За борьбой с глобальным потеплением и изменением климата стоит увеличение парниковых газов в нашей атмосфере. Парниковый газ - это любое газообразное соединение в атмосфере, способное поглощать инфракрасное излучение, задерживая и удерживая тепло в атмосфере. Увеличивая тепло в атмосфере, парниковые газы ответственны за парниковый эффект, который в конечном итоге приводит к глобальному потеплению.
Солнечная радиация и «парниковый эффект»
Глобальное потепление не новая концепция в науке. Основы этого явления были разработаны Сванте Аррениусом более 18 лет назад в 1896 году. Его статья, опубликованная в «Философском журнале» и «Журнале науки», была первой, в которой количественно оценили вклад углекислого газа в то, что ученые теперь называют «теплицей». эффект «.
Парниковый эффект возникает из-за того, что Солнце бомбардирует Землю огромным количеством радиации, которая поражает атмосферу Земли в форме видимого света, а также ультрафиолетового (УФ), инфракрасного (ИК) и других типов излучения, которые невидимы для человеческого глаза. Около 30 процентов радиации, падающей на Землю, отражается обратно в космос облаками, льдом и другими отражающими поверхностями. По данным НАСА, оставшиеся 70 процентов поглощаются океанами, землей и атмосферой.
Когда они поглощают излучение и нагреваются, океаны, земля и атмосфера выделяют тепло в форме инфракрасного теплового излучения, которое выходит из атмосферы в космос. Баланс между входящим и исходящим излучением поддерживает общую среднюю температуру Земли на уровне около 59 градусов по Фаренгейту (15 градусов по Цельсию), согласно НАСА.
Этот обмен входящей и исходящей радиацией, которая согревает Землю, называется парниковым эффектом, потому что теплица работает почти так же. Поступающее ультрафиолетовое излучение легко проходит через стеклянные стены теплицы и поглощается растениями и твердыми поверхностями внутри. Однако слабое ИК-излучение с трудом проходит сквозь стеклянные стены и задерживается внутри, нагревая теплицу.
Как парниковые газы влияют на глобальное потепление
Газы в атмосфере, которые поглощают излучение, известны как «парниковые газы» (иногда сокращенно ПГ), потому что они в значительной степени ответственны за парниковый эффект. Парниковый эффект, в свою очередь, является одной из основных причин глобального потепления. По данным Агентства по охране окружающей среды (EPA), наиболее значительными парниковыми газами являются водяной пар (H2O), диоксид углерода (CO2), метан (CH4) и закись азота (N2O). «Хотя кислород (O2) является вторым по распространенности газом в нашей атмосфере, O2 не поглощает тепловое инфракрасное излучение», - сказал Майкл Дейли, доцент кафедры экологических наук в Lasell College в Массачусетсе.
Хотя некоторые утверждают, что глобальное потепление является естественным процессом и что всегда присутствовали парниковые газы, количество газов в атмосфере взлетело в недавнюю историю. До промышленной революции содержание СО2 в атмосфере колебалось между примерно 180 частями на миллион (ppm) во время ледникового периода и 280 ppm во время межледниковых теплых периодов. Однако после промышленной революции количество СО2 увеличилось в 100 раз быстрее, чем увеличение, когда закончился последний ледниковый период, согласно данным Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA).
Фторированные газы, то есть газы, в которые был добавлен элементный фтор, включая гидрофторуглероды, перфторуглероды и гексафторид серы, образуются в ходе промышленных процессов и также считаются парниковыми газами. Хотя они присутствуют в очень малых концентрациях, они очень эффективно улавливают тепло, что делает их газами с высоким потенциалом глобального потепления (GWP).
Хлорфторуглероды (ХФУ), которые когда-то использовались в качестве хладагентов и аэрозольных пропеллентов до тех пор, пока они не будут прекращены международным соглашением, также являются парниковыми газами.
На степень влияния любого парникового газа на глобальное потепление влияют три фактора:
- Его изобилие в атмосфере.
- Как долго он остается в атмосфере.
- Его потенциал глобального потепления.
Углекислый газ оказывает значительное влияние на глобальное потепление отчасти из-за его обилия в атмосфере. По данным EPA, в 2016 году выбросы парниковых газов в США составили 6 511 миллионов метрических тонн (7 177 миллионов тонн) эквивалентов углекислого газа, что составило 81 процент всех антропогенных парниковых газов - на 2,5 процента меньше, чем годом ранее. Кроме того, CO2 остается в атмосфере в течение тысяч лет.
