ПАРНИКОВ ЕФЕКТ: КАК СЕ ПРОИЗВЕЖДА, ПРИЧИНИ, ГАЗОВЕ, ПОСЛЕДСТВИЯ - ОКОЛЕН СВЯТ - 2025

В парников ефект е естествен процес, в която атмосферата запазва част от инфрачервената радиация, излъчвана от земята и по този начин се нагрява. Това инфрачервено лъчение идва от нагряването, генерирано на земната повърхност от слънчева радиация.

Този процес се случва, защото Земята като непрозрачно тяло абсорбира слънчевата радиация и излъчва топлина. В същото време, тъй като има атмосфера, топлината не изтича напълно в космоса.

Схема на парникови ефекти. Източник: Робърт А. Роде (полет на дракони в английската Уикипедия), превод на испански феликс, адаптация оформление Баскеттур

Част от топлината се абсорбира и излъчва във всички посоки от газовете, които изграждат атмосферата. По този начин Земята поддържа определено топлинно равновесие, което установява средна температура 15 ºC, гарантираща променлив обхват, в който животът може да се развива

Терминът "парников ефект" е подобен на оранжерии за отглеждане на растения в климатични условия, където околната температура е по-ниска от необходимата. В тези отглеждани къщи пластмасовият или стъклен покрив позволява преминаването на слънчевата светлина, но предотвратява изхода на топлина.

По този начин се поддържа топъл микроклимат, благоприятен за развитието на растенията, независимо от по-ниската външна температура.

Най-подходящите газове в парниковия ефект са водни пари, въглероден диоксид (CO2) и метан. След това, в резултат на замърсяване, генерирано от хората, се включват други газове и нивата на CO2 се увеличават.

CO2 газове, водни пари и метан в атмосферата

Тези газове включват азотни оксиди, хидрофлуоровъглеводороди, перфлуорирани въглеводороди, серен хексафлуорид и хлорофлуоровъглеводороди.

Добър или лош е парниковият ефект?

Парниковият ефект е основен за живота на Земята, тъй като гарантира подходящия температурен диапазон за съществуването му. Повечето биохимични процеси изискват температури между -18ºC и 50ºC.

В геоложкото минало е имало колебания в средната температура на земята, или се увеличава, или намалява. През последните два века имаше процес на постоянно повишаване на глобалната температура.

Разликата е, че в момента темпът на нарастване е особено висок и изглежда е свързан с човешката дейност. Тези дейности генерират парникови газове, които подчертават явлението.

Какъв е проблемът тогава?

Хората постоянно добавят замърсители в околната среда от средата на 18-ти век, в резултат на индустриализацията. Сред тези замърсители е отделянето на газове, които допринасят за парниковия ефект, било защото те абсорбират топлина или увреждат озоновия слой.

Озоновият слой се намира в горната част на стратосферата и филтрира ултравиолетовата (по-висока енергия) слънчева радиация. Колкото повече ултравиолетово лъчение, толкова повече топлина и освен това могат да се генерират мутагенни ефекти.

От друга страна, задържащите топлина газове като CO2 и метан намаляват загубите на емисии от Земята. Докато сред газовете, които увреждат озоновия слой, са всички флуорни и хлорни съединения.

Последиците от увеличаването на парниковия ефект е повишаване на земната температура. Това от своя страна причинява серия от климатични промени, включително топенето на полярния и ледников лед.

Как се произвежда парниковият ефект?

- Земна атмосфера

Слоеве на атмосферата

Разбирането на основните елементи на химичния състав и структурата на атмосферата е от основно значение за разбирането на парниковия ефект.

Химичен състав на земната атмосфера

Азотът (N) преобладава в състава на земната атмосфера, 79%, а кислородът (O2) 20%. Останалите 1% се състоят от различни газове, от които най-богати са Аргон (Ar = 0,9%) и CO2 (0,03%).

Тези газове не могат да абсорбират слънчевата светлина, тоест енергията на късата вълна, излъчвана от Слънцето (видим и ултравиолетов спектър).

Слоеве на атмосферата

Най-високата част от атмосферните газове е концентрирана в ивицата, която отива от земната повърхност до 50 км височина. Това се дължи на привличането, което гравитационната сила прави върху газовете, които изграждат атмосферата.

В тези първи 50 км атмосфера се разпознават два слоя, първият от 0 до 10 км височина, а вторият от 10 до 50 км височина. Първият се нарича тропосфера и концентрира приблизително 75% от газообразната маса на атмосферата.

