Spoznajte glavne toplogredne pline in njihov vpliv na globalno segrevanje

Toplogredni plini (TGP) so plini, ki absorbirajo del sončnih žarkov in jih v obliki sevanja v atmosferi prerazporedijo, pri čemer planet segrejejo v pojavu, imenovanem učinek tople grede. Glavni toplogredni plin, ki ga imamo, so: CO2, CH4, N2O, O3, halokarboni in vodna para.

Ime učinek tople grede je dobilo po analogiji z ogrevanjem, ki ga v gojenju rastlin običajno proizvajajo rastlinjaki. Steklo omogoča prost prehod sončne svetlobe in ta energija se deloma absorbira, deloma odbije. Absorbirani del ima težave s ponovnim prehodom skozi steklo, ki ga oddaja nazaj v notranje okolje.

Enako utemeljitev lahko uporabimo za ogrevanje Zemlje, kjer toplogredni plini igrajo vlogo stekla. Sonce, ki je glavni vir energije na Zemlji, oddaja sevanje, imenovano sončni spekter. Ta spekter sestavljajo svetlobno sevanje (svetloba) in kalorično sevanje (toplota), pri katerem izstopa infrardeče sevanje. Svetlobno sevanje je kratke valovne dolžine in zlahka prehaja skozi ozračje, medtem ko ima infrardeče sevanje (toplotno sevanje) dolgo valovno dolžino, ki pri izvajanju tega podviga težko prehaja skozi ozračje in ga absorbirajo toplogredni plini.

Oglejte si ta video, ki ga je ustvaril Minuto da Terra o tem, kako toplogredni plini v resnici delujejo:

Oglejte si tudi video s portala eCycle o tej težavi:

Zakaj je intenziviranje učinka tople grede zaskrbljujoče?

Kot je razloženo, je učinek tople grede naravni pojav, ki omogoča življenje na Zemlji, kakršno poznamo, saj bi brez nje toplota uhajala, kar bi povzročilo ohladitev, zaradi katere bi bil planet za številne vrste neprimeren.

Težava je v tem, da se je ta učinek močno okrepil zaradi človekovih dejanj - po podatkih Svetovne meteorološke organizacije (WMO) so leta 2014 zabeležili izpuste CO2 v ozračje. To povečanje je predvsem posledica izgorevanja fosilnih goriv, industrije in avtomobilov, izgorevanja gozdov in živine, kar ima za posledico globalno segrevanje.

Po podatkih WMO se je v zadnjih 140 letih svetovna povprečna temperatura povečala za 0,7 ° C. Čeprav se zdi, da ni veliko, je bilo dovolj, da povzroči pomembne podnebne spremembe. In napoved je, da če se bo stopnja onesnaževanja še naprej povečevala po sedanji stopnji, se bo leta 2100 povprečna temperatura povečala s 4,5 ° C na 6 ° C.

Zaradi tega povišanja globalne temperature se stopijo velike mase ledu v polarnih regijah, kar povzroči povečanje morske gladine, kar lahko povzroči težave, kot so potopitev obalnih mest in prisilno preseljevanje ljudi; povečanje naravnih nesreč, kot so orkani, tajfuni in cikloni; dezertifikacija naravnih območij; najpogostejše suše; spremembe vzorcev padavin; težave pri pridelavi hrane, saj lahko spremembe temperature vplivajo na proizvodna območja; in poseg v biotsko raznovrstnost, ki lahko vodi do izumrtja več vrst. Nato lahko vidimo, da je globalno segrevanje več kot le povišanje temperature - povezano je z najrazličnejšimi podnebnimi spremembami.

Kateri glavni plini povzročajo ta učinek?

1. CO2

Ogljikov dioksid je utekočinjen, brezbarven, brez vonja, nevnetljiv, v vodi topen, rahlo kisel plin in ga je Medvladni odbor za podnebne spremembe (IPCC) opredelil kot glavni dejavnik globalnega segrevanja, saj 78% človeških emisij in predstavlja 55% skupnih svetovnih emisij toplogrednih plinov.

