Вуглекислий газ в атмосфері землі досяг найвищої концентрації. Чому рівень CO2 в атмосфері так стривожив вчених? Який має бути вміст со2 в атмосфері
У вересні 2016 року концентрація вуглекислого газу в атмосфері Землі подолала психологічно значиму позначку 400 ppm (частка на мільйон). Це робить сумнівними плани розвинутих країн щодо недопущення підвищення температури на Землі більш ніж на 2 градуси.
Глобальне потепління – це підвищення середньої температури кліматичної системи Землі. За період з 1906 по 2005 рік середня температура повітря біля поверхні планети зросла на 0,74 градуси, причому темпи зростання температури в другій половині століття приблизно вдвічі вищі, ніж за період загалом. За весь час спостережень найспекотнішим вважається 2015 рік, коли всі температурні показники на 0,13 градуси перевищили показники 2014 року — попереднього рекордсмена. У різних частинах земної кулі температури змінюються по-різному. З 1979 року температура над сушею виросла вдвічі більша, ніж над океаном. Пояснюється це тим, що температура повітря над океаном зростає повільніше через його велику теплоємність.
Рух вуглекислого газу в атмосфері
Основною причиною глобального потепління є діяльність людини. Непрямими методами дослідження було показано, що до 1850 протягом однієї або двох тисяч років температура залишалася відносно стабільною, правда з деякими регіональними флуктуаціями.
Таким чином, початок кліматичних змін практично збігається з початком промислової революції у більшості західних країн. Основною причиною на сьогоднішній день вважаються викиди парникових газів. Справа в тому, що частина енергії, яку планета Земля отримує від Сонця, перевипромінюється у космічний простір у вигляді теплового випромінювання.
Парникові гази ускладнюють цей процес, частково поглинаючи тепло та утримуючи його в атмосфері.
Додавання в атмосферу парникових газів веде до ще більшого розігріву атмосфери та зростання температури на поверхні планети. Основні парникові гази в атмосфері Землі - це вуглекислий газ (СО2) та метан (СН4). В результаті промислової діяльності людства у повітрі зростає концентрація саме цих газів, що призводить до щорічного зростання температури.
Оскільки потепління клімату загрожує буквально всьому людству, у світі неодноразово вживаються спроби взяти цей процес під контроль. До 2012 року основною мировою угодою про протидію глобальному потеплінню був Кіотський протокол.
Він охоплював понад 160 країн світу та покривав 55% світових викидів парникових газів. Однак після закінчення першого етапу Кіотського протоколу країни-учасники не змогли домовитися про подальші дії. Частково складання другого етапу договору завадило те, що багато учасників уникають застосування бюджетного підходу для визначення своїх зобов'язань щодо емісії СО 2 . Емісійний бюджет СО 2 — кількість викидів за певний період часу, який розраховується із температури, яку учасники не повинні перевищити.
Згідно з рішеннями, прийнятими в Дурбані, жодна кліматична угода, що зобов'язує, не діятиме до 2020 року, незважаючи на необхідність терміново докласти зусиль зі скорочення емісії газу і знизити викиди. Дослідження показують, що в даний час єдиною можливістю забезпечити «розумну ймовірність» обмеження потепління завбільшки 2 градуси (що характеризує небезпечну зміну клімату), буде обмеження економік розвинених країн та їх перехід до стратегії антиросту.
І ось у вересні 2016 року, за даними обсерваторії Мауна-Лоа, подолали черговий психологічний бар'єр емісії парникового газу СО 2 — 400 ppm (часткою на мільйон). Потрібно сказати, що ця величина багаторазово перевищувалась і раніше,
Проте вересень зазвичай вважається місяцем із найнижчою концентрацією СО 2 у Північній півкулі.
Пояснюється це тим, що зелена рослинність встигає за літо поглинути кілька парникового газу з атмосфери, перш ніж листя з дерев опаде і частина СО 2 повернеться назад. Тому якщо психологічно важливий поріг у 400 ppm був перевищений саме у вересні, то, швидше за все, щомісячні показники вже ніколи не будуть нижчими від цього значення.
«Чи можливо, що у жовтні цього року концентрація знизиться порівняно із вереснем? Цілком виключено,
— пояснює у своєму блозі Ральф Кілінг, співробітник Скрипсівського інституту океанографії Сан-Дієго. — Короткочасне падіння рівня концентрації можливе, але усереднені за місяць величини тепер завжди перевищуватимуть 400 ppm».
Також Кілінг відзначає, що тропічні циклони можуть знизити рівень концентрації СО 2 на короткий час. З ним погоджується і Гевін Шмідт, головний кліматолог: «У кращому випадку очікується певний баланс, і рівень СО 2 не зростатиме занадто швидко. Але, на мою думку, СО 2 вже ніколи не впаде нижче за 400 ppm».
Згідно з прогнозом, до 2099 року концентрація СО 2 на Землі дорівнюватиме 900 ppm, що становитиме близько 0,1% від усієї атмосфери нашої планети. В результаті середня денна температура в таких містах, як Єрусалим, Нью-Йорк, Лос-Анджелес та Мумбаї, буде близько +45°C. У Лондоні, Парижі та Москві влітку температура перевищуватиме +30°C.
Вуглекислий газ в атмосфері
Вуглекислий газ(СО2) в атмосфері Землі проходить шлях, що віддалено нагадує відомий усім з дитинства кругообіг води в природі. Сенс його зводиться до того, що СО2 з'являється у повітрі внаслідок природних та техногенних процесів, а потім частиною видаляється з атмосфери, а частиною накопичується у її верхніх шарах та впливає на клімат.
Розподіл СО2 у атмосфері Землі
Протягом багатьох століть до початку промислової революції основними джерелами освіти СО2 служили природні процеси: виверження вулканів, розкладання органіки, лісові пