Круговорот углекислого газа. Парниковый эффект

Экологический кризис – одна из наибольших опасностей, с которыми сегодня сталкивается человечество. К сожалению, неразумное стремление к техническому и промышленному прогрессу создало экологические проблемы, которые привели к непредвиденному ущербу. Ситуация настолько ухудшилась, что все живые организмы теперь более или менее подвержены воздействию загрязняющих веществ, содержащихся в воде, воздухе и почве.

Загрязнение – это попадание в экосистему нежелательных и вредных веществ в виде газа, жидкости или твердого вещества. Большинство из них отрицательно влияют на окружающую среду, что может привести к уничтожению слабых организмов. С уничтожением каждого вида возникает цепочка реакций, которая в конечном итоге нарушает структуру и функционирование всей экосистемы.

Увеличение количества твердых отходов или концентрации газов в атмосфере в результате деятельности человека означает загрязнение воздуха. Это один из самых вредных и распространенных видов загрязнения окружающей среды, который наблюдается в большинстве промышленных городов и мегаполисов. Обычными загрязнителями воздуха, которые выходят из дымоходов электростанций, систем сжигания топлива и выхлопных систем, являются дым, пыль, диоксид серы, диоксид углерода, монооксид углерода, оксиды азота, фтористый водород и кремний. Они загрязняют воздух, вызывая проблемы совершенно другого характера, чем те, которые вызывают загрязнение земной поверхности.

Повышение концентрации углекислого газа в атмосфере – каковы последствия?

Углекислый газ – постоянный обитатель атмосферы. Если бы мы за одну ночь ликвидировали все выбросы CO2, источником которых является человек, атмосфера продолжалась бы нагреваться в течение 100 лет или даже дольше. Однако деятельность человека, приводящая к увеличению концентрации СО2 в атмосфере, значительно ускоряет этот процесс, что приводит ко многим негативным последствиям.

Увеличение содержания углекислого газа в глобальном масштабе приводит к повышению газоизоляции во всем мире, что вызывает глобальное потепление. Это приводит к череде катастрофических событий, таких как изменение среднего уровня океанов, изменение климатических условий и режима осадков. При вдыхании более высокой концентрации CO2 люди и животные также могут испытывать одышку.

Концентрация углекислого газа в атмосфере Земли постоянно увеличивается. Растения реагируют на изменение концентрации CO2. Это важное сырье для фотосинтеза, которое имеет решающее значение для поддержания всей системы жизни на этой планете. Способность растений поглощать СО2 во время фотосинтеза, а затем накапливать углерод в своей структуре, может замедлять скорость увеличения концентрации углекислого газа в атмосфере.

Как промышленность справляется с повышением уровня углекислого газа?

Несколько факторов несут ответственность за загрязнение, например, рост численности населения, незапланированная урбанизация и вырубка лесов, а также технический прогресс. В развитых странах граждане потребляют больше продуктов питания, используют больше пестицидов, инсектицидов, удобрений, топлива, минералов, автомобилей и многих других продуктов всех видов. Большая часть этой продукции производится на заводах. Неконтролируемое производство в последние десятилетия привело к значительному увеличению уровня загрязнения окружающей среды. Бороться с ним чрезвычайно сложно, дорого и в то же время необходимо.

В настоящее время промышленность уделяет все больше внимания ограничению выбросов в атмосферу вредных соединений, в том числе углекислого газа. С этой целью она ищет новые альтернативные способы уменьшения выбросов углекислого газа, такие как:

• использование энергии из возобновляемых источников – это позволяет сократить производство энергии из каменного угля;
• использование котлов на биомассе, которые служат для сжигания побочных продуктов;
• замена системы освещения с традиционной на светодиодную – такой вид освещения позволяет использовать меньше энергии, а значит, снижает количество парниковых газов, выделяемых в процессе производства;
• замена транспортных средств, движущихся по территории промышленного предприятия, например, электрические погрузчики вместо дизельных вилочных погрузчиков;
• внедрение низкоуглеродных технологий;
• оптимизация маршрута перевозки готовых материалов;
• модернизация устройств и установок, отвечающих строгим экологическим нормам;
• снижение энергозатратности процессов.

Группа PCC – экологические решения компании

Группа PCC, заботясь о благе окружающей среды и стремясь сократить выбросы углекислого газа, создала серию продуктов Greenline®, которые соответствуют тенденции зеленой химии. Чтобы противодействовать ухудшению состояния окружающей среды, важно, чтобы химическая промышленность стремилась к новым, более экологичным производственным решениям. Сегмент Greenline® расширил предложение Группы PCC, включая продукты, для производства которых энергия поступает исключительно из возобновляемых источников энергии. Это приводит к значительному снижению выбросов углекислого газа в окружающую среду. Кроме того, в их производстве используется мембранный электролиз, который считается самой современной технологией в мире. По сравнению с другими методами, он потребляет гораздо меньше энергии. Благодаря этим аспектам «зеленые» продукты имеют отраслевые сертификаты, подтверждающие их безопасность для людей и окружающей среды, а также высочайшее качество. Помимо производственных методов, Группа PCC также использует железнодорожный транспорт, который намного экологичнее автомобильного. Использование зеленого транспорта (Greenway) – это еще один шаг компании навстречу устойчивому развитию.

Каким будет наша среда и какие изменения произойдут в ней через несколько десятков лет, зависит от нашего выбора сейчас. Поэтому важным аспектом являются продуманные действия, которые не повлияют негативно на удовлетворение потребностей будущих поколений, а также на мир растений и животных.

Углекислый газ выполняет важную функцию в атмосфере Земли. Он вовлечен в процессы появления и разложения всех живых организмов и образования органических соединений из неорганических.
В биосфере СО2 поддерживает процесс фотосинтеза, который образовывает растительный мир суши и поверхности океана.
Совместно с молекулами воды, метана и озона он формирует «парниковый эффект».