Втората е стратосферата, която концентрира 24% от атмосферната газообразна маса, а в горната й част е озоновият слой. Озоновият слой е ключов за разбирането на парниковия ефект, тъй като е отговорен за фиксирането на ултравиолетовите лъчи от Слънцето.

Въпреки че над тези слоеве на атмосферата се простират още три слоя, двата най-ниски са определящите фактори за парниковия ефект.

- Парниковия ефект

Основните елементи на процеса, чрез който се произвежда парниковият ефект са Слънцето, Земята и атмосферните газове. Слънцето е източник на енергия, Земята приемник на тази енергия и излъчвател на топлина и газове играят различни роли според свойствата си.

Слънчева енергия

Слънцето по същество излъчва високоенергийно излъчване, тоест съответстващо на видимите и ултравиолетови дължини на вълните на електромагнитния спектър. Температурата на излъчване на тази енергия достига 6000 ° C, но по-голямата част от нея се разсейва по пътя.

От 100% от слънчевата енергия, която достига до атмосферата, около 30% се отразява на космическото пространство (албедо ефект). 20% се абсорбира от атмосферата, главно от суспендирани частици и озоновия слой, а останалите 50% затоплят земната повърхност. Този видеоклип отразява този процес:

Земята

Както всяко тяло, Земята излъчва радиация, която в случая е дълговълнова радиация (инфрачервена). Инфрачервеното излъчване, излъчвано от Земята, идва от нажежаемия център (геотермална енергия), но температурата на емисиите е ниска (почти 0 ºC).

Земята обаче получава слънчева енергия, която също я загрява и излъчва допълнително инфрачервено лъчение.

От друга страна, Земята отразява важна част от слънчевата радиация поради своето албедо (светлинен тон или белота). Това албедо се дължи главно на облаци, водни тела и лед.

Имайки предвид албедото и разстоянието от планетата до Слънцето, температурата на Земята трябва да бъде -18 ºC (ефективна температура). Ефективната температура се отнася до това, което тялото трябва да има само като се има предвид албедото и разстоянието.

Реалната средна температура на Земята обаче е около 15ºC с разлика от 33ºC спрямо ефективната температура. В тази подчертана разлика между действителната и ефективната температура атмосферата играе основна роля.

Атмосферата

Ключът към температурата на Земята е нейната атмосфера, ако не съществуваше, планетата би била замразена за постоянно. Атмосферата е прозрачна за голяма част от радиацията на късите вълни, но не и за голяма част от дълговълновата (инфрачервената) радиация.

Пропускайки слънчева радиация, Земята се загрява и излъчва инфрачервено лъчение (топлина), но атмосферата абсорбира част от тази топлина. По този начин слоевете на атмосферата и облаците се нагряват и отделят топлина във всички посоки.

Парников ефект

Процесът на глобално затопляне чрез атмосферно задържане на инфрачервено лъчение е това, което е известно като парников ефект.

Оранжерия в Kew Gardens (Англия). Източник:

Името идва от земеделските оранжерии, където се отглеждат видове, които изискват по-висока температура от съществуващата в производствената зона. За това тези отглеждани къщи имат покрив, който позволява преминаването на слънчевата светлина, но задържа излъчената топлина.

По този начин е възможно да се създаде топъл микроклимат за онези видове, които го изискват в своя растеж.

Причини

Въпреки че парниковият ефект е естествен процес, той се променя от човешкото действие (антропно действие). Затова е необходимо да се разграничат естествените причини за явлението и антропните изменения.

- Естествени причини

Слънчева енергия

Кратковълно (високоенергийно) електромагнитно излъчване от Слънцето е това, което загрява земната повърхност. Това нагряване причинява излъчването на дълговълнова (инфрачервена) радиация, тоест топлина, в атмосферата.

Геотермална енергия

Центърът на планетата е с нажежаема жичка и генерира допълнителна топлина от тази, причинена от слънчевата енергия. Тази топлина се предава през земната кора главно чрез вулкани, фумароли, гейзери и други горещи извори.

Атмосферна композиция

Свойствата на газовете, които изграждат атмосферата, определят, че слънчевата радиация достига до Земята и че инфрачервеното лъчение се задържа частично. Някои газове като водна пара, CO2 и метан са особено ефективни при задържане на атмосферна топлина.

Естествен принос на парникови газове

Тези газове, които задържат инфрачервено лъчение от затопляне на земната повърхност, се наричат ​​парникови газове. Тези газове се произвеждат естествено като CO2, който се допринася от дишането на живите същества.

Океаните също обменят големи количества CO2 с атмосферата, а природните пожари също допринасят за CO2. Океаните са естествен източник на други парникови газове като азотен оксид (NOx).

