Накопление углекислого газа в атмосфере

В последние десятилетия   противоречия  между обществом (особенно его экономическими  процессами)  и окружающей  средой  вплотную  приблизились  к критической отметке и стали фактором,  угрожающим  жизнедеятельности современного   человека  на  всех  континентах.

   Революционные   изменения  в  биосферных  процессах,  которые  начались  в XX веке,  привели к бурному развитию  энергетики  машиностроения,  химии,  транспорта,  к  тому,  что   человеческая  деятельность  стала  сравнима  по  масштабам  с  естественными  энергетическими  и  материальными  процессами,  происходящими  в  биосфере.

Интенсивность  потребления  человечеством  энергии  и  материальных  ресурсов растет  пропорционально  численности  населения  и  даже  опережает  его  прирост. Последствия  антропогенной  деятельности  проявляются  в  истощении  природных  ресурсов,  загрязнения   биосферы  отходами  производства,  разрушении  природных  экосистем,  изменении   структуры  поверхности  Земли,  измени  климата.  Антропогенные  воздействия  приводят  к  нарушению  практически  всех  природных  биогеохимических  циклов.

Перестройка  биосферы   и грядущее  становление  ноосферы  ставит  перед  человечеством   нелегкие  задачи.  Прежде  всего,  это  рациональное  управление  биосферой   для  удовлетворения  насущных  потребностей  человечества.

У  экологических  проблем  современности  есть  отличительные  признаки,  которые  придают   им  масштаб  глобальности.  Прежде  всего,  это  их  общечеловеческая  значимость.

Основные  проблемы  современной  биосферы , так или иначе связаны с техногенной  деятельность  человека.  Эволюция  человека  как  биологического  вида  и  человечества  в  целом  привела  к  изменению  естественного  биогеохимического  круговорота  и  перераспределению  энергии на  Земле.  Можно с уверенностью  сказать, что все глобальные  проблемы  современности прямо или косвенно  замыкаются  на использовании природных ресурсов  Земли.

Все  экологические  процессы  в  биосфере  взаимосвязаны  и  неразрывны.  Нарушение  одних  процессов  неминуемо  влечет  за  собой  сдвиги  в  системе  сложившихся  связях  природных  экосистем.  Масштабы  воздействия  хозяйственной  деятельности  на  природную  среду  стали  гигантскими.   Ежегодно  из  земных  недр  безвозвратно  извлекается  свыше  100 миллиард  тонн  полезных  (для  человека  но  не для  планеты)  ископаемых,  выплавляется  800 миллионов  тонн  различных  металлов, вносится  в  почвы  свыше  500 миллионов  тонн  минеральных  удобрений,  около  3 миллионов  различных  ядохимикатов , из  которых треть смывается поверхностными стоками в водоемы или задерживается атмосферой.

Усиление  техногенного воздействия на природную  среду породило ряд экологических проблем, требующих безотлагательного решения. В первую очередь это состояние атмосферного воздуха, водных и земельных ресурсов.

Загрязнение  атмосферы  влияет  на  все  природные  компоненты.  Оно  обуславливает парниковый  эффект,  изменение  озонового  слоя,  образование  кислотных  дождей  и  смогов,  влияет  на  здоровье  человека  и его хозяйственную деятельность.

 Парниковый  эффект – это   разогревание  нижних  слоёв   атмосферы, благодаря  Загрязнение  атмосферы  влияет  на  все  природные  компоненты.  Оно  обуславливает  парниковым  газам.  Атмосфера  хорошо  пропускает  к земной  поверхности коротковолновую  солнечную  радиацию.  От  неё  нагревается  поверхность  суши  и  воды,  которая  становится  источником  теплового  (длинноволнового)  излучения.  Указанный  вид  излучения  задерживается  водяным  паром  и  парниковыми  газами  в  атмосфере.  Поэтому  повышается  температура  нижних  слоёв  атмосферы.

   К  парниковым  газам  относят   двуокись  углерода  (СО2),  метан (СН4),  окис -   лы   азота (NхО),  фреоны  (ХФУ).  Относительный вклад в парниковый  эффект  газов следующий:  СО2—60%,  СН4—15%,  N2О—5%,  О3—8%,  фреонов—12%. 