Ta plin nastaja naravno pri dihanju, razgradnji rastlin in živali ter naravnem gorenju v gozdovih. Njegova proizvodnja je naravna in bistvena za življenje, težava je v velikem povečanju te proizvodnje CO2, ki planetu prinaša izgube.

Človek je v veliki meri odgovoren za to povečanje koncentracije ogljikovega dioksida v ozračju. Izgorevanje fosilnih goriv in krčenje gozdov sta glavni dejavnosti, ki prispevata k visokemu izpustu tega plina v ozračje.

Izgorevanje fosilnih goriv, snovi mineralnega izvora, ki jih tvorijo ogljikove spojine, vključno z mineralnim premogom, zemeljskim plinom in naftnimi derivati, kot sta bencin in dizelsko olje, ki se uporabljajo za proizvodnjo električne energije in električnih avtomobilov, so odgovoren za pretirano emisijo ogljikovega dioksida v ozračje, ki povzroča onesnaženje in spremembe v toplotnem ravnovesju planeta. Krčenje gozdov je prav tako odgovorno za povzročanje neravnovesja ogljikovega dioksida v ozračju, saj poleg tega, da sprošča plin s sežiganjem lesa, zmanjšuje število dreves, odgovornih za fotosintezo, ki absorbirajo CO2 v ozračju.

Povečanje učinka tople grede ne vpliva samo na kopensko življenje, ampak ima velik vpliv tudi na morsko življenje. Ogrevanje morske vode deluje neposredno na korale. Korale so cnidariji, ki živijo v simbiozi z algami iz rodu Symbiodinium(zooksantele). Te alge se namestijo v votlinah kalcijevega karbonata eksoskeleta (bele barve) koral, ki jim pomagajo odstraniti sončno svetlobo, ki prodira v morske vode, presežek energije, ki nastane s fotosintezo teh alg, pa se prenese na korale ( poleg dajanja barve). Ko se temperatura morske vode dvigne, začnejo te alge proizvajati kemikalije, strupene za korale. Za obrambo ima knidarij strategijo izgona alg. Proces izgona je travmatičen in odvečna energija, ki so jo alge dale koralu, čez noč izgine. Rezultat je beljenje in ubijanje teh koral (glej več v našem članku »Podnebne spremembe bodo privedle do beljenja koral, opozorilo OZN«).

Študije kažejo, da je živina in njeni stranski proizvodi odgovorni za vsaj 32 milijard ton ogljikovega dioksida (CO2) na leto ali 51% vseh emisij toplogrednih plinov po vsem svetu - glej več na "Daleč od izkoriščanja živali: govedoreja spodbuja porabo naravnih virov in škodo v okolju v stratosferskem merilu"

Poleg tega visoka koncentracija CO2 poveča njegov delni tlak glede na mešanico plinov v ozračju, kar pospeši njegovo absorpcijo v neposrednem stiku s tekočino, kot v primeru oceanov. Ta večja absorpcija povzroči neravnovesje, saj CO2 v stiku z vodo tvori ogljikovo kislino (H2CO3), ki se razgradi in sprosti ione H + (odgovorni za povečanje kislosti v mediju), karbonatne in bikarbonatne ione, ki nasičijo Ocean. Zakisljevanje oceanov je odgovorno za oviranje sposobnosti kalcificirajočih organizmov, da tvorijo lupine, kar vodi do njihovega izginotja (glej več v našem članku "Zakisljevanje oceanov: resen problem za življenje na planetu").

Poleg tega ima CO2 v ozračju dolgo bivanje, ki se giblje med 50 in 200 leti; potem, tudi če bi ga uspeli nehati izdajati, bi trajalo dolgo, da si planet opomore. To kaže, da je treba emisije maksimalno zmanjšati, tako da lahko oceani in rastlinstvo, predvsem gozdovi, naravno absorbirajo ogljikov dioksid in uporabljajo tehnike za nevtralizacijo že izpuščenega CO2.