Диоксид углерода — это парниковый газ, который в воздухе воздействует на теплообмен земли и является ключевым элементом в формировании земного климата.
На сегодняшний день прослеживается повышение концентрации двуокиси углерода в атмосфере из-за появления новых искусственных и естественных его источников. Это значит, что климат планеты будет меняться.

• Источники углекислоты
• Поглотители двуокиси углерода
• Взаимодействие с океаном
• Взаимодействие с землей
• Заключение

Большая часть диоксида углерода планеты естественного происхождения. Но также источниками СО2 являются промышленные предприятия и транспорт, которые обеспечивают выброс в атмосферу углекислого газа искусственного происхождения.

При перегнивании деревьев и травы каждый год выделяется 220 миллиардов тонн углекислого газа. Океанами выделяется 330 миллиардов тонн. Пожары, которые образовались в связи с природными факторами приводят к выбросу СО2, равному по количеству антропогенной эмиссии.

Естественными источниками углекислоты являются:

• Дыхание флоры и фауны. Растения и животные поглощают и вырабатывают СО2, так устроено их дыхание.
• Извержение вулканов. Вулканические газы содержат двуокись углерода. В тех регионах, где есть активные вулканы, углекислый газ способен выходить из земных трещин и разломов.
• Разложение органических элементов. Когда органические элементы горят и перегнивают появляется СО2.

Диоксид углерода хранится в углеродных комбинациях: угле, торфе, нефти, известняке. В качестве резервных хранилищ можно назвать океаны, в которых содержатся большие резервы углекислоты и вечную мерзлоту. Однако, вечная мерзлота начинает таять, это можно заметить по уменьшению снежных шапок самых высоких гор мира. При разложении органики наблюдается рост выделения в атмосферу углекислого газа. В результате чего хранилище преобразуется в источник.

Северные районы Аляски, Сибири и Канады — это в основном вечная мерзлота. В ней содержится много органического вещества. Из-за нагрева арктических регионов вечная мерзлота тает и происходит гниение ее содержимого.

Главными искусственными источниками CO2 считаются:

• Выбросы предприятий, которые происходят в процессе сгорания. Результатом является значительное повышение концентрации углекислого газа в атмосфере планеты.
• Транспорт.
• Превращение хозяйственных земель из лесов в пастбища и пахотные земли.

В мире растет количество экологических машин, но их процент по отношению к машинам внутреннего сгорания очень мал. Стоимость электрокаров выше обычных машин, поэтому многие не имеют финансовой возможности приобрести такой вид транспорта.

Интенсивное сокращение лесов для промышленности и сельского хозяйства относится к антропогенным источникам CO2 не в прямом смысле. Деятельность по уменьшению лесных массивов является причиной неучастия диоксида углерода в процессе фотосинтеза. Что приводит к его накоплению в атмосфере.

Поглотители двуокиси углерода

Поглотителями называют любые искусственные или природные системы, которые впитывают из воздуха углекислый газ. Поглотитель — это структура, которая вбирает из воздуха больше CO2 чем выбрасывает в него.

Леса способны воздействовать на количество двуокиси углерода в воздухе. Они могут быть и поглотителями, и источниками выбросов параллельно (при вырубке). Когда деревья увеличиваются, а лес растет, то углекислый газ поглощается. Данный процесс считается основой развития биомассы. Выходит, что прогрессирующий лес выступает поглотителем.

Лес северного полушария

При сжигании и уничтожении леса основная доля накопленного углерода опять преобразуется в углекислый газ. В итоге лес снова является источником СО2.
Фитопланктон также является поглотителем углекислого газа на земле. При этом большая часть поглощенного углерода, передаваясь по пищевой цепочке, остается в океане.

Самыми известными поглотителями СО2 считаются: раствор едкого калия, натронная известь и асбест, едкий натр.
Эти соединения при протекании химических реакций связывают углекислоту, преобразовывая ее в другие соединения. Существуют установки, которые улавливают углекислый газ из выбросов электростанций и преобразуют его в жидкое или твердое состояние с последующим применением в промышленности. Производятся испытания закачки углекислого газа, растворенного в воде, в базальтовые породы под землей. В процессе реакции образуется твердый минерал.

Станция закачки углекислого газа под землю

Взаимодействие с океаном

В океанах углекислота по наличию превышает атмосферное содержание, если пересчитать на углерод, то выйдет примерно 36 триллионов тонн. Растворенный в океане CO2 находится в виде гидрокарбонатов и карбонатов. Эти соединения образуются в процессе химических реакций между подводными скальными породами, водой и двуокисью углерода. Реакции эти обратимы, они вызывают образование известняковых и других карбонатных пород с высвобождением половины гидрокарбонатов в виде диоксида углерода.

Круговорот углекислого газа в океане

Протекая сотни миллионов лет, этот круговорот реакций привёл к связыванию в карбонатных породах большей части диоксида углерода из атмосферы Земли. По итогу большинство двуокиси углерода, полученной в результате интенсивных выбросов углекислого газа в атмосферу человеком, будет растворено в океанах. Но скорость, с которой будет протекать этот процесс в дальнейшем, остается неизвестной.
Наличие фитопланктона на поверхности океанов помогает поглощать СО2 из воздуха в океан. Некоторое количество углекислого газа фитопланктон поглощает при фотосинтезе, приобретая энергию и источник для развития клеток. Когда он погибает и спускается на дно, углерод остается с ним.

Взаимодействие с землей

Углекислый газ воздуха на генетическом уровне взаимосвязан с землей. Постоянно протекающие почвенные движения увеличивают резервы СО2 в воздухе, где он используется растениями на образование органических элементов. Углекислота выполняет важную функцию в формировании и проветривании почвы. Он принимает участие в разрушении основных минералов, увеличении растворяемости, перемещении карбонатов и фосфатов.

