Глава 1 Природа та наслідки глобального потепління
Парниковий ефект та парникові гази, основні джерела та поглиначі парникових газів
Останні роки ми помічаємо потепління клімату. Літо стає жаркішим, зима – м’якшою. Вчені помітили, що в останні 100-130 років наша атмосфера помітно потеплішала і цей процес невмолимо продовжується, середня температура вперто повзе вверх. Як видно з малюнку 1, лише за останні 100 років середньорічна температура підвищилась щонайменше на 0,3-0,6оС.
Глобальне потепління пояснюють так званим парниковим ефектом. Суть його полягає в наступному. Земля отримує енергію Сонця в основному у видимій частині спектру, а сама, оскільки є набагато більш холодним тілом, випромінює в космічний простір головним чином інфрачервоні промені. Але багато газів, які знаходяться в атмосфері – водяний пар, вуглекислий газ, метан, окисли азоту та інші – прозорі для видимих променів, але активно поглинають інфрачервоні, утримаючи тим самим в атмосфері частину тепла, яку ті повинні були б віддавати в космос. Таким чином, на поверхні Землі утримується температура на рівні, придатному для життя. Затримуючи тепло в атмосфері Землі, ці гази створюють ефект, який називається парниковим, а гази – парниковими (Мал.2).
Парниковий ефект існує з тих пір, як на нашій планеті з’явилася атмосфера. Парниковий ефект сам по собі не є негативним явищем. Без парникового ефекту температура навколоземних шарів атмосфери була б в середньому на 30 градусів нижче від існуючої, а поверхня Землі була б лише - -18оС. А це означає відсутність умов для життя, бо вода на земній поверхні існувала б тільки у вигляді льоду.
Люди своєю діяльністю посилюють парниковий ефект за рахунок викидів СО2, СН4, N2O та інших газів. В останнє сторіччя в результаті людської діяльності вміст вуглекислоти в атмосфері виріс більш ніж на чверть, метану – в 2,5 рази. Протягом останніх 100 років внесок СО2 в сумарні викиди становив приблизно 66%. Починаючи з вісімдесятих років, внесок вуглекислого газу в глобальне потепління став менш значним. З’явилися і нові речовини з парниковим ефектом - в першу чергу хлорфторвуглеці, в том числі добре відомі фреони.
Many Gases Contribute to
Global Warming
1880 - 1980
1980 - 2000
З малюнку 3 видно, що за останні 20 років внесок СО2 в сумарні викиди парникових газів становить біля 50%, СН4 - 18%, N2O - 6%, хлорфторвуглеців - 14% від загального внеску в глобальне потепління.
Існують 6 основних парникових газів, які входять до хімічного складу атмосфери:
водяна пара,
вуглекислий газ,
метан,
озон,
закис азоту
і, останнім часом,
хлорфторвуглеці. Крім них, всі інші парникові гази зустрічаються в
природі.
Вуглекислий газ СО2 – найзначніший з антропогенних парникових газів. Хоча цей газ природного походження, завдяки діяльності людини він утворюється у найбільшій кількості.
Індустріалізація призвела до збільшення використання видів палива, що видобувається з надр Землі: вугілля, нафта, газ (органічне паливо). При їхньому спалюванні у великій кількості викидається СО2. Найбільші викиди вуглекислого газу відбуваються у транспорті та виробництві електроенергії та тепла. Інші джерела викидів СО2:
хімічні промислові процеси
лісове господарство та зміни в
землекористуванні.
З малюнку 4 видно, що на Україні при видобуванні та спаленні органічного палива утворюється 95% всіх викидів СО2. З промислових процессів найзначніший внесок у викиди СО2 дає виробництво цементу.
Якщо подивитися на викиди СО2 в світі, то найбільші кількості цього газу викидаються в розвинутих країнах: США, Японії, Канаді, країнах західної Європи: Німеччині, Англії, Італії, Росії, Україна займає 10 місце в світі по викидам СО2 (Мал.5,6).
Ліси, океани та грунти поглинають СО2, утримаючи рівновагу між кількістю СО2 в атмосфері та у воді і грунтах. Але людська діяльність приводить до негативного впливу на цю рівновагу.
Метан СН4 виробляється у великих кількостях в результаті біологічних перетворень в природі. Оцінки обсягів щорічних природних джерел та стоків метану в світі складають приблизно 500 мільйонів тонн.
Природними джерелами атмосферного метану є:
анаеробний розклад органічних речовин у
біологічних системах (болота, тундра),
перетравлення термітами деревини шляхом розкладу
целюлози в метан,
океани, моря та прісні водоймища.
Основними антропогенними джерелами викидів метану є :
вирощування рису на дуже зволожених землях,
кишкова ферментація тварин та розклад відходів
тваринного походження,
розклад твердих міських відходів,
видобуток та транспортування вугілля, природного
газу та нафти.