Tako kot ogljikov dioksid tudi drugi toplogredni plini vplivajo na planet. Za oblikovanje primerjalnega vzorca med potenciali globalnega segrevanja teh plinov je bil ustvarjen koncept ekvivalenta ogljika (ekvivalent CO2). Ta koncept temelji na predstavitvi drugih toplogrednih plinov v CO2, zato se učinek tople grede vsakega plina v CO2 izračuna tako, da se količina plina pomnoži s potencialom globalnega segrevanja (GWP). , ki je povezana s sposobnostjo vsakega od njih, da v določenem času (običajno 100 let) absorbira toploto v ozračju (sevalna učinkovitost) v primerjavi z enako zmogljivostjo absorpcije toplote s CO2.

2. CH4

Metan je brezbarven plin brez vonja, z majhno topnostjo v vodi in ob dodajanju zraku postane zelo eksplozivna zmes. Je drugi najpomembnejši toplogredni plin, ki prispeva približno 18% globalnega segrevanja. Njegova koncentracija je danes približno 1,72 delca na milijon na prostornino (ppmv) in se povečuje s stopnjo 0,9% na leto.

Njegova proizvodnja po naravnih procesih prihaja predvsem iz močvirja, dejavnosti termitov in oceanov. Povečanje njegove koncentracije v ozračju pa je predvsem posledica bioloških procesov, kot so anaerobna razgradnja (brez kisika) organizmov, prebava živali in izgorevanje biomase, poleg tega, da je prisotna na odlagališčih, pri čiščenju tekočih odplak in odlagališč. , v govedoreji, v riževih oljih, pri proizvodnji in distribuciji fosilnih goriv (plin, nafta in premog) in v hidroelektrarnah.

Medvladni odbor za podnebne spremembe (IPCC) je med učinki človeških dejavnikov ocenil, da polovica vseh emisij metana izvira iz kmetijstva, iz želodca goveda in ovac, iz usedlin, ki se uporabljajo kot gnojila, in tudi iz nasadov. riža. Ker se rast prebivalstva le povečuje, se tudi sproščanje metana poveča.

Metan ima krajši čas bivanja (deset let) v ozračju v primerjavi z ogljikovim dioksidom, vendar je njegov grelni potencial veliko večji, saj ima 21-krat večji vpliv kot CO2 (glej več v našem članku „Plin metan požari in ogroža tarčo 2 stopinji "). Poleg velike zmogljivosti absorpcije infrardečega sevanja (toplote) metan ustvarja tudi druge toplogredne pline, kot so CO2, troposferski O3 in stratosferska vodna para. Če bi bilo v ozračju enakih količin metana in ogljikovega dioksida, bi bil planet nenaseljiv.

Do velikega ponora tega toplogrednega plina pride zaradi kemijske reakcije med njim in hidroksilnim radikalom (OH) v troposferi, ki je odgovoren za odstranjevanje več kot 90% izpuščenega metana. Ta postopek je naraven, vendar nanj vpliva reakcija hidroksila z drugimi emisijami plinov, ki jih ustvarja človek, predvsem ogljikov monoksid (CO) in ogljikovodiki, ki jih oddajajo motorji vozil. Poleg tega obstajata še dva manjša ponora, ki sta absorpcija s prezračenimi tlemi in transport v stratosfero. Da bi metan danes stabiliziral svoje koncentracije v ozračju, bi bilo treba takojšnje zmanjšanje za 15 do 20% svetovnih emisij.

3. N2O

Dušikov oksid je brezbarven plin, prijetnega vonja, nizkega tališča in vrelišča, nevnetljiv, nestrupen in nizko topljiv. Je eden glavnih plinov, ki prispeva h krepitvi učinka tople grede in posledičnemu globalnemu segrevanju. Čeprav je emisija nizka v primerjavi z drugimi plini, je njegov učinek tople grede približno 300-krat močnejši od CO2 in v ozračju ostane še dolgo - približno 150 let. N2O lahko absorbira zelo veliko energije, saj je plin, ki povzroči največ uničenja v ozonski plasti, odgovoren za zaščito površine Zemlje pred ultravijoličnim sevanjem.