Значительная доля диоксида углерода грунтового воздуха появляется в результате деятельности почвенных организмов, во время распада и окисления органического элемента. До 1/3 части СО2 вырабатывается корнями высоких растений. Также происходит поступление углекислого газа с газами ювенильного и вадозного происхождения из глубочайших шаров земли. В почвах, сформированных на известковых породах, СО2 способен выступать продуктом разрушения углекислого кальция почвенными кислотами.

СО2 грунтового воздуха имеет огромную биологическую значимость. Ее излишек (больше 1%) подавляет проращивание семян и рост корневой системы. Если убрать углекислоту все равно ее кратковременный излишек приведет к медленному росту семян.

В почвах с большим содержанием органического вещества концентрация СО2 летом и весной увеличивается до 3-9 %. Черноземные грунты вырабатывают от 2 до 6 кг углекислого газа на протяжении 24 часов. В почвенном воздухе на глубине 75-150 см в два раза больше содержание СО2 нежели в верхних слоях. В теплые времена содержание СО2 в почвенном воздухе в два раз больше чем в зимний период. Объяснить это можно увеличением активности организмов в грунте.
Необходимо понимать, что многочисленные способы земледелия приводят к повышению концентрации углекислоты в грунте. Среди них можно выделить:

• органические удобрения;
• травосеяние;
• сжатие катками.

Безусловно, не стоит говорить, что плодородность и качество земли зависит исключительно от углекислоты, есть и другие факторы, влияющие на это.
Чтобы регулировать динамику СО2 в почве и увеличивать его содержание до требуемого количества для извлечения хорошего урожая необходимо:

• активировать жизненные процессы в грунте при помощи аэрации;
• осуществлять правильное травосеяние для того чтобы поддерживался и обновлялся резерв органического вещества;
• делать сидерацию и вносить органические удобрения.

Заключение

Несомненно, что без углекислого газа существование на нашей Земле кардинально отличалось бы. Он вовлечен в важнейшие биологические, химические, геологические и климатические процессы. О них важно знать для объяснения многих явлений, происходящих вокруг нас.

Все чаще мы видим с экранов телевизоров, слышим и читаем в новостях, что к экологическим проблемам относится тенденция глобального потепления на земле. Не безосновательно эти явления связывают с выбросами в атмосферу углекислого газа, который является побочным продуктом промышленной деятельности человечества. Так ли это на самом деле? Я предлагаю вам шаг за шагом разобраться в поставленном вопросе.

• Содержание CO2 в прошлом
• Повышение CO2 в атмосфере
• Причины глобального потепления климата на Земле
• Какие последствия может иметь глобальное потепление
• Пути решения глобального потепления
• Заключение

800 тысяч лет, до начала индустриально-промышленной эпохи, содержание диоксида углерода в воздухе регулировалась происходящими на поверхности и в океане геологическими процессами и производящими фотосинтез организмами. В среднем концентрация колебалась от 150 ppm до 300 ppm (частиц на миллион). Колебание зависело от определенных временных периодов на планете, в том числе и ледниковых.

Земля ведёт подробный дневник, записанный в прошлогоднем снеге. Учёные-климатологии берут на исследования керны — образцы льда из ледников Гренландии и Антарктики, в которых сохранился древний воздух. Анализируя его, можно вести непрерывную запись состояния земной атмосферы за последние 800 тысяч лет.

Добыча кернов льда

За всё это время содержание углекислого газа в воздухе никогда не превышало 3 сотых процента. Одним из первых, кто нашёл способ точного измерения концентрации диоксида углерода в атмосфере, был океанограф по имени Чарльз Дэвид Киллинг. Свое открытие он совершил в 1958 году. Благодаря этому открытию мы знаем, что Земля наша дышит, но очень медленно. На один вдох требуется целый год. Большая часть земной жизни находится в её лесах. А основная масса лесов располагается в Северном полушарии.

Карта лесов нашей планеты

Когда на север приходит весна, леса вдыхают углекислый газ из воздуха и вырастают, делая земли зелеными. Содержание CO2 в атмосфере падает. Когда приходит осень, деревья сбрасывают листья, которые разлагаются и выдыхают двуокись углерода обратно в атмосферу. Когда на север приходит осень, то же самое происходит и в Южном полушарии. Но большую часть Южного полушария занимает океан, так что именно леса севера контролируют ежегодные изменения глобального уровня углекислоты.

Процесс дыхания нашей планеты происходит подобным образом десятки миллионов лет. Казалось бы, что никто не сможет нарушить глобальное равновесие экосистемы на нашей планете. Но на Земле уже существовал и развивался человек.

Повышение CO2 в атмосфере

В 14000 году до нашей эры сельское хозяйство заложило основу оседлой жизни и появлению постоянных поселений. Это был период становления древнейших цивилизаций, таких как Шумерская, на территории современного Ирака. Чтобы выращивать урожай, люди начали вырубать леса еще в древности, используя освобожденные места для засева культурами. Древесина использовалась и используется повсеместно как: строительный материал, инструмент, топливо.

Уже в 1750 году Западная Европа начинает использовать механизмы, работающие на сжигании каменного угля. В течение нескольких десятилетий, новые методы химического производства, паровые котлы и станки полностью заменили ручной труд. С этого момента установилась тесная взаимосвязь между загрязнением, выбросами углекислого газа и деятельностью человека.

В 1781 году был запатентован первый паровой двигатель. Это стало важным шагом в промышленной революции и позволило ввести в эксплуатацию тяговые, транспортные средства и железнодорожные локомотивы. Что привело к увеличению добычи и использования каменного угля. Не стоит забывать и об увеличении населения и его потребностях. Оно составляло на тот момент 800 миллионов человек. До 1 миллиарда оставалось примерно 17 лет.

В 1850-х нефть использовали в качестве топлива и сырья в различных промышленных производствах. Это «новое золото» используется повсеместно национальными и международными компаниями.

К концу 19-го столетия, на нефтяной сектор приходилось около 1/3 глобальных выбросов углекислого газа.

В 1908 году на рынок выходит автомобиль Ford, что дает начало массовому производству в автомобилестроении. Население Земли в это время перевалило за 1 миллиард 650 миллионов человек.

