис влияет на изменение климата и жизнь фермеров”
- РосСельХоз “Новый вид риса поможет снизить парниковый эффект”