N2O lahko naravno proizvajajo gozdovi in oceani. Njen emisijski proces se pojavi med denitrifikacijo dušikovega kroga. Dušik (N2), prisoten v ozračju, rastline zajamejo in pretvorijo v amonijak (NH3) ali amonijeve ione (NH4 +) v postopku, imenovanem nitrifikacija. Te snovi se odlagajo v tleh in jih rastline kasneje uporabljajo. Naloženi amonijak lahko v procesu nitrifikacije tvori nitrate. S postopkom denitrifikacije lahko mikroorganizmi, prisotni v tleh, pretvorijo nitrate v plinasti dušik (N2) in dušikov oksid (N2O), ki jih oddajajo v ozračje.

Glavni človeški vir emisij dušikovega oksida je kmetijska dejavnost (približno 75%), medtem ko energija in industrijska proizvodnja ter kurjenje biomase prispevata približno 25% emisij. IPCC poudarja, da približno 1% dušikovega gnojila, uporabljenega v nasadih, konča v ozračju v obliki dušikovega oksida.

V kmetijski dejavnosti obstajajo trije viri proizvodnje N2O: kmetijska tla, sistemi živalske pridelave in posredne emisije. Dodatek dušika v tla lahko nastane z uporabo sintetičnih gnojil, živalskega gnoja ali ostankov pridelkov. Do njegovega sproščanja lahko pride s postopki nitrifikacije in denitrifikacije, ki jih izvajajo bakterije v tleh, ali z razgradnjo gnoja. Posredne emisije se lahko pojavijo na primer zaradi povečanja proizvodnje N2O v vodnih sistemih kot rezultat izpiranja (erozije s pralnimi hranili) iz kmetijskih tal.

Pri proizvodnji energije lahko izgorevalni procesi tvorijo N2O s sežiganjem goriva in oksidacijo atmosferskega N2. Velike količine tega TGP oddajajo vozila, opremljena s katalizatorji. Izgorevanje biomase sprošča N2O med izgorevanjem vegetacije, sežiganjem smeti in krčenjem gozdov.

Še vedno obstaja majhna, a pomembna emisija tega plina v ozračje, ki prihaja iz industrijskih procesov. Ti postopki vključujejo proizvodnjo adipinske kisline in dušikove kisline.

Naravni ponor tega plina so fotolitične reakcije (v prisotnosti svetlobe) v ozračju. V stratosferi se koncentracija dušikovega oksida z višino zmanjšuje in vzpostavi vertikalni gradient hitrosti mešanja. Delček N2O, ki se oddaja na površini, se razkroji, predvsem z ultravijolično fotolizo, ko vstopi v stratosfero preko tropopavze.

Po stališču IPCC bi bilo treba za stabilizacijo trenutnih koncentracij dušikovega oksida takoj zmanjšati njegovo proizvodnjo za približno 70 do 80%.

4. O3

Stratosferski ozon je sekundarno onesnaževalo, to pomeni, da ga človeška dejavnost ne oddaja neposredno, ampak nastane v reakciji z drugimi onesnaževali, ki se sproščajo v ozračje.

V stratosferi se ta spojina nahaja naravno in ima pomembno vlogo, da absorbira sončno sevanje in preprečuje vstop večine ultravijoličnih žarkov. Ko pa nastane v troposferi iz stičišča drugih onesnaževal, je zelo oksidativna in škodljiva.

Troposferski ozon lahko dobimo v omejenih količinah zaradi izpodrivanja stratosferskega ozona in v večjih količinah s kompleksnimi fotokemičnimi reakcijami, povezanimi z emisijo plinov, ki jih povzroči človek, običajno dušikov dioksid (NO2) in hlapne organske spojine. Ta onesnaževala se sproščajo predvsem pri izgorevanju fosilnih goriv, hlapljenju goriv, živinoreji in v kmetijstvu.

V ozračju ta spojina aktivno prispeva k povečanju učinka tople grede z večjim potencialom kot CO2 in je odgovorna za sivi dim v mestih. Njegova visoka koncentracija lahko povzroči težave za zdravje ljudi, glavni učinki pa so poslabšanje simptomov astme in pomanjkanja dihal, pa tudi drugih pljučnih (emfizem, bronhitis itd.) In bolezni srca in ožilja (arterioskleroza). Poleg tega lahko dolg čas izpostavljenosti povzroči zmanjšanje pljučne kapacitete, razvoj astme in skrajšanje pričakovane življenjske dobe.