З даних 1990 року (мал.4), на Україні найбільший внесок у викиди метану вносить енергетика - біля 65%, також багато метану викидається при виробництві сільськогосподарської продукції та при утилізації відходів.
Метан - супутній продукт спалювання біомаси та неповного згорання палива.
Поглиначами метану є грунти та хімічні перетворення в атмосфері.
Природні джерела атмосферного закису азоту N2O - океани, грунти тропічних та помірних широт, ліси та луки. Наприклад, вміст N2O в грунтах є результатом життєдіяльності грунтових бактерій. Антропогенними джерелами емісії закису азота є:
сільськогосподарська обробка
грунтів, особливо використання
азотомістких добрив,
спалювання викопного природного палива,
виробництво адипінової (нейлонової) та азотної
кислот,
спалювання біомаси.
За данними 1990 року, на Україні найбільший внесок в антропогенні викиди N2O дає утилізація міських відходів - 43%. Також вагомі внески в викиди закису азоту дають хімічна промисловість та енергентика.
Найбільша концентрація озону О3 у верхніх шарах атмосфери, де формується так званий озоновий шар. Заподіяні цьому шару ушкодження викликають занепокоєння. Озон є і парниковим газом. В нижні шари атмосфери (тропосферу) озон потрапляє в результаті хімічних перетворень кисню в присутності світла та деяких хімічних речовин, переважно антропогенного характеру. Завдяки складним хімічним реакціям в щільних шарах атмосфери деякі речовини, переважно створені людиною, з’єднуються і виникає озон.
Озон в тропосфері утворюється в результаті взаємодії сонячного світла з киснем та іншими атмосферними газами або з промисловими забруднюючими речовинами:
О2 + hν = O + O
O + O2 + M = O3 + М(із збільшеною енергією),
де М - певна хімічна сполука.
Кількість озону в багатьох випадках залежить від погодних умов та наявності сонячного тепла. Його кількість також зростає.
Хлорфторвуглеці та фторвуглеці (перфторвуглеці, гідрофторвуглеці та гексафторид сірки SF6) - це гази, яких не було в атмосфері до початку ХХ сторіччя і які з'явилися виключно в результаті діяльності людини. Деякі з цих газів представлені в таблиці 1.
Таблиця 1
Деякі представники хлорфторвуглеців
|
Назва хлорфторвуглецю |
Хімічна формула |
Скорочена назва |
|
Трихлорфторметан |
CFCl3 |
CFC-11 |
|
Дихлордифторметан |
CF2Cl2 |
CFC-12 |
|
Дихлортрифторетан |
CF3-CHCl2 |
HCFC-123 |
|
1,2-дихлор-1,1-дифторетан |
CH2Cl-CF2Cl |
HCFC-132 |
|
Трихлортрифторетан |
CCl3CF3 |
CFC-113 |
|
Тетрафторид вуглецю |
CF4 |
|
|
1-трифтор-2-фторетан |
CF3CH2F |
|
|
Гексафторетан |
C2F6 |
|
Джерела цих газів - виробництво алюмінію, магнію, галогенмістких вуглеводів (наприклад, HCFC-22) та інші промислові процеси. Хлорфторвуглеці є руйнівниками озонового шару.
Сучасне та очікуване застосування цих сполук включає охолодження та заморожування, кондиціонування повітря, гасіння пожеж, використання аерозолів, розчинників та виробництво поропласту.
Хлорфторвуглеці, відомі як фреони, сильно руйнують озоновий захисний шар Землі і тому їх виробництво скорочується в усьому світі.
Прогнозується, що використання гідрофторвуглеців і деякою мірою перфторвуглеців та гексафториду сірки суттєво зросте в наступному десятиріччі в зв'язку з важливістю цих сполук як замінників озоноруйнуючих речовин, тобто хлорфторвуглеців.
Всі ці сполуки мають високі коефіціенти глобального потепління, значно підсилюють парниковий ефект і дуже важливі, оскільки поглинають інфрачервоне випромінювання, яке не поглинули інші гази.
Водяна пара – один з найважливіших парникових газів. Але ми його таким не сприймаємо. Він усюди зустрічається в природі. Він невидимий. Діяльність людини не впливає на нього безпосередньо, але існують важливі непрямі зв’язки. Потепління, що відбувається через дію інших парникових газів, збільшує випаровування та призводить до підвищення кількості водяної пари в атмосфері. Це також може збільшити потепління.
Наслідки глобального потепління
Зміна клімату є, можливо, найбільш важливою та складною проблемою в сфері охорони навколишнього середовища, яка спіткала людство за останнє століття. Поки що недостатньо достовірно визначено потенційні наслідки збільшення в атмосфері концентрації вуглекислого газу та інших парникових газів, але найбільш вірогідним з них є глобальна зміна температурного режиму. Підвищення температури може викликати цілу низку таких явищ як підвищення рівня моря та зміни в локальних кліматичних умовах, що, в свою чергу, може негативно вплинути на соціально-економічний розвиток багатьох країн. Нема сумніву в тому, що глобальне потепління може викликати непередбачені зміни в довкіллі. Навіть незначна зміна складових радіаційного балансу може спричинити зміни напрямків вітру та течій океану, що сильно змінить існуючі кліматичні умови і може привести до непередбачених наслідків. В результаті цього населенню Землі та більшості її екосистем може бути заподіяно непоправної шкоди.