От друга страна, микробната активност в почвите също е източник на CO2 и NOx. Освен това храносмилателните процеси на животни допринасят големи количества метан в атмосферата.

- Антропогенни причини

Производство на топлина

Човешките дейности не само допринасят за газове, които увеличават парниковия ефект, но също така осигуряват допълнителна топлина. Част от подадената топлина идва от изгарянето на изкопаеми горива, а друга от намаляването на ефекта албедо.

Разпределение на температурата на земната повърхност. Източник:

Последното се дължи на по-голямото усвояване на слънчевата енергия от тъмни изкуствени повърхности като асфалт. Различни проучвания показват, че големите градове генерират нетен вход на топлина между 1,5 и 3 ° C.

Промишлени дейности

По принцип индустрията отделя допълнителна топлина в атмосферата, както и различни газове, които влияят на парниковия ефект. Тези газове могат да абсорбират и отделят топлина (напр.: CO2) или да унищожат озоновия слой (например: NOx, CFC и други).

Автомобилен трафик

Големите концентрации на превозни средства в градовете са отговорни за по-голямата част от CO2, добавен в атмосферата. Автомобилният трафик допринася около 20% от общия CO2, генериран от изгарянето на изкопаеми горива.

Производство на електричество и отопление

Изгарянето на въглища, газ и петролни производни за производството на електричество и отопление допринася почти 50% от CO2.

Преработваща и строителна индустрия

Заедно тези индустриални дейности допринасят почти 20% от CO2, произведен чрез изгаряне на изкопаеми горива.

горски пожари

Горските пожари също са причинени от човешки дейности и ежегодно изпускат милиони тонове парникови газове в атмосферата.

Изхвърляне на отпадъци

Натрупването на отпадъци и процесите на ферментация, които протичат, както и изгарянето на тези отпадъци са източник на парникови газове.

Земеделие

Селскостопанската дейност допринася повече от 3 милиона метрични тона метанов газ годишно в атмосферата. Сред културите, които допринасят най-много в това отношение, е оризът.

В случая с ориза приносът на метан идва от екосистемата, генерирана от неговата система за отглеждане. Това е така, защото оризът се засажда в лист вода, като по този начин се създава изкуствено блато.

В блатата бактериите разграждат органичната материя при анаеробни условия, произвеждайки метан. Тази култура може да допринесе до 20% от метана, който се инжектира в атмосферата.

Друга култура, чието управление генерира парникови газове, е захарната тръстика, тъй като тя се изгаря преди прибиране на реколтата и произвежда голямо количество CO2.

Преживен добитък

Преживни животни като кравите консумират влакнеста трева чрез ферментационни процеси, извършвани от бактерии в храносмилателната им система. Споменатата ферментация отделя 3 до 4 литра метан в атмосферата всеки ден за всяко животно.

Само като се има предвид добитък, се изчислява принос, равен на 5% парникови газове.

- Верижна реакция

Увеличаването на глобалната температура, което причинява увеличаването на парниковите газове, предизвиква верижна реакция. С повишаването на температурата на океаните, отделянето на CO2 в атмосферата се увеличава.

По същия начин, топенето на стълбовете и вечната слана освобождава CO2, който е бил в капан там. Също така при по-високи температури на околната среда има по-голяма поява на горски пожари и се отделя повече CO2.

Парникови газове

Някои газове като водна пара и CO2 действат в естествения процес на парниковия ефект. От своя страна, антропичният процес включва и други газове в допълнение към CO2.

Криви на глобалната тенденция за натрупване на различни парникови газове. Източник: Gases_de_efecto_invernadero.png: DouglasGreenderivative work: Ortisa (беседа) производна работа: Ortisa

Протоколът от Киото обмисля емисиите на шест парникови газове, включително въглероден диоксид (CO2) и метан (CH4). Също така, азотен оксид (N2O), хидрофлуоровъглерод (HFC), перфлуориран въглеводород (PFC) и серен хексафлуорид (SF6).

Водна пара

Водната пара е един от най-важните парникови газове заради способността си да абсорбира топлината. Равновесието обаче се генерира, защото водата в течно и твърдо състояние отразява слънчевата енергия и охлажда Земята.

Въглероден диоксид (CO2)

Въглеродният диоксид е основният дълговечен парников газ в атмосферата. Този газ е отговорен за 82% от увеличението на парниковия ефект, което се случи през последните десетилетия.

През 2017 г. Световната метеорологична организация отчете глобална концентрация на CO2 от 405,5 ppm. Това представлява увеличение с 146% спрямо нивата, изчислени за преди 1750 г. (преди индустриалната ера).