  Значительное  количество  углекислого   газа  поступает  в  атмосферу   из-за  сжигания  топлива,  производства  цемента,  вырубки  лесов,  лесных  пожаров,  антропогенного  изменения  характера  подстилающей  поверхности.  Антропогенные  источники  метана- животноводство  (скотоводство),  растениеводство  (выращивание риса),  топливная промышленность  (добыча  газа,  нефти,  угля).  Источники оксидов азота  - сельское  хозяйство,  сжигание  биомассы,  промышленность,  производящие  азотосодержащие  вещества.  

    Вклад  газов  в  парниковый  эффект  зависит  от  следующих  факторов:   

1. эффекта,  вызываемого единичным  объёмом поступившего  в атмосферу  газа,  по  сравнению  с  эффектом  углекислого  газа,  принимаемым  за  единицу;
2. продолжительность  пребывания  газа  в  атмосфере;
3. объёма  эмиссии  газа.

    Комбинация  первых  двух  факторов  называется  относительным  парниковым  потенциалом.  Она  выражается  в  единицах  от  потенциала  углекислого газа  и характеризует  текущее состояние парникового эффекта.  Роль  углекислого газа  в изменении  температуры  воздуха  связана  со  значительной  продолжительностью  существования  в  атмосфере  (50-200 лет)  и  сравнительно  высокой концентрацией.  Однако  СО2  отличается  низким  потенциалом парникового эффекта.                                                                    

    Накопление   углекислого  газа  в  атмосфере - одна  из основных  причин  парникового  эффекта ,возрастающего  от  разогревания  Земли  лучами  Солнца. Этот  газ не пропускает  солнечное  тепло  обратно  в космос. Содержание  парниковых  газов- СО2, метана  и др.- неуклонно увеличивается.  Правда , действует и процесс, направленный  в  обратную  сторону, -  это  процесс  фотосинтеза,  в  котором  растения  усваивают  двуокись  углерода  из  воздуха  и  строят  из  неё  свою  биомассу.  По  оценкам  учёных,  за  год  вся  растительность  суши  улавливает  из  атмосферы  20 - 30  млрд.  т  углерода  в  форме  его  двуокиси.  Один  квадратный  метр  быстрорастущего тропического  леса  за  год извлекает из  воздуха 1 - 2  кг  углерода,  1 кв.м  арктической тундры - раз  в  сто  меньше,  но  нельзя  забывать,  что  растительность  суши - лишь  сравнительно  небольшая  часть  всей  земной флоры.  Основную  площадь  нашей  планеты  занимают  океаны,  а  в  их  водах  плавают  массы  микроскопических  водорослей.  В  усвоении  атмосферной  двуокиси  они  играют  не  меньшую  роль,  чем  гигантские  по  сравнению  с  ними  наземные  растения,  за  год  эти  микроскопические  водоросли  потребляют  около  40млрд.  т  углерода.                                                                                                                                                                                              

     Российский  климатолог  Н.И.Будыко  ещё в 1962 г.  Выдвинул  гипотезу, что  сжигание  человечеством огромного количества  разнообразных топлив, особенно  возросшее во  второй  половине  ХХ в., неизбежно приведёт  к  увеличению  содержания  углекислого  газа  в  атмосфере. А  он  задерживает  отдачу  солнечного  и  глубинного  тепла  с  поверхности  Земли  в  космос, что  приведёт  к эффекту, который  мы  наблюдаем  в  застеклённых  парниках. Вследствие  такого  парникового эффекта средняя температура приземного  слоя  атмосферы должна  постепенно  повышаться.

     Выводы  Н.И.Будыко  заинтересовали  американских  метеорологов. Они  проверили  его  расчёты, сами провели  многочисленные  наблюдения  и  к  концу   60-х  гг.  пришли  к  твёрдому  убеждению, что  парниковый  эффект  в  атмосфере  Земли  существует  и  нарастает.

     Концентрация, например, двуокиси  углерода  в  атмосфере  увеличилась   по  сравнению  с  доиндустриальной  эпохой  на  28%. Если  человечество  не  примет  меры,  чтобы  сократить  выбросы  этих  газов , к середине  будущего  века  средняя глобальная  температура  приземной  атмосферы  повысится  на  1,5—4,5⁰ С .  Произойдёт  перераспределение осадков,  увеличится  число засух,  изменится режим речного стока и режим работы  гидроэлектростанций.  Растает верхний слой  вечной  мерзлоты,  что  повлияет  на  устойчивость  фундаментов инженерных  сооружений.  Уровень  Мирового  океана  поднимется  к  2030 г.  на  20 см,  что  приведёт  к  затоплению  низколежащих  побережий.

