Парниковий ефект

 

Вступ

 

Парниковий ефект відноситься до числа проявів глобальної екологічної кризи. Ця тенденція намітилася у зв'язку зі збільшенням в атмосфері концентрацій вуглекислого газу, метану та деяких інших парникових газів. В останні десятиліття і, особливо в останні роки, парниковий ефект став крупною науковою проблемою, від вирішення якої істотно залежить можливість переходу цивілізації на шлях сталого розвитку. Як відгук на заклопотаність тенденціями глобальної зміни клімату, ця проблема знайшла достатньо широке висвітлення у наукових публікаціях, оцінках експертів ООН та програмах проведення досліджень. Найважливішою причиною змін кліматичної системи є накопичення в атмосфері антропогенних парникових газів і викликаного ними порушення радіаційного балансу атмосфери. Крім того, існують й інші причини, зокрема, накопичення аерозолів в атмосфері, руйнування озонового шару, забруднення атмосфери та гідросфери та ін. Безумовно, у формуванні клімату Землі бере участь не тільки атмосфера. Клімат визначається складними взаємодіями між атмосферою, океанами, льодовиковими шапками на полюсах, тваринами, рослинами і осадовими породами. Під парниковими газами розуміються гази, які створюють в атмосфері екран, що затримує інфрачервоні промені. У результаті цього відбувається нагрівання нижнього шару атмосфери. Атмосфера відіграє роль як би «ковдри», який утримує тепло. Найбільш значущими природними парниковими газами є пари води, що містяться в атмосфері у великій кількості, а також діоксид вуглецю, який потрапляє в атмосферу як природним, так і штучним шляхом і є основним компонентом, що викликають парниковий ефект антропогенного походження. Відомо, що за відсутності діоксиду вуглецю в атмосфері температура поверхні Землі була б, приблизно, на 7 ° нижче, ніж в даний час, що створило б украй несприятливі умови для життя тварин і рослин. Спалювання палива, лісові та степові пожежі - це основні причини збільшення вмісту діоксиду вуглецю в атмосфері. У той же час поглинання СО ₂ з атмосфери основними його споживачами (лісовими рослинами і фітопланктоном Світового океану) скоротилася за рахунок зменшення площ лісів, загибелі фітопланктону. В результаті постачання вуглецю в атмосферу стало перевищувати його споживання рослинами. Щорічний приріст СО ₂ в атмосфері становить 3,5 млрд. т. Зростання діоксиду вуглецю в атмосфері посилює парниковий ефект, так як СО ₂ успішно пропускає довгохвильові промені сонячного світла до поверхні Землі і затримує короткохвильове випромінювання. Тому чим вище концентрація СО ₂ в атмосфері, тим менше тепла розсіює Земля, тим вище середня температура в земної поверхні. Потеплінню клімату Землі сприяє також надходження тепла в атмосферу за рахунок спалювання нафтопродуктів, вугілля, торфу, роботи різноманітних двигунів. Підвищення середніх температур на земній кулі може істотно змінити хід природних процесів біосфери. Наприклад, відомо, що підвищення середніх температур приземного шару повітря в 1930-і роки на 0,4 ° С супроводжувалося скороченням площі льодів в Арктиці на 10%, жорстокими посухами в багатьох країнах, зрушеннями кордонів ландшафтних зон до 200 км на північ. У протилежному напрямку на клімат впливає запиленість атмосфери. Пилові частки, накопичуючись у верхніх шарах атмосфери, відбивають частина сонячних променів і тим самим скорочують кількість тепла, що надходить на Землю від Сонця. Вчені вважають, що, незважаючи на збільшення концентрації СО ₂ в атмосфері в 1940-і роки, потепління змінилося похолоданням саме за рахунок збільшення запиленості повітря.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Історичні відомості

 

Ідея про механізм парникового ефекту була вперше викладена в 1827 році Жозефом Фур'є в статті «Записка про температури земної кулі та інших планет», в якій він розглядав різні механізми формування клімату Землі, при цьому він розглядав як фактори, що впливають на загальний тепловий баланс Землі ( нагрівання сонячним випромінюванням, охолодження за рахунок лучеиспускания, внутрішнє тепло Землі), так і чинники, що впливають на теплоперенос і температури кліматичних поясів (теплопровідність, атмосферна і океанічна циркуляція).