Метан (СН

Метанът е вторият по важност парников газ, допринасящ за около 17% от затоплянето. 40% метан се произвежда от природни източници, предимно влажни зони, докато останалите 60% се генерират от човешки дейности.

Сред тези дейности са отглеждането на преживни животни, отглеждането на ориз, експлоатацията на изкопаеми горива и изгарянето на биомаса. През 2017 г. атмосферният CH4 достигна концентрация от 1859 ppm, което е 257% по-високо от прединдустриалното ниво.

Азотни оксиди (NOx)

NOx допринасят за унищожаването на стратосферния озон, увеличавайки количеството на ултравиолетовото лъчение, което прониква в Земята. Тези газове произхождат от промишленото производство на азотна киселина и адипинова киселина, както и от използването на торове.

До 2017 г. тези газове достигат атмосферна концентрация от 329,9 ppm, което е равно на 122% от нивото, изчислено за прединдустриалната ера.

Въглеводороди (HFC)

Тези газове се използват в различни индустриални приложения за заместване на CFC. HFCs обаче влияят и на озоновия слой и имат много висока активност в атмосферата.

Перфлуориран въглеводород (PFC)

PFC се произвеждат в съоръжения за изгаряне за процеса на топене на алуминий. Подобно на HFC, те имат висока постоянство в атмосферата и засягат целостта на стратосферния озонов слой.

Серен хексафлуорид (SF6)

Този газ също има отрицателен ефект върху озоновия слой, както и висока устойчивост в атмосферата. Използва се в оборудване с високо напрежение и в производството на магнезий.

Хлорофлуоровъглеводороди (CFC)

CFC е мощен парников газ, който уврежда стратосферния озон и се регулира съгласно Монреалския протокол. Въпреки това, в някои страни като Китай той все още се използва в различни промишлени процеси.

Какъв е парниковият ефект за живите същества?

- Гранични условия

Животът, както знаем, не е възможен над определени температурни нива. Само някои термофилни бактерии са способни да обитават среда с температура над 100ºC.

Витална температура

По принцип амплитудата на температурните колебания, която позволява по-голямата част от активния живот, варира от -18 ºC до 50 ºC. По същия начин жизнените форми могат да съществуват в латентно състояние при температури от -200 ° C и 110 ° C.

Повечето видове животни и растения имат още по-ограничен диапазон на толерантност към стайна температура.

- Динамичният баланс на температурата

Парниковият ефект е положителен естествен процес за живота на планетата, тъй като гарантира жизненоважния диапазон на температурата. Но това е така, стига да се поддържа правилния баланс между вложената слънчева енергия и изхода на инфрачервеното лъчение.

Балансът

Балансът е гарантиран, защото природата произвежда почти толкова парникови газове, колкото обездвижва. Океанът произвежда около 300 гигатона CO2, но абсорбира малко повече.

По същия начин растителността произвежда около 440 гигатона CO2, в същото време, че фиксира около 450.

Последствия от парниковия ефект поради замърсяване

Антропното замърсяване допринася за допълнителни количества парникови газове, нарушавайки естествения динамичен баланс. Въпреки че тези суми са много по-малко от тези, генерирани от природата, те са достатъчни, за да нарушат този баланс.

Това има сериозни последици за планетарния топлинен баланс и от своя страна за живота на Земята.

Глобално затопляне

Увеличаването на концентрацията на парникови газове генерира повишаване на средната глобална температура. В действителност средната глобална температура се изчислява да се е повишила 1,1 ° C от преди индустриалната ера.

От друга страна, бе посочено, че периодът от 2015 г. до 2019 г. е най-горещият в момента досега.

Топене на леда

Повишаването на температурата води до топенето на полярния лед и ледниците по целия свят. Това предполага повишаване на морското равнище и промяна на морските течения.

Изменението на климата

Въпреки че няма пълно съгласие относно процеса на изменение на климата в резултат на глобалното затопляне, реалността е, че климатът на планетата се променя. Това се доказва в промяната на морските течения, моделите на вятъра и валежите, наред с други аспекти.

Популационни дисбаланси

Промяната на местообитанията поради повишаване на температурата влияе на популацията и биологичното поведение на вида. В някои случаи има видове, които увеличават популациите си и разширяват обхвата си на разпространение.

Обаче тези видове, които имат много тесни температурни граници за растеж и размножаване, могат значително да намалят популациите им.

Намаляване на производството на храни

В много селскостопански и животински райони производството се намалява, тъй като видовете са засегнати от повишаването на температурата. От друга страна, екологичните промени водят до размножаване на селскостопански вредители.