В настоящее время более миллиарда человек имеют собственный автомобиль.

Уже в 1950 происходит бум гражданской авиации, и люди повсеместно начинают пользоваться услугами авиаперевозчиков. А население планеты в этот год достигло числа в 2,5 миллиарда человек. Спустя 8 лет Дэвид Киллинг обнаружил беспрецедентный в истории человечества резкий рост общего уровня CO2, который с тех пор только усиливался. По сравнению с содержанием этого газа во времена становления земледелия и цивилизаций, отрыв был шокирующим. 3 миллиона лет ничего подобного на земле не происходило.

Сейчас, в 2000-е годы, более половины населения Земли проживает в городах и потребляет приблизительно 70 процентов первичной энергии произведенной человеком. Население земли приближается к отметке в 8 миллиардов человек.

Обобщая все факторы, влияющие на избыток углекислого газа в атмосфере, можно сказать, что с ростом и развитием человечества и улучшением его комфортного существования растет содержание диоксида углерода в воздухе.

По состоянию на 2018 год основными источниками углекислого газа являются:

• Сжигание угля;
• Сжигание нефти;
• Сжигание газа;
• Производство цемента;
• Сжигание попутного газа;
• Изменение в типе пользования земли (вырубка лесов, строительство, земледелие).

Такие незначительные факторы как, увеличение численности населения, пастбищ и крупного рогатого скота в совокупности дополняют общую эмиссию CO2 и приводят к глобальному потеплению.

Причины глобального потепления климата на Земле

Сжигая уголь, нефть и газ наша цивилизация выдыхает двуокись углерода намного быстрее, чем Земля способна его поглотить. Из-за этого CO2 накапливается в атмосфере и планета нагревается.

Каждый тёплый объект излучает некий свет в невидимом невооружённым глазом диапазоне, это тепловое инфракрасное излучение. Все мы светимся невидимым тепловым излучением даже в темноте. Поступающий от солнца свет падает на поверхность, а Земля поглощает значительные объёмы этой энергии. Эта энергия нагревает планету и заставляет поверхность излучать в инфракрасном диапазоне.

Земля в инфракрасном излучении

Но углекислый газ атмосферы поглощает большую часть этого исходящего теплового излучения, отражая его обратно к поверхности Земли. Это ещё сильнее нагревает планету — это и есть парниковый эффект, который приводит к глобальному потеплению. Простейшая физика поддержания энергетического баланса.

Хорошо, но откуда мы знаем, что проблема в нас? Возможно, рост уровня CO2 вызван самой Землёй? Возможно сжигаемые уголь и нефть, тут не причем? Возможно, всё дело в этих проклятых вулканах? Ответ — нет, и вот почему.

Раз в несколько лет гора Этна на Сицилии впадает буйство.

При каждом сильном извержении в атмосферу выбрасываются миллионы тонн CO2. Прибавим к этому результаты остальной вулканической активности на планете, возьмем самое большое расчетное число около 500 млн. тонн вулканического углекислого газа в год. Создается впечатление, что это много, да? Но это меньше 2% из 30 млрд. тонн CO2, выбрасываемых каждый год нашей цивилизацией. Увеличение содержания диоксида углерода в атмосфере совпадает с известными объемами выбросов от сжигания угля, нефти и газа. Совершенно очевидно, что причиной роста концентрации углекислоты в воздухе кроется не в вулканах. Более того, наблюдаемое потепление соответствует прогнозам, по результатам зарегистрированного увеличения содержания двуокиси углерода.

30 млрд. тонн углекислого газа в год, много ли это? Если сжать его до твердого состояния, то объем будет равняться всем «белым скалам Дувра» и такое количество CO2 мы выбрасываем в атмосферу каждый год беспрерывно. К несчастью для нас, главный побочный продукт нашей цивилизации, не какое-то другое вещество, а именно углекислый газ.

Свидетельства того, что планета нагревается, повсюду. Для начала стоит взглянуть на градусники. Метеостанции ведут регистрацию данных о температуре с восьмидесятых годов 19 века. Ученые НАСА использовали эти данные для составления карты, которая показывает изменения средних температур по всему миру с течением времени.

Сильнейшее воздействие на изменение климата сейчас оказывает, вызванное сжиганием ископаемых видов топлива, увеличение концентрации углекислого газа, удерживающего больше солнечного тепла. Эта дополнительная энергия должна куда-то деваться. Часть идет на нагрев воздуха, а большая часть оказывается в океанах и они становятся теплее.

Повышение температуры у поверхности океана вследствие глобального потепления влияет на развитие фитопланктона, ограничивая количество питательных веществ, поступающих из прохладных океанских глубин в поверхностные слои. Сокращение численности фитопланктона означает снижение способности океана поглощать углекислый газ и дополнительное ускорение глобального потепления, которое, в свою очередь, будет ускоряющимися темпами наносить урон морской экосистеме.

Очевиднее всего потепление видно в северном ледовитом океане и окружающих его районах. Из-за нагрева океанов мы теряем летние льды в местах, куда почти никто не заходит. Лёд — самая светлая природная поверхность на земле, а океанские просторы самые темные. Лёд отражает падающий солнечный свет обратно в космос, вода поглощает солнечный свет и нагревается. Что приводит к таянию новых льдов. Что в свою очередь обнажает еще больше поверхности океана, поглощающей еще больше света — это называется положительной обратной связью.

На мысе Дрю Пойнт штата Аляска, берег Северного Ледовитого океана, 50 лет назад береговая линия находилась более чем в полутора километрах дальше в море. Берег отступал со скоростью около 6 метров в год. Сейчас эта скорость составляет 15 метров в год. Северный Ледовитый океан нагревается всё сильнее. Большую часть года в нём уже нет льдов, это делает берег ещё более уязвимым перед эрозией из-за штормов, которые становятся с каждым разом все мощнее.