5. Halokarboni

Najbolj znani halokarboni v tej skupini plinov so klorofluoroogljikovodiki (CFC), hidroklorofluoroogljikovodiki (HCFC) in hidrofluoroogljikovodiki (HFC).

Klorofluoroogljik je umetna snov na osnovi ogljika, ki vsebuje klor in fluor. Njegova uporaba se je začela okoli tridesetih let 20. stoletja kot alternativa amoniaku (NH3), saj je manj toksičen in nevnetljiv v hladilni in klimatski industriji, penah, aerosolih, topilih, čistilnih sredstvih in gasilnih aparatih.

Te spojine so do sedemdesetih let veljale za inertne, ko so odkrili, da povzročajo luknje v ozonskem plašču. Zmanjšanje ozonskega plašča je ugodno za vstop ultravijoličnih žarkov, ki povzročajo učinek tople grede, in hkrati povečujejo tveganja za zdravje ljudi, kot v primeru kožnega raka zaradi pretiranega izpostavljanja soncu.

S temi podatki se je Brazilija med drugimi državami leta 1990 držala Dunajske konvencije in Montrealskega protokola ter se z Odlokom 99.280 / 06/06/1990 med drugim zavezala, da bo do januarja 2010 v celoti odpravila CFC . Cilji niso bili izpolnjeni, vendar je trenutno velik trend, da se škoda na ozonski plasti obrne, kot poroča Razvojni program Združenih narodov (UNDP). Pričakujemo, da se bo do leta 2050 plast obnovila na raven pred letom 1980.

Te spojine uničujejo ozonski plašč. Razgradnja plasti se zgodi v stratosferi, kjer sončna svetloba fotolizira te spojine, sproščajo atome klora, ki reagirajo z ozonom, zmanjšujejo njihovo koncentracijo v ozračju in uničujejo ozonski plašč.

Prvič, ozon se razgradi z razgradnjo molekul CFC s sončnim sevanjem v stratosferi:

CH3Cl (g) → CH3 (g) + Cl (g)

Nato sproščeni atomi klora reagirajo z ozonom v skladu z naslednjo enačbo:

Cl (g) + O3 → ClO (g) + O2 (g)

Nastali ClO (g) bo spet reagiral z atomi brez kisika in tako ustvaril več atomov klora, ki bodo reagirali s kisikom itd.

ClO (g) + O (g) → Cl (g) + O2 (g)

Ker pride do reakcije atomov klora z ozonom 1500-krat hitreje kot do reakcije med atomi brez kisika v ozračju, ki razgrajujejo ozon, pride do močnega uničenja ozonske plasti. Tako je atom klora sposoben uničiti 100 molekul ozona.

Kot nadomestilo za uporabo CFC-jev so bili proizvedeni HCFC-ji, ki so veliko manj škodljivi za ozonski plašč, vendar kljub temu povzročajo škodo in pomembno prispevajo k krepitvi učinka tople grede.

HFC sodelujejo s toplogrednimi plini in prispevajo k globalnemu segrevanju. Glede na primerjavo s potencialom globalnega segrevanja (GWP) imajo ti plini veliko večjo radioaktivno učinkovitost kot ogljikov dioksid. Razvoj teh spojin je zmanjšal problem uničenja ozonskega plašča, povečal pa je temperaturo planeta zaradi globalnega segrevanja, ki ga povzroča emisija teh spojin.

Oglejte si tudi videoposnetek Nacionalnega inštituta za vesoljske raziskave (Inpe) o razgradnji ozonskega plašča s CFC.

6. Vodna para

Vodna para največ prispeva k naravnemu učinku tople grede, saj zadrži toploto, ki je prisotna v ozračju, in jo porazdeli po vsem planetu. Njeni glavni naravni viri so površine vode, ledu in snega, površine tal in površine rastlin in živali. Prehod v paro s fizikalnimi procesi izhlapevanja, sublimacije in potenja.