Общественото здраве

Преносими болести

С увеличаването на средната планетарна температура някои животни с вектори на болестта разширяват своя географски обхват. По този начин случаите на тропически болести се срещат извън естествения им обхват.

шок

Повишаването на температурата може да доведе до така наречения термичен шок или топлинен удар, което предполага изключително дехидратация. Тази ситуация може да причини сериозна недостатъчност на органите, особено засягащи децата и възрастните хора.

Превенция и решения

За да се предотврати увеличаването на парниковия ефект, е необходимо да се намалят емисиите на газовете, които го причиняват. Това изисква мерки, които варират от обществената осведоменост, чрез националното и международното законодателство, до технологичните промени.

Според Междуправителствения комитет по изменението на климата (IPCC) обаче не е достатъчно да се намалят емисиите. Освен това е необходимо да се намали настоящата концентрация на парникови газове в атмосферата, за да се спре глобалното затопляне.

В този смисъл решение е увеличаване на растителната покривка за фиксиране на атмосферния CO2. Друго е прилагането на технологични системи за филтриране на въздуха за извличане на CO2 и фиксирането му в промишлени продукти.

Досега усилията за постигане на международни споразумения като Протокола от Киото не постигнаха целите си. От друга страна, технологичните разработки за извличане на атмосферен CO2 са само на ниво прототип.

Предотвратяване

За да се предотврати увеличаване на парниковия ефект, е необходимо да се намали производството на парникови газове. Това предполага поредица от действия, които включват развитие на гражданска съвест, законодателни мерки, технологични промени.

осъзнаване

Гражданите, които са наясно с проблема с глобалното затопляне, генериран от увеличаването на парниковия ефект, са от основно значение. По този начин се осигурява необходимия социален натиск, така че правителствата и икономическите сили да предприемат необходимите мерки.

Правна рамка

Основното международно споразумение за справяне с проблема с производството на парникови газове е Протоколът от Киото. Засега обаче този правен инструмент не е ефективен за намаляване на степента на емисии на парникови газове.

Някои от основните индустриализирани страни с по-високи нива на емисии не подписаха удължаването на протокола за втория си мандат. Следователно е необходима по-строга национална и международна правна рамка, за да се постигне реален ефект.

Технологични промени

Необходимо е реинженеринг на индустриалните процеси за намаляване на емисиите на парникови газове. По същия начин е необходимо да се насърчава използването на възобновяеми енергийни източници и да се намали използването на изкопаеми горива.

От друга страна, от основно значение е да се намали производството на замърсяващи отпадъци като цяло.

Solutions

Според експертите не е достатъчно да се намалят емисиите на парникови газове, необходимо е също да се намалят текущите концентрации в атмосферата. За това са предложени различни алтернативи, които могат да използват много прости или сложни технологии.

Въглеродни мивки

За това се препоръчва увеличаване на покритието на горите и джунглите, както и прилагане на стратегии като зелени покриви. Растенията фиксират атмосферния CO2 в растителните си структури, извличайки го от атмосферата.

Помпи за извличане на въглерод

Досега извличането на CO2 от атмосферата е скъпо от енергийна гледна точка и има високи икономически разходи. Изследванията обаче продължават, за да се намерят ефективни начини за филтриране на въздуха и отстраняване на CO2.

Едно от тези предложения вече е във фазата на пилотния завод и се разработва от университетите в Калгари и Карнеги Мелън. Това растение използва разтвор на калиев хидроксид като капан за вода и каустичен калций, през който се филтрира въздухът.

При този процес съдържащият се във въздуха CO2 се задържа, образувайки калциев карбонат (CaCO3). Впоследствие калциевият карбонат се нагрява и се отделя CO2, като се получава полученият пречистен CO2 за промишлени цели.

Библиографски справки

1. Болин, Б. и Doos, BR Парников ефект.
2. Кабалеро, М., Лозано, С. и Ортега, Б. (2007). Парников ефект, глобалното затопляне и изменението на климата: перспектива за науката за земята. Университетско цифрово списание.
3. Carmona, JC, Bolívar, DM и Giraldo, LA (2005). Газ метан в животновъдството и алтернативи за измерване на емисиите му и намаляване на въздействието му върху околната среда и производството. Колумбийско списание за науките за животновъдството.
4. Elsom, DM (1992). Атмосферното замърсяване: глобален проблем.
5. Martínez, J. и Fernández, A. (2004). Климатични промени: гледка от Мексико.
6. Schneider, SH (1989). Парниковият ефект: наука и политика. Science.