Комп’ютерні моделі показали, що, якщо вміст парникових газів в атмосфері буде продовжувати рости, то наприкінці XXI сторіччя середньорічні температури збільшаться на 1,4 - 5,8 градуси Цельсію. При цьому рівень світового океану підніметься на декілька десятків сантиметрів - не стільки внаслідок розтавання полярного льоду, а скільки внаслідок теплового розширення верхнього прогріваємого шару. Частина приморських країн може повністю зникнути в морі.
В Єгипті результати досліджень показали, що внаслідок підвищення рівня моря на 1 метр буде затоплено регіон, в якому зараз проживає 15%
населення країни і виробляється 16% продовольства.
Однак глобальне потепління створить проблеми не тільки жителям приморських країн. Підвищення середньої світової температури усього лише на кілька градусів може призвести до величезних змін у кліматі планети. Це буде означати зсув всіх кліматичних зон від екватору до полюсів: південна частина тундри заросте тайгою, на півдні сьогоднішньої тайги виростуть широколистні ліси. І людям, і тваринам прийдеться привикати до нового клімату.
Значно зросте ерозія грунту, почастішають зсуви земель, затоплення прибережних земель, збільшиться кількість збитково зволожених земель. Збільшиться ризик виникнення таких стихійних лих як циклони, посухи, пожежі, повені, урагани. Відомо, що кількість стихійних лих на нашій планеті протягом 80-х років ХХ століття збільшилась вдвічі порівняно з 70-ми роками. У сільському господарстві зросте необхідність у іригаційних заходах, зміниться врожайність і якісний склад культур, а це, у свою чергу, позначиться на тваринництві. В енергетичному секторі найбільш уразливою буде гідроенергетика.
Почнуть масово розмножуватися кровососні комахи та шкідники лісу. Багато тропічних та субтропічних видів комах розповсюдяться на північ і разом з ними будуть розповсюджуватись хвороби, які вони можуть переносити – малярія, тропічні вірусні лихоманки і т.п.
Також можливі різкі відхилення температури в обидві сторони від середньої. Наприклад, в Києві в січні буде більше днів з температурою 25 градусів морозу, а також з температурою вище 0 градусів. Те ж саме буде спостерінатися з опадами, вітрами і т.п. – зміняться не стільки середні їх величини, скільки відхилення від них.
Збільшення промислових викидів та викидів від автотранспорту, крім посилення парникового ефекту, дедалі погіршує якість повітря у містах. Це пагубно впливає на здоров’я людей: зростає кількість захворювань дихальних шляхів, серцево-судинної системи та онкологічних захворювань. Також, ці викиди прискорюють руйнування будівель, корозії металевих конструкцій.
Вплив зміни клімату на здоров’я людей буде найбільш відчутним у країнах Африки, Азії та Південної Америки, через слабку економіку ці країни не зможуть ефективно долати наслідки глобального потепління. Може значно збільшитися кількість екологічних біженців з цих країн.
Досліджено, що потепління на планеті не буде рівномірним. Потепління буде найбільшим на полюсах (у 2-3 рази більше середнього) та найменшим у тропіках (50-75% від середнього рівня). На сьогоднішній день прогнози зміни температури на регіональному рівні мають високу ступінь невизначеності.
Як же вирішувати проблему глобального потепління ?
Необхідно зменшувати кількість викидів і збільшувати кількість поглиначів парникових газів.
Найкращими поглиначами парникових газів є біомаса (ліси) та океан.
Коли ми спалюємо ліси, ми не тільки збільшуємо викиди СО2, СН4, а й зменшуємо кількість природних поглиначів, таких, як ліс. Знищення лісів негативно впливає на обидва процеси: поглинання і викиди.
ВИСНОВКИ
1. Парниковий ефект є природним процесом, який необхідний для підтримання життя на нашій планеті.
2. Парниковий ефект став світовою проблемою в результаті надмірно великих антропогенних викидів природних та штучних парникових газів.
3. Якщо викиди парникових газів залишаться на сьогоднішньому рівні, це може викликати значні зміни клімату як в регіонах так і в усьому світі.
4. Саме швидкість зміни клімату є загрозою значних змін природних екосистем та людського суспільства.
5. Швидка зміна клімату може привести до великої кількості екологічних біженців.
Сьогоднішній рівень викидів парникових газів – це не що інше, як глобальний експеримент над кліматичною системою, який вийшов з-під контролю.
"Клімат - це роздратований звір, а ми намагаємося впоратися з ним за допомогою ціпка"
Wallace Broecker, Lamont-Doherty Earth Observatory