Тем не менее, по данным EPA, метан в 21 раз эффективнее поглощает радиацию, чем CO2, что дает ему более высокий рейтинг ПГП, даже если он остается в атмосфере всего около 10 лет.
Источники парниковых газов
Некоторые парниковые газы, такие как метан, производятся в сельском хозяйстве, включая навоз скота. Другие, такие как CO2, в основном являются результатом естественных процессов, таких как дыхание и сжигание ископаемого топлива, такого как уголь, нефть и газ.
Согласно исследованию, опубликованному Университетом Дьюка, второй причиной выброса CO2 является вырубка лесов. Когда деревья убивают для производства товаров или тепла, они выделяют углерод, который обычно сохраняется для фотосинтеза. По данным Глобальной оценки лесных ресурсов 2010 года, этот процесс выбрасывает в атмосферу почти миллиард тонн углерода в год.
Согласно EPA, лесное хозяйство и другие виды землепользования могут компенсировать некоторые из этих выбросов парниковых газов.
«Пересадка помогает уменьшить накопление углекислого газа в атмосфере, так как растущие деревья выделяют углекислый газ посредством фотосинтеза», - сказал Дейли в интервью Live Science. «Однако леса не могут изолировать весь углекислый газ, который мы выбрасываем в атмосферу в результате сжигания ископаемого топлива, и сокращение выбросов ископаемого топлива все еще необходимо, чтобы избежать накопления в атмосфере».
Во всем мире выброс парниковых газов вызывает серьезную обеспокоенность. По данным НАСА, с момента начала промышленной революции до 2009 года уровень СО2 в атмосфере увеличился почти на 38 процентов, а уровень метана увеличился на целых 148 процентов, и большая часть этого увеличения произошла за последние 50 лет. По данным Всемирной Метеорологической Организации, из-за глобального потепления 2016 год стал самым теплым за всю историю наблюдений, а 2018 год станет четвертым самым теплым, 20 самых жарких за всю историю наблюдений наступили после 1998 года.
«Потепление, которое мы наблюдаем, влияет на атмосферную циркуляцию, которая влияет на характер осадков во всем мире», - сказал Джозеф Верн, доцент кафедры геологии и планетологии в Университете Питтсбурга. «Это приведет к большим экологическим изменениям и вызовам для людей во всем мире».
Будущее нашей планеты
Если нынешние тенденции сохранятся, ученые, правительственные чиновники и растущее число граждан опасаются, что худшие последствия глобального потепления - экстремальные погодные условия, повышение уровня моря, исчезновение растений и животных, подкисление океана, значительные изменения климата и беспрецедентные социальные потрясения - будут неизбежно.
В ответ на проблемы, вызванные глобальным потеплением парниковых газов, правительство США разработало план действий в области климата в 2013 году. А в апреле 2016 года представители 73 стран подписали Парижское соглашение, международный пакт о борьбе с изменением климата, инвестируя в устойчивое развитие. низкоуглеродное будущее, согласно Рамочной конвенции ООН об изменении климата (РКИК ООН). США были включены в число стран, которые согласились с соглашением в 2016 году, но начали процедуру выхода из Парижского соглашения в июне 2017 года.
По данным EPA, выбросы парниковых газов в 2016 году были на 12 процентов ниже, чем в 2005 году, отчасти из-за значительного снижения сжигания ископаемого топлива в результате перехода на природный газ из угля. Более теплые зимние условия в те годы также снизили потребность многих домов и предприятий в повышении температуры.
Исследователи по всему миру продолжают искать пути снижения выбросов парниковых газов и смягчения их последствий. По словам Дины Лич, доцента биологических и экологических наук в Университете Лонгвуда в Вирджинии, одно потенциальное решение, которое изучают ученые, - это высасывать двуокись углерода из атмосферы и закапывать ее под землей на неопределенное время.
«То, что мы можем сделать, это минимизировать количество углерода, которое мы накапливаем там, и, как следствие, минимизировать изменение температуры», - сказал Лич. «Однако окно действия быстро закрывается».
Дополнительные ресурсы:
- EPA - Изменение климата: основная информация
- НАСА: глобальное изменение климата
- National Geographic - Климатическая веха: уровень CO2 в Земле превышает 400 промилле
Эта статья была обновлена 3 января 2019 года участником Live Science Рэйчел Росс.