Vodna para je zelo spremenljiva sestavina zraka, ki se zlahka spreminja glede na prevladujoče atmosferske razmere. Te fazne spremembe spremlja sproščanje ali absorpcija latentne toplote, ki je povezana s prenosom vodne pare skozi atmosfersko kroženje in deluje pri porazdelitvi toplote po zemeljskem svetu.

Človekove dejavnosti nimajo neposrednega vpliva na količino vodne pare v ozračju. Vpliv se bo pojavil posredno z okrepitvijo učinka tople grede, ki izhaja iz drugih dejavnosti.

Hladen zrak zadržuje majhno količino vode v primerjavi z vročim zrakom, zato atmosfera nad polarnimi območji vsebuje malo vodne pare v primerjavi z ozračjem v tropskih predelih. Če se bo torej učinek tople grede povečal, kar bo povzročilo zvišanje globalne temperature, bo v atmosferi zaradi višjih stopenj izhlapevanja prisotnih več vodne pare. Ta para bo nato zadržala več toplote, kar bo prispevalo k okrepitvi učinka tople grede.

Kaj lahko storimo, da zmanjšamo stopnjevanje tega pojava?

Visoke emisije teh toplogrednih plinov so rezultat človekovih dejavnosti v skladu z glavno vrsto znanstvenih misli, ki deluje. Njeno zmanjšanje je odvisno od spremembe odnosa podjetij, vlad in ljudi. Spremembe v kulturi so nujne za izobraževanje, namenjeno trajnostnemu razvoju. Nujno je, da več ljudi začne iskati alternative, ki povzročajo manj vplivov in ki zajemajo organe in podjetja, ki zmanjšujejo emisije plinov.

V Braziliji so glavni viri emisij toplogrednih plinov, tako fizične enote kot procesi, ki sproščajo nekaj toplogrednih plinov v ozračje, krčenje gozdov, prevoz, živina, enterična fermentacija, elektrarne na fosilna goriva in industrijski procesi.

Krčenje gozdov je glavni dejavnik, ki ga lahko omilimo s pogozdovanjem in uporabo recikliranega materiala. Na vsako tono recikliranega papirja se prihrani deset do 20 dreves. To pomeni prihranek naravnih virov (neobrezana drevesa še naprej absorbirajo CO2 s fotosintezo), recikliranje papirja pa porabi polovico energije, ki je potrebna za njegovo proizvodnjo po običajnem postopku. Reciklirana pločevinka prihrani pri energiji, kar ustreza porabi televizorja tri ure.

Prometni sektor je zelo pomemben pri emisijah izgorevanja fosilnih goriv in ga lahko omilimo s tehnologijami, ki prevladujejo in so razširjene v državi, kot sta etanol in biodizel, z uporabo električnih vozil ali pogonom na vodikove celice ali z uporabo prevoza alternative, kot sta kolo in podzemna železnica. Tako kot v transportu tudi pri termoelektrarnah nadomeščanje fosilnih goriv za čistejše energije, na primer iz sladkornega trsa, pomaga zmanjšati emisije teh plinov.

Enterična fermentacija prispeva k emisiji plinov pri prebavi prežvekovalcev. Ta vir lahko zmanjšamo z izboljšanjem prehrane živine in izboljšanjem pašnikov (primerno gnojenje tal). Zamenjava aditivov za živila z dodatki, ki napadajo protozoje v vampu, zmanjša emisije metana od živali za 10 do 40%. Ideja je, da ti dodatki ubijajo protozoje, ki prispevajo k velikemu delu proizvodnje vodika, ki ga uporabljajo arhejske bakterije (prisotne v črevesju prežvekovalcev). Ker te bakterije pridobivajo energijo z absorpcijo vodika in ogljikovega dioksida, bo v procesu, ki povzroči metan, z manj vodika na voljo manj metana.

Prav tako je treba izboljšati proizvodni proces v panogah, iskati načine, kako manj vplivati in ne oddajati veliko toplogrednih plinov.

Do teh sprememb bo prišlo le s polnjenjem ljudi, zato se morajo vsi gibati! Če ne bomo takoj ukrepali, bomo zanemarjanje svojih stališč plačali zelo visoko ceno.