 

При розгляді впливу атмосфери на радіаційний баланс Фур'є проаналізував досвід М. де Соссюра з зачерненим зсередини посудиною, накритим склом. Де Соссюр вимірював різницю температур усередині і зовні такої судини, виставленого на пряме сонячне світло. Фур'є пояснив підвищення температури всередині такого «міні-парника» в порівнянні з зовнішньою температурою дією двох факторів: блокуванням конвективного теплопереносу (скло запобігає відтоку нагрітого повітря зсередини і приплив прохолодного зовні) і різною прозорістю скла у видимому й інфрачервоному діапазоні.

Саме останній фактор і отримав в пізнішій літературі назву парникового ефекту - поглинаючи видиме світло, поверхня нагрівається і випускає теплові (інфрачервоні) промені; оскільки скло прозоро для видимого світла і майже непрозоро для теплового випромінювання, то накопичення тепла веде до такого зростання температури, при якому кількість проходять через скло теплових променів достатньо для встановлення теплової рівноваги.

Фур'є постулював, що оптичні властивості атмосфери Землі аналогічні оптичним властивостям скла, тобто її прозорість в інфрачервоному діапазоні нижче, ніж прозорість в діапазоні оптичному.

 

 

 

Поняття парникового ефекту

 

Парниковий ефект - явище при якому надходить на Землю сонячне тепло затримується біля поверхні Землі так званими парниковими або оранжерейними газами. До числа цих газів відносяться відомі нам вуглекислий газ і метан, вміст яких в атмосфері неухильно збільшується. Цьому сприяє, насамперед, не тільки спалювання гігантських обсягів палива, але і ряд інших факторів серед яких зведення лісів, викиди в атмосферу фреонів, неправильне ведення сільського господарства та перевипасання худоби. Особливо небезпечно й небажано зведення лісів. Воно призведе не тільки до водної та вітрової ерозії, порушивши тим самим грунтовий покрив, але і продовжить невідновних спад органічної речовини біосфери, того самого що поглинає вуглекислий газ з атмосфери. Не можна не відзначити і той факт що як мінімум 25% міститься в атмосфері цього газу зобов'язане своєю наявністю саме невиправданим вирубок лісу в північному і південних поясах. Ще більше турбують дані згідно з якими зведення лісів і спалювання палива за викидами вуглекислого газу врівноважують один одного. Страждають лісу і з - за надмірного використання їх для відпочинку та рекреації. Найчастіше перебування туристів приводить в таких випадках до механічного пошкодження дерев їх подальшої хвороби і загибелі. Масове відвідування ж сприяє витоптування грунту і нижніх ярусів рослинності. Дуже відчутно виродження лісів при значному забрудненні повітря. Летюча зола, вугільна і коксова пил закупорюють пори листя, зменшують доступ світла до рослин і послаблюють процес асиміляції. Забруднення грунту викидами пилу металів, миш'якової пилом у поєднанні з суперфосфатом чи сірчаної кислотою отруює кореневу систему рослин, затримуючи її ріст. Токсичний для рослин і сірчистий ангідрит. Повністю знищується рослинність під впливом димів і газів мідеплавильних комбінатів в безпосередній близькості від них. Збиток рослинного покрову, і в першу чергу лісах, наноситься при випаданні кислих опадів у результаті розносу сполук сірки на сотні й тисячі кілометрів. Регіональне деструктивний вплив на лісові грунту роблять кислі опади. Суттєвого зменшення біомаси лісів відбувається, мабуть, і з-за пожеж. Звичайно для рослин властивий процес фотосинтезу в ході якої рослини засвоюють двоокис вуглецю, що служить їм біомасою, але останнім часом рівень забруднення зріс настільки, що рослини вже не справляються з ним. За оцінками вчених за рік вся рослинність суші вловлює з атмосфери 20 - 30 млрд. тонн С в формі його двоокису, причому тільки одна Амазонія поглинає до 6 млрд. тонн шкідливих домішок атмосфери. Важливу роль у засвоєнні вуглекислого газу належить водоростям.