      Доли  некоторых  государств  в  глобальном  выбросе  двуокиси  углерода  таковы:     США –22 %,  Россия  и  Китай – по 11%,  Германия  и  Япония – по 5%  (данные  2000 г.).

      К  газам,  создающим  парниковый  эффект,  относится  и  метан,  поэтому  очень  важно   определить  реальные  его   потери  при  добыче,  транспортировке   по  трубопроводам,  распределении   в  городах  и  населённых  пунктах,  при  использовании  на  станциях  теплоснабжения  и  электростанциях.  К  наиболее  загрязняющим  атмосферу  отраслям  отнесены  топливно-энергетическая,  нефтехимическая,  металлургическая  и  транспортная. 

      Мощным  источником  СО2  служит  дыхание почвы.  В условиях  холодного и умеренного  климата за  счёт  замедленной скорости  разложение  биомассы  происходит  (вместе  с  органическим  веществом)  накопление  углерода. 

      Другим  местом  скопления   СО2  служат  болота – резервуар с  временем  пребывания  органического углерода  в торфах  до  10 тыс.  лет и его аккумуляцией  45—50 МтС/г.  Из-за  малой скорости  разложения  мха углерод активно накапливается  в  сфагновых  болотах.  Увеличение  годового  стока может быть  достигнута  в первую  очередь  облесением,  а  также  путём  сохранения  и  увеличения  содержания  гумуса  в  почвах. 

     Если посчитать, сколько углерода содержится во всех болотах мира, получится колоссальная цифра - 550 гигатонн. Это 75% общего количества углерода, находящегося в атмосфере Земли, что в два раза больше, чем во всех лесах на планете, вместе взятых! И если бы в одночасье все болота высвободились от своих запасов СО2, концентрация парникового газа в окружающей среде увеличилась бы вдвое, что привело бы к необратимым последствиям для климата.

     Сегодня осушенные болотные угодья повинны в 10% выбросов двуокиси углерода в атмосферу. Данный эффект ученые объясняют тем, что вода находится глубоко под поверхностью почвы. Кислород проникает в торфяной слой, в результате чего происходит минерализация торфа и наружу проникает углекислый газ. Естественная же топь на 90% состоит из воды. Отмирающая биомасса не разлагается в ней полностью, а откладывается в виде торфа. И та часть диоксида углерода, которую растения получили для строительства своей ткани, надолго сохраняется в недрах трясины.                                                                                                 

      Одним  из  главных  источников  загрязнения  атмосферы  углекислым  газом -  автомобильный  транспорт.  Один  усреднённый  автомобиль  за  6 лет  эксплуатации  выбрасывает   в  атмосферу  9 т  СО2,  0,9 т СО,  0,25 т NОХ  и 80 кг  углеводородов.  На  долю  автомобилей приходится  25%  сжигаемого  топлива.  Есть  несколько путей борьбы  с этим  видом загрязнений  :  техническое совершенствование двигателей, топливной аппаратуры,  электронных систем  подачи  топлива;  повышение качество  топлива;  снижение  содержания  токсичных веществ в выхлопных газах в выхлопных  газах  в  результате  применения  дожигателей  топлива,  каталитическиских  катализаторов;  использование  альтернативных  видов  топлива,  например  сжатого  природного  газа.

    Приближённый  состав  (%  по  объёму)  выхлопных  газов  автомобилей.

    В  Беларуси  основными  источниками загрязнения атмосферы являются автотранспорт,  объекты  энергетики,  промышленные  предприятия.  Большая часть загрязняющих  веществ поступает в атмосферу от  автотранспорта, в результате  технологических,  производственных  и  других  процессов  и  при  сжигании  топлива.  В  составе  выбросов  в  атмосферу  преобладают  оксид  углерода,  углеводороды,  оксиды  азота,  диоксид  серы.  Основной  вклад  в  поступление  этих  веществ  в  Европе  принадлежит   Польше,  Германии,  России,  Украине.

       Выбросы  загрязняющих  веществ   в  атмосферный  воздух  от  различных

                                                отраслей  хозяйства.