Северные районы Аляски, Сибири и Канады — это по большей части вечная мерзлота. 1000 лет почва там была заморожена круглый год. В ней содержится много органического вещества — старые листья, корни растений, которые росли там до замерзания. Из-за того, что арктические регионы нагреваются быстрее других, вечная мерзлота тает, а ее содержимое начинает гнить.

Таяние вечной мерзлоты приводит к выделению в атмосферу углекислого газа и метана, еще более сильного парникового газа. Это еще больше усиливает глобальное потепление — новый пример положительной обратной связи. Вечная мерзлота содержит достаточно углерода, чтобы увеличить содержание CO2 в атмосфере более чем вдвое. При существующих темпах, глобальное потепление способно высвободить всю эту двуокись углерода до конца этого столетия.

Какие последствия может иметь глобальное потепление

Чем же опасен углекислый газ в больших концентрациях в воздухе и к чему приведет глобальное потепление? Такое будущее прогнозируют уже давно и вот каким оно будет в 2100 году.

При отсутствии действий по смягчению последствий изменения климата, со способами и темпами хозяйственной деятельности аналогичными сегодняшним, мы будем жить в энергоемкой мире, основанном на использовании все более дефицитного и дорогостоящего ископаемого топлива. Человечество будет испытывать большие проблемы в сфере энергетической безопасности. Лесной покров в тропиках будет замещен сельскохозяйственными и пастбищными угодьями практически повсеместно. К концу 21-ого века, глобальная температура достигнет отметки на ≈ 5°С выше, чем до индустриальной революции.

Контрастность природных условий резко усилится. Мир полностью измениться при концентрации углекислого газа в атмосфере, равной 900 ppm. Произойдут широкие преобразования природной среды, часто в ущерб человеческой деятельности. Стоимость адаптации к новым условиям намного превысит стоимость смягчения последствий изменения климата.

Последствия в океане

Воды Арктики могут стать полностью свободными ото льда в летний период к 2050 году. Уровень моря повысится на 0,5-0,8 метров и продолжит повышаться после 2100 года. Многие населенные пункты и прибрежная инфраструктура по всему миру будут находиться под угрозой разрушения. Произойдет значительное увеличение случаев экстремальных ситуаций в прибрежной зоне (ущерб нанесут цунами, штормы и связанные с ними приливы).

Возникнет повсеместная гибель коралловых рифов в результате окисления и нагрева океана, повышения уровня моря и усиления интенсивности тропических циклонов и ливней. Изменения в рыболовстве даже не поддаются предсказаниям.

Последствия на суше

Области распространения вечной мерзлоты сократятся более чем на 2/3, что приведет к эмиссиям в атмосферу, эквивалентным выбросам углекислого газа за всю историю вырубки лесов. Многие виды растений будут не в состоянии достаточно быстро приспособиться к новым климатическим условиям. Увеличение температуры негативно скажется на урожае пшеницы, риса и кукурузы в тропических и умеренных широтах. В результате чего произойдет массовое исчезновение видов. Повсеместно будет не хватать пищи людям, голод станет одной из основных проблем человеческой цивилизации.

Последствия в атмосфере

Интенсивность и продолжительность периодов аномально жарких дней, по крайней мере, удвоится по сравнению с сегодняшним днем. Холодные и влажные северные регионы станут еще более влажными, а регионы с полусухим и пустынным климатом еще более сухими. Экстремальные осадки станут более интенсивными и частыми на большей части умеренных и тропических широт. Произойдет глобальное увеличение количества осадков, а ежегодная площадь наводнений увеличится в 14 раз.

Последствия для человека

Расчетный безопасный уровень концентрации CO2 для человека в 426 ppm будет достигнут в ближайшие 10 лет. Предполагаемый рост до 900 ppm в атмосфере к 2100 году очень негативно скажется на человеке. Постоянная вялость и усталость, чувство духоты, потеря внимания, обострение астматических заболеваний – это лишь малая часть неудобств, которые мы ощутим на себе. Постоянные перепады температур и погодных условий не принесут человеческому организму никакой пользы. Производительность труда сильно упадет. Эпидемиологический и болезненный риски очень повысятся в больших городах.

Пути решения глобального потепления

Решить проблему глобального потепления, кардинально изменив свое отношение к потреблению благ цивилизации, мы не можем на данном этапе времени. Слишком много факторов связывают нас с производством и промышленностью. А они, в свою очередь, являются основными источниками углекислого газа.

Но двигаться в этом направлении необходимо и нужно, если мы оставим все как есть, то какое будущее достанется нашим внукам и правнукам?

На данный момент есть четыре варианта решения:

• Поиск альтернативных источников энергии.
• Уменьшение выбросов CO2, совершенствуя существующее производство и транспорт.
• Посадка деревьев.
• Отбор углекислого газа из атмосферы и закачка в подземные пласты Земли.

Энергия солнца, ветер, приливы и отливы, тепловая энергия недр Земли – отличные экологические источники энергии.

Используя их, можно получать электрическую энергию не сжигая уголь и газ. Промышленные выбросы необходимо пропускать через химические сепараторы – станции очистки уходящих газов от диоксида углерода. Транспорт было бы неплохо заменить электрокарами, чтобы уйти от двигателей внутреннего сгорания. Зачастую вырубка лесов идет без насаждения в этих местах новых деревьев. Нужным шагом в сторону сохранения и приумножения лесов считалось бы образование всемирной организации озеленения планеты, которая следила за лесными массивами.

Отличием парниковых свойств CO2, по сравнению с другими газами, является его долговременное воздействие на климат. Это влияние, после прекращения вызвавшей его эмиссии, остаётся в значительной степени постоянным на протяжении до тысячи лет. Поэтому необходимо, в ближайшем будущем, наладить установку станций по закачке углекислого газа из атмосферы в недра планеты.

Что значит эта новость? Неужели человечество прошло точку невозврата и негативные последствия глобального потепления теперь не остановить?

Чем опасен парниковый эффект?