 

Ще однією проблемою сучасного динамічно розвивається світу є неправильне ведення сільського господарства, що використовує в ряді випадків ще не знищений у приекваторіальних районах підсічно - вогневу систему і перевипасання худоби призводить все до того ж ущільнення грунтів. Традиційним є і проблема спалювання палива і викиду небезпечних промислових газів таких як фреони.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Парниковий ефект - глобальна екологічна проблема

 

Нагромадження вуглекислого газу в атмосфері – одна з основних причин парникового ефекту. Вуглекислий газ діє в атмосфері, як стекло в оранжереї: він пропускає сонячну радіацію й не пропускає назад у космос інфрачервоне (теплове) випромінювання Землі. Зміст парникових газів – З₂, метану й ін. – неухильно збільшується. Двоокис вуглецю в атмосфері діє як потужний поглинач земного випромінювання, що у противному випадку розсіювалося б у космічному просторі. Поглинаючи й знову віддаючи цю енергію випромінювання, двоокис вуглецю робить атмосферу тепліше, ніж вона була б у противному випадку.

 

Фотосинтез сприяє зменшенню двоокису вуглецю. Рослини засвоюють із повітря З₂ і будують із її свою біомасу. Вся рослинність  суши засвоює з атмосфери близько 20-30 млрд. т. вуглецю у формі його двоокису. Один квадратний метр тропічного лісу витягає з повітря 1-2 кг вуглецю. Близько 40 млрд. т. вуглецю засвоюють у рік мікроскопічні водорості, що плавають в океані.

 

Однак рослинність Землі не здатна впоратися із всі забрудненням, що збільшується, атмосфери, що приводить до зміни клімату. У порівнянні з доиндустриальной епохою зміст двоокису вуглецю  в атмосфері збільшилося на 28%. Якщо не вжити заходів, щоб скоротити викиди, то до середини ХХ століття середня глобальна температура приземної атмосфери підвищиться на 1,5 – 4,5 ⁰С.

 

Це приведе до перерозподілу опадів, збільшенню числа посух, зміниться режим річкового стоку. Стане верхній шар вічної мерзлоти, що займає в Росії близько 10 млн. км².рівень Світового океану може піднятися до 2030 року на 20 див., що приведе до затоплення прибережних територій.

 

Аналіз динаміки кліматичних даних показав, що в 80-х - початку 90-х рр. середньорічні температури на північній половині Східно-Європейської рівнини зросли через теплі зими, відзначена спряженість ареалів максимальної мінливості кліматичних характеристик з географічним розподілом забруднень атмосфери.

 

У результаті антропогенних викидів парникових газів змінюється клімат, що веде до негативних наслідків практично у всіх областях діяльності людини. У Росії зміни клімату  відіб'ються на сільському, лісовому й водному господарстві. У зоні вічної мерзлоти, (а це близько 55% площі всієї країни), у результаті танення льодів при потеплінні клімату стане руйнуватися господарська інфраструктура, буде нанесений збиток добувної промисловості, транспортним, енергетичним системам, комунальному господарству. Підйом рівня Світового океану приведе до затоплення берегової зони, будуть затоплені населені пункти, постраждає лісове господарство, живий і рослинний мир. Зміна клімату вплине й на здоров'я людини, можливе поширення багатьох видів захворювань.

В 1992 р. країни - члени ООН підписали Конвенцію ООН про зміну клімату, що ратифікована Росією 4 листопада 1994 р. і набула чинності 6 березня 1995 р. Ціль Конвенції - домогтися стабілізації парникових газів в атмосфері на рівні, яке б не допускало небезпечного антропогенного впливу на клімат Землі.

В 1996 р. правительство Росії прийняло федеральну цільову програму ''Запобігання небезпечних змін клімату і їхніх негативних впливів''.

 

Сумарні промислові викиди вуглецю в Росії в 1990 р. склали близько 650-700 млн. т. Найбільш забруднюючу  атмосферу галузями є паливно-енергетична, нафтохімічна, металургійна й транспортна.

