ЯКІ ГАЗИ ВИКЛИКАЮТЬ ПЕРЕГРІВАННЯ АТМОСФЕРИ? - НАУКА - 2025

Гази, які змушують атмосферу перегріватися, - це ті, які поглинають та випромінюють інфрачервоне випромінювання. Так само гази, що пошкоджують озоновий шар, сприяють перегріванню, оскільки сприяють більшому проникненню ультрафіолетового випромінювання.

Глобальне потепління - це підвищення середньої температури в наземній біосфері, яке відбувається через парниковий ефект. Цей ефект є природним явищем, яке полягає у блокуванні виходу наземного тепла (інфрачервоного випромінювання) у космос.

Гази, що викликають перегрів. Джерело: Вільна краватка

Цю блокаду здійснюють деякі гази, які природним чином утворюють земну атмосферу, наприклад водяна пара та СО2. Це явище, яке відбувається природним шляхом і дозволяє планеті мати біологічно відповідну температуру.

Як гази нагрівають Землю?

Основним джерелом енергії, що нагріває Землю, є сонячне випромінювання, зокрема ультрафіолетове випромінювання. Він частково фільтрується озоновим шаром (O3) у стратосфері.

Ультрафіолетове випромінювання (коротка хвиля), якому вдається проникнути, нагріває земну поверхню, а її тепло випромінюється в космос як інфрачервоне випромінювання (довга хвиля). Однак вплив людини на процес відбувається завдяки штучному викиду парникових газів.

Ці гази поглинають і виділяють тепло або руйнують озон, який регулює надходження ультрафіолетового випромінювання. Гази, які сприяють парниковій дії природним шляхом чи впливом людини, називаються парниковими газами (ПГ).

На глобальному рівні особлива увага приділяється глобальному потеплінню та руйнуванню озонового шару. Монреальський протокол про речовини, що руйнують озоновий шар, - це міжнародний договір, який набув чинності в 1989 році і регулює використання цих газів.

Цей протокол був ратифікований 65 країнами з поправкою від Кігалі від 1 січня 2019 року. Зі свого боку Кіотський протокол стосується питань глобального потепління.

У Кіотському протоколі розглядаються шість парникових газів, які являють собою діоксид вуглецю, метан, оксид азоту, гідрофторуглерод, перфторированний вуглеводень та гексафторид сірки.

Для оцінки газу, який виробляє перегрів, враховується його термін корисного використання та потенціал глобального потепління (GWP). GWP порівнює кількість теплоти, яка потрапляє в газ, із теплом, захопленим CO2, GWP якого стандартизовано до 1.

Основні гази змушують атмосферу перегріватися

Водяна пара

Водна пара є природним і життєво важливим компонентом атмосфери Землі і відіграє дуже важливу роль в парниковому ефекті завдяки своїй здатності поглинати тепло. Крім того, вода в рідкому і твердому стані відображає сонячну енергію, охолоджуючи Землю.

Вуглекислий газ (CO2)

Вуглекислий газ є основним парниковим газом, який відповідає за понад 80% приросту цього явища. Рівень CO2 тривожно підвищився завдяки виробничій та транспортній діяльності.

За деякими підрахунками, до промислової революції атмосферна концентрація СО2 сягала приблизно 280 частин на мільйон (частин на мільйон), а в 1998 році - 365 проміле. Це являє собою темп приросту на 1,5 проміле на рік і 31% збільшення від рівня 1750.

Концентрація СО2. Джерело: Hannes Grobe 21:17, 5 листопада 2006 (UTC)

Визначаючи ізотопний склад атмосферного CO2 в атмосфері, було показано, що збільшення відбувається від спалювання викопного палива та вирубки лісів. CO2 працює шляхом поглинання та випромінювання інфрачервоного випромінювання та має термін корисного використання від 5 до 200 років.

Метан (СН

Метан - другий парниковий газ, який сприяє потепління близько 17% за рахунок поглинання та випромінювання тепла. Хоча значна частина цього газу відбувається природним шляхом, головним чином на болотах, є важливий внесок людини (близько 50%).

Концентрація метану. Джерело: Метан-глобальний середній-2006.jpg: NOAАдеривативні роботи: Ortisa

Приблизно 60% метану, який зараз існує в атмосфері, є продуктом людської (антропічної) діяльності. Серед основних антропічних джерел - жуйне поголів'я, вирощування рису, експлуатація викопного палива та спалювання біомаси.

Орієнтовні рівні цього газу до промислової доби становлять 700 ppb (частин на мільярд), а за 1998 рік він досяг 1745 ppb, що становить 149%. Однак метан має корисний термін експлуатації в нижній атмосфері, досягаючи лише 12 років.

Оксиди азоту (NOx)

NOx, особливо оксид азоту, сприяє руйнуванню стратосферного озону за рахунок збільшення кількості ультрафіолетового випромінювання, яке проникає на Землю. Ці гази походять від промислового виробництва азотної кислоти, адипінової кислоти та використання добрив.

Оксид азоту (N2O) перед промисловою епохою мав атмосферну концентрацію 270 ppb, а потім досягав 314 ppb в 1998 році. Це означає збільшення концентрації на 16%, а термін корисного використання становить 114 років, що робить його дуже проблематичним.

Вуглеводні (HFC)

Вони є газами, які використовуються в різних промислових сферах, замінюючи обмежені КФУ обмеженими Монреальською угодою. Однак ГФУ також впливають на озоновий шар і мають високу активну стійкість в атмосфері (до 260 років).

Ці гази не існували в атмосфері, вони були введені людьми, а у випадку HFC-23 він досягає концентрації 14 ппт (частин на трильйон).

Перфторований вуглеводень (PFC)

ПФУ виробляються у спалювальних установках для процесу виплавки алюмінію. Як і ГФУ, вони мають високу стійкість в атмосфері і впливають на цілісність стратосферного озонового шару.

Гексафторид сірки (SF6)

Це ще один газ, перегрівний ефект якого відбувається через руйнування озонового шару. Він використовується у високовольтному обладнанні та у виробництві магнію, має високу стійкість в атмосфері.

Хлорфторуглеводні (CFC)

CFC - це потужний парниковий газ, який пошкоджує стратосферний озон і регулюється Монреальським протоколом. Однак у деяких країнах він все ще використовується, такий як у Китаї.

Пошкодження озонового шару викликається дисоціацією атомів хлору при попаданні ультрафіолетового випромінювання.

Основними хлорфторуглеводородами є CFC-11, CFC-12, CFC-13, CFC-113, CFC-114 та CFC-115. Ці гази не існували в атмосфері, але до 1998 р. CFC-11 вже досяг 268 пп, термін корисного використання 45 років.

Метилхлороформ або трихлоретан (CH3CCL3)

Це особливий вид ХФУ, що використовується як розчинник і при очищенні металів. Розкладаючись, він виділяє хлоридні гази, атоми хлору яких сприяють руйнуванню озонового шару.

Тропосферний озон (O3)

Тропосферний О3 - це озон, який утворюється на рівні землі, між поверхнею та висотою до 18 км. Хоча стратосферний озон сприяє зменшенню глобального перегріву, зменшуючи надходження ультрафіолетового випромінювання, оксид тропосфери створює потепління.

Смог в Харбіні (Китай). Джерело: Фредрік Рубенссон

Стверджувалося, що ефект озону тропосфери суперечливий. З одного боку, він створює поверхневе потепління землі, але в той же час виводить інші парникові гази.

У будь-якому випадку, O3 - це токсичний газ, який спричинює пошкодження легенів, крім того, що погіршує різні матеріали.

Хлордіфторметан (HCFC-22)

Його називають R-22, безбарвним газом і до недавнього часу найбільш використовуваним у холодильному обладнанні. Однак сьогодні він заборонений на більшій частині світу через його негативний вплив на озоновий шар.

Хлорид вуглецю або чотирихлористий вуглець (CCl4)

Це органохлор, який зараз заборонений у багатьох місцях через свою токсичність, але його широко застосовували як холодоагент, вогнегасний засіб, знежирювач та пестициди. Коли ця сполука розкладається, вона утворює похідні речовини, що впливають на озоновий шар.

Тетрафторметан або перфторметан (CF4)

Це газ, відомий як R-14 і використовується як холодоагент, але він має високу здатність поглинати та випромінювати ультрафіолетову енергію. Він має тривалість життя в атмосфері понад 50 000 років та потенціал глобального потепління - 6500.

За даними рекордів Гіннеса, тетрафторметан є найбільш стійким парниковим газом, хоча його низька частка в атмосфері обмежує його дію.

Гексафторетан (C2F6)

Його використовують в холодоагентах і при виробництві алюмінію, оскільки завдяки високій енергії вуглець-фторних зв'язків він дуже стійкий. Це дає йому тривалий термін служби не менше 500 років.

Так само він має високий потенціал поглинання інфрачервоного випромінювання, що робить його проблемою для глобальних температур. Гексафторетан входить до списку парникових газів Міжурядової групи з питань зміни клімату (МГЕЗК).

Гексафторид сірки (SF6)

Це нетоксичний газ, у п’ять разів важший за повітря, з індексом ПГП 176 (у 20 000 разів більше, ніж СО2). З іншого боку, термін його експлуатації складає 3200 років, хоча, оскільки він такий щільний, він не піднімається до верхніх шарів атмосфери.

Бібліографічні довідки

1. Болін, Б. і Доос, BR Тепличний ефект.
2. Кабаллеро, М., Лозано, С. та Ортега, Б. (2007). Парниковий ефект, глобальне потепління та зміни клімату: перспектива науки про землю. Університетський цифровий журнал.
3. Elsom, DM (1992). Забруднення атмосфери: глобальна проблема.
4. МГЕЗК (2001). Третій звіт про оцінку зміни клімату 2001 р.: Наукові основи.
5. МГЕЗК (2018). Глобальне потепління 1,5 ºC.
6. Мітчелл, JFB, Джонс, ТК, Грегорі, Дж. М. і Тетт, SFB (1995). Реакція клімату на підвищення рівня парникових газів та сульфатних аерозолів. Природа.
7. Myhre, G., Highwood, EJ, Shine, KP і Stordal, F. (1998). Нові оцінки радіаційного прискорення за рахунок добре змішаних парникових газів. Геофізичні дослідницькі листи.
8. Rodhe, H. (1990). Порівняння внеску різних газів у парниковий ефект. Наука.
9. Шнайдер, Ш. (1989). Парниковий ефект: наука та політика. Наука.