Рекордный показатель CO₂ был зафиксирован в минувшую субботу специалистами обсерватории Национального управления США по исследованию океанов и атмосферы (NOAA). Он составил 415 частей на миллион, то есть в каждом кубометре воздуха присутствовало не менее 415 мл углекислого газа.

Согласно данным Института океанографии при Калифорнийском университете в Сан-Диего, до индустриальной революции содержание углекислоты в атмосфере никогда не превышало 300 частей на миллион. И только в 2013 году оно достигло 400 единиц. С тех пор этот показатель постоянно растёт, и, как подсчитали учёные, к началу следующего столетия концентрация CO₂ в воздухе может составить 1200-1300 частей на миллион.

«Действительно, человечество при таких концентрациях CO₂ раньше не жило, — говорит заместитель директора Института физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН Владимир Семёнов. — До этого во время оледенений концентрация углекислого газа менялась в пределах 180-300 частей на миллион, и эти изменения происходили за десятки тысяч лет. А сейчас только за последние 50 лет содержание CO₂ выросло почти на 100 частей на миллион. Это беспрецедентный рост. Он в 100 раз более быстрый, чем за последние сотни тысяч лет. Связано это с воздействием человека на природу, в первую очередь — со сжиганием ископаемых углеводородов и уничтожением растений. Думаю, что дальше рекордные значения будут регулярно обновляться».

В наши дни любой школьник знает, что повышение содержания углекислого газа в атмосфере способствует возникновению парникового эффекта. Солнечные лучи нагревают поверхность Земли, а молекулы углекислого газа (и не только его, главным парниковым газом вообще считается водяной пар, а еще в эту группу входят метан, озон и оксид азота) задерживают тепло, не позволяя ему уходить в космос. Таким образом, температура нижних слоёв атмосферы увеличивается.

Учёные уверены, что дальнейший её рост приведёт к необратимым последствиям для экологии. Чтобы предотвратить их, в 2015 году в Париже было заключено соглашение между странами ООН, которое пришло на смену Киотскому протоколу, срок действия которого истечёт в 2020 году. Согласно Парижскому соглашению, страны-участники должны постепенно снижать выбросы парниковых газов от своих промышленных предприятий. И это приостановит процесс глобального потепления.

Будет как на Венере

О том, как это произойдёт, рассказывает российский физик Алексей Карнаухов, автор теории парниковой катастрофы: «Когда я только услышал о глобальном потеплении в начале девяностых годов, я решил с помощью уравнений описать связь между содержанием в воздухе CO₂ и температурой атмосферы Земли. Это было традиционное исследование, ни о какой катастрофе я тогда не думал. Но как только выстроил математическую модель, сразу ахнул: расчёты показывали, что при сохранении выбросов в атмосферу, которые были на тот момент, температура воздуха на Земле в ближайшие 200-300 лет может подняться на сотни градусов!»

Карнаухов объясняет, что процесс потепления вызывает эффект лавины. Углекислый газ и метан начинают высвобождаться из природных хранилищ, — со дна океана, из земной коры, вечной мерзлоты — из-за этого будет становиться всё теплее и теплее. При таких темпах всего за пару столетий климатическая система Земли перейдёт в новое устойчивое состояние. И человеку здесь не будет места: температура воздуха поднимется до +500 °С. Похожие условия существуют на Венере, где углекислота занимает 97% атмосферы, а на поверхность планеты проливаются дожди из серной кислоты. Понятно, что для Homo sapiens такие параметры абсолютно не подходят: они скорее напоминают ад.

«Пока растения и биосфера Земли не справляются с теми выбросами, что производит человек, — обращает внимание Алексей Карнаухов. — Если температура здесь станет такой же, как на Венере, привычная нам жизнь попросту прекратится. На Земле тоже настанет ад».

Явление парникового эффекта было открыто Жозефом Фурье еще в конце 19 века. В своих записках о температуре поверхности Земли и других планет, ученый предположил, что термические процессы, происходящие на Земле сходны процессам под стеклом. Нельзя сказать, что ученый был неправ, но у планет нет стеклянных оболочек. Зато есть атмосферы. Парниковые газы в атмосфере создают эффект теплицы или парника, отражая тепло, исходящее от поверхности Земли, обратно на планету. Так прогреваются океаны и почва, а за их счет и воздух.

Сама планета тоже выделяет энергию за счет процессов, происходящих в ядре, но для Земли этого было бы достаточно для существования температуры в -18 градусов. При таком режиме жизнь на Земле возникнуть бы не смогла. Поэтому нельзя однозначно назвать парниковый эффект отрицательным явлением.

Впервые парниковые газы образовались в результате непрерывного действия вулканов, выбрасывающих в атмосферу большие массы углекислого газа и водяного пара. Из-за этого температура Земли повысилась настолько, что вода в Мировом океане вскипела. В таких условиях зарождалась жизнь на Земле. Но сегодняшнее повышение допустимых концентраций парниковых газов ведет к неминуемой экологической катастрофе.

• Причины усиления парникового эффекта Парниковые газы.
• Парниковые газы.
• Последствия парникового эффекта
• Снижение парникового эффекта
• Заключение

Причины усиления парникового эффекта

Причиной парникового эффекта является накопление в атмосфере парниковых газов из-за антропогенных факторов. Основными факторами являются:

• Вырубка лесов и увеличение севооборота.
• Сжигание нефти в виде бензина и керосина.
• Использование угля и газа для выплавки стали и производства электроэнергии.

Практически любая человеческая деятельность сопровождается выбросами в атмосферу. Большая часть из них ведет к усилению парникового эффекта.

К парниковым газам относят водяные пары, метан, углекислый газ, озон, оксиды азота и фреоны.

В экологических моделях основной движущей силой процесса является углекислый газ. Однако в результате последних исследований была выдвинута идея об исследовании комплексного влияния газов. Углекислый газ влияет на парниковый эффект медленно и неотвратимо, но остальные газы способны влиять на атмосферу уже сейчас, к тому же менее изучены. Научное сообщество долгое время не обращало влияния на метан или фреоны, из-за чего не выработаны средства противодействия.

Водяной пар самый большой по содержанию в атмосфере парниковый газ, ученые утверждают, что 72 процента парникового эффекта обеспечивается водяными парами.

При этом имеется в виду не сам пар, а положительная обратная связь его и углекислого газа. Дело в том, что воздействие углекислого газа удваивается, в результате температура повышается, увеличивается испарение воды. Это приводит к образованию большего количества облаков и как следствие, к задержке проникновения солнечных лучей на планету. При этом, водяные пары имеют и наибольший положительный эффект, играя роль стабилизатора температур.

В городе Инсалах, который находится в стране Алжир, перепад температур летом составляет 55 градусов. Эффект вызван малым количеством водяных паров над городом.

Поэтому сам по себе водяной пар не опасен, хотя и превышает парниковый эффект CO2. При измерении радиационных потоков, доля пара составляет 75 Вт/м2, тогда как углекислый газ 32 Вт/м2. Но пар увеличивает чувствительность атмосферы к углекислому газу, а значит и к антропогенной деятельности.

Углекислый газ в разных местах атмосферы составляет от 9 до 26 процентов общего количества газов, образующих парниковый эффект. Это наиболее опасный из всех парниковых газов. Сам по себе СО2 не так опасен, но именно он является катализатором, ускоряющим катастрофу.

В огромных количествах газ попадает в атмосферу исключительно из-за деятельности человека. В обмене углерода газ связывается растениями, которые затем поедаются животными, элемент идет вверх по пищевой цепочке, пока верхнее животное или человек не умирает, попадая в землю вместе с накопленным за всю жизнь количеством углерода. В земле в результате тысячелетних процессов углерод из костей превращается в совершенно новое образование: нефть и керосин.

В настоящее время все огромные запасы, которые почва собирала в себя в течение миллионов лет, выбрасываются в атмосферу за несколько десятилетий. Это нарушает сложившийся баланс : углерод просто не успевает вернуться в цикл обмена и накапливается в атмосфере.

Существует ошибочное мнение, что потепление, это естественный процесс, предназначенный для связывания углерода. Вода способна растворять углекислый газ, который потом выпадет в осадок в виде известняков. А количество воды увеличивается с потеплением климата, за счет таяния ледников и ледяных шапок. Но в учет не берется таяние вечной мерзлоты, в которой содержится много органического вещества — старые листья, корни растений, которые росли там 1000 лет назад. При глобальном потеплении вечная мерзлота начинает  таять, а ее содержимое гниет, выделяя при этом диоксид углерода.

Метан долгое время был недооценен в вопросе влияния на парниковый эффект. Газ склонен распадаться на элементы в атмосфере за 10 лет, что для атмосферы считается мизерным сроком. Но при этом его влияние на парниковый эффект в 10 раз больше углекислого газа. И при этом до сих пор неясен механизм образования метана в атмосфере.

Традиционно считается, что метан выделяется в результате процессов ферментации в желудках животных. Но тогда непонятно, почему с 1995 до 2006 года содержание метана в атмосфере держалось на одном уровне, а с 2006 и до сегодняшнего дня планомерно повышается каждый год на одно и то же число долей? Только после исследований ученого Дрю Шиндела стали идти обсуждения новых экологических моделей, с учетом пересмотра воздействия метана на атмосферу.

Сам по себе газ составляет всего от 4 до 9 процентов. Выделяется метан в результате процессов ферментации в желудках животных. В особенности коров. Поэтому процесс роста населения земли, вызывающий рост потребления пищи, а, следовательно, рост кормовых животных косвенно влияет на развитие парникового эффекта. Вместе со стадами растут и могильники, так же выделяющие метан, к тому же свой вклад вносят и утечки газа в процессе разработки месторождений.

Озон по школьной привычке все считают полезным. Но каждый газ полезен на своем месте. Есть два типа озона: содержащийся в озоновом слое и тропосферный озон. Первый защищает землю от ультрафиолетового излучения, тогда как последний угнетает растения, ухудшая их способность к фотосинтезу. В результате возрастает количество углекислого газа в атмосфере. Влияние газа оценивается в 25 процентов от влияния СО2, но при этом озон увеличивает действие самого углекислого газа в два раза. Многие ученые отмечают, что именно из-за повышенных концентраций озона в прошлом, земля потеряла способность к поглощению углекислоты. Тропосферный озон образуется в результате химической реакции оксидов азота, угарного газа и органических соединений. Катализаторами выступают кислород и солнечный свет.

На практике сочетание этих веществ стало возможным из-за развития транспорта и выбросов продуктов горения угля в атмосферу. Распределение газа по земному шару крайне неравномерно, из-за условий образования. Наибольшее количество скапливается в жарких странах и жаркую погоду. Увеличение озона не критично, но снижение уровня озона даст возможность частично нивелировать воздействие углекислого газа.

Согласно исследованиям, если опустить уровень озона до пределов нормы, можно сгладить воздействие углекислого газа на ближайшие 20 лет.

Оксид азота это пятый по значимости парниковый газ. Он в 298 раз активнее углекислого газа, вклад в глобальное потепление оценивается как 6 процентов общего воздействия парниковых газов. Оксиды азота образуются в результате производства удобрений, необходимых для повышения плодородности почвы.

Человечество неспособно отказаться от такого вида удобрений, но они нарушают круговорот азота в природе. Единственные культуры, которые могут связать азот, находящийся в атмосфере, это бобовые и соя. Только они способны заключить атмосферный азот в своих корнях, для дальнейшей переработки.К сожалению, посадка этих культур в разы меньше использования азота для удобрений. Именно избытку этого газа человечество обязано кислотными дождями.

Фреоны, это группа газов с низкой температурой кипения. Они используются в холодильном оборудовании. Любая сплит-система, холодильник или морозильная камера невозможна без фреона. За последние годы содержание веществ в установках сократилось, но не исчезло полностью.

Наметилась обратная тенденция: с повышением температуры в результате парникового эффекта, человечество все больше нуждается в фреоне, как основном элементе холодильных установок. Без сплит-систем не будет работать ни один офис, больница или торговый центр.

Фреоны оказывают действие в 1300-8500 раз большее, чем углекислый газ. При этом количество газов оценивается в сотые доли процента. В сравнении с прочими газами, количество фреонов настолько мало, что его воздействие трудно оценить.

Последствия парникового эффекта

Все последствия парникового эффекта, связаны с повышением температур. Что будет с Землей и человечеством, если температура поднимется на 5, 10, 15 градусов? Ученые давно составили примерный список проблем, которые придут с развитием парникового эффекта

Влияние на климат земли

Повышение температуры вызывает таяние вечной мерзлоты. Снег и лед, которые веками накапливались на полюсах, сейчас находятся в процессе разморозки. Это повлечет рост уровня воды в мировом океане. Низменные города, такие как Рим или Санкт-Петербург будут затоплены. Человеку придется постоянно бороться с повышением воды, начнется новое переселение народов. Наиболее плодородные земли Европы – Нидерланды будут затоплены, многие люди останутся без дома и пищи. Ученые прогнозируют увеличение уровня мирового океана на полметра раз в сто лет.

Критическое изменения начнутся после 5 метров. Кажется, что изменения произойдут нескоро, но что такое несколько сотен лет для экосистемы Земли? К тому же, негативные последствия развиваются уже сейчас. Уменьшается количество пресной воды, что вынуждает человечество увеличивать число опресняющих установок для полива посевов. Это увеличивает расход электричества, а значит увеличится расход угля и парниковый эффект начинает развиваться во времени.

Ледниковые шапки это природные погреба. В них заморожены микробы, которыми болели древние животные миллиарды лет назад. Что случится в результате таяния предугадать достаточно трудно. Никто не может предположить насколько современная медицина готова к этому вызову.

Влияние на людей

Человеку для комфортного существования требуется температура в районе 20-25 градусов. Летние колебания, доходящие до 50-52 градусов на солнце, могут негативно сказаться на здоровье. В результате повышенных температур у человека наблюдается учащенное сердцебиение, повышенное давление и обезвоживание. К тому же при температуре выше 25 градусов, работоспособность уменьшается в 2 раза, ухудшается координация движений, быстро теряются полезные соли и микроэлементы.

Снижение парникового эффекта

Снижение парниковых процессов возможно по нескольким направлениям. Различного рода посадки — увеличение количества деревьев уменьшает СО2 в атмосфере, задерживает осушение почвы и аккумулирует водяные пары из воздуха. В посадки входит и озеленение пустынь. Этот крайне дорогой процесс уменьшает количество озона в воздухе, при этом уменьшая последствия парникового эффекта.

Для восстановления обмена азотом необходимо в несколько раз увеличить посев бобовых культур. Это позволит связать атмосферный азот в корнях растений, при этом уменьшив, долю азотных удобрений.

Кроме того, необходимо ужесточить меры борьбы с лесными и степными пожарами. В результате этих процессов происходят огромные выбросы СО2 и сажи в атмосферу.

Развитие вторичной переработки. Примером всему миру служит Швейцария, где переработка мусора возведена в абсолют. Вторичная переработка страны настолько развита и отлажена, что страна вынуждена закупать мусор у соседней Норвегии. Что это дает в плане парникового эффекта? Не нужно сжигать уголь для получения энергии на производство новых товаров. Следовательно уменьшается количество СО2 в атмосфере.

Работа над энергопроизводством и энергопотреблением. Самыми экологически чистыми электростанциями являются гидроэлектростанции. Если их недостаточно, можно использовать атомные, но дело в том, что большая часть мировой энергетики держится на угле. Замена энергоносителя дело не одного десятилетия. Но это позволит в несколько раз уменьшить выбросы углекислого газа в атмосферу. К тому же, нужно увеличивать КПД уже существующих станций, развивать экологически чистые, неисчерпаемы источники электроэнергии: использовать солнечные батареи и коллекторы, ветряки и тепловые насосы. Ни одна возможность экономии не должна быть упущена.

Везде, где это возможно, нужно заменять любое другое топливо на природный газ. В результате сжигания топлива выделяются продукты сгорания, куда входит и углекислый газ. Но количество выбросов от газа в несколько раз меньше выбросов от сжигания угля. Газ не выделяет сажу, не требует энергии на подогрев, как мазут,  и не нуждается в специальных приспособлений для сжигания. В совокупности с грамотным утеплением домов это позволит сократить расходы тепла примерно на 30 процентов.

Парниковый эффект это не отрицательное явление. Другой вопрос, что антропогенная деятельность человека выводит парниковый эффект на совершенно другой уровень. Если повальную вырубку лесов, небрежное обращение с почвами и постоянное сжигание огромного количества угля и нефти не прекратить, то уже через век процесс будет необратим.

Организм просто не предназначен для столь высоких тепловых нагрузок. Уже сегодня есть места на земном шаре, в которых летняя температура превышает 50 градусов. В таких условиях жить и работать невозможно чисто физически.

При этом процесс развивается:

• Повышение температур ведет к повышению количества испарения, а значит, повышается количество водяного пара в атмосфере.
• Уменьшение пресной воды вызывает дополнительную нужду в опреснительных установках и электричестве, для добычи которого и сжигается 80 процентов угля на планете.
• Население планеты растет, а основной катализатор парникового эффекта углекислый газ, который является продуктом дыхания.

Есть мнение, что развитие парникового эффекта не связано с человечеством. Температура на планете и раньше менялась, доходя до высоких температур. Задача человечества сделать все, чтобы парниковый эффект не повторился в истории Земли, даже если это невозможно – атмосфера Земли станет только чище от борьбы с парниковыми газами.