 

Вплив енергетики на стан повітряного басейну визначаються в основному видом палива, що спалюється. Викиди електростанцій, що споживають вугілля, становлять 139 млн. кг у рік окислів сірки, 21 млн. кг окислів азоту, 5 млн. кг твердих часток.

 

Чорна металургія - наступний по інтенсивності джерело забруднення атмосфери. Величезну роль у забрудненні атмосфери грають викиди сталеплавильних цехів.

Велика кількість вуглеводнів утримується у викидах нафтопереробної й нафтохімічної промисловості. Викид в атмосферу шкідливих речовин на нафтопереробних заводах відбувається через недостатню герметизацію встаткування.

 

Одне з головних джерел забруднення атмосфери вуглекислим газом - автомобільний транспорт. Автомобіль можна назвати хімічною фабрикою на колесах. На частку автомобіля доводиться 60% всіх шкідливих речовин у міському повітрі. Автомобільні вихлопні гази - суміш приблизно 200 речовин. У них утримуються вуглеводні, - не згорілі або не повністю згорілі компоненти палива, частка яких різко зростає, якщо автомобіль працює на малих оборотах або в момент збільшення швидкості на старті, тобто під час заторів або в червоного сигналу світлофора.

 

Є кілька шляхів боротьби із цим видом забруднень: технічне вдосконалювання двигунів, паливної апаратури, електронних систем подачі палива; підвищення якості палива, зниження змісту токсичних речовин у вихлопних газах у результаті застосування дожигателей палива, каталітичних каталізаторів; використання альтернативних видів палива.

Відпрацьовані гази автомашин можна знешкодити за допомогою спеціальних пристроїв у системі випуску двигуна автомобіля, називаних нейтралізаторами. Полум'яний нейтралізатор - пристрій для знешкодження

 

Відпрацьованих газів двигуна автомобіля дожиганием у відкритому полум'ї. Термічний нейтралізатор - термоаккумулирующее пристрій для нейтралізації відпрацьованих газів двигуна автомобіля методом беспламенного спалювання. Рідинний нейтралізатор - пристрій для знешкодження відпрацьованих газів автомобілів за допомогою хімічного зв'язування рідинними реагентами.

 

Позбавить населення від вихлопних газів електричний транспорт. Поруч екологів була висунута розумна ідея ''податку на виділену вуглекислоту''. Країна, не залежно від рівня індустріального розвитку, одержить певну квоту на виробництво З₂. Багаті країни зможуть купувати квоти на викиди вуглекислоти в більше бідних країн. Такі ринкові відносини змогли б допомогти, наприклад, Бразилії дістати додаткові кошти на боротьбу зі знищенням тропічного лісу. Цей податок допоміг би підвищити інвестиції в розробку альтернативних джерел енергії.

 

Перший податок на виробництво вуглекислоти був уведений Швецією в 1990 р. Міністерство по захисту навколишнього середовища поставило завдання знизити до

2000 р. у країні емісію З₂ на 2,5% .Уведений так само податок на спалювання вугілля, нафти й природного газу. У Росії відритий спосіб  утилізації вуглекислого газу з використанням новітніх технологій. Двоокис вуглецю витягає з димових газів. Операцію проводять методом газоразделения за допомогою ионообменных мембран, при цьому концентрація вуглекислоти доводить до 98-99%. Очищений двоокис вуглецю накачують у сховища, звідки він надходить на подальшу переробку.

 

На наступній стадії вуглекислий газ змішують із парами води й піддають элекрохимическому розкладанню в процесі електролізу. У результаті реакції при високій температурі (1100-1150⁰С) на аноді виділяється надчистий кисень, а на катоді – суміш окису вуглецю й водню, тобто синтез-газ, службовець основною сировиною для виробництва углеводородных сполук, усього спектра сучасних штучних матеріалів – від синтетичного бензину й дизельного палива до виробів з полімерів (пластмас, лаків, фарб, розчинників і т.п.). Ця технологія для одержання вуглеводнів з диоксида вуглецю не має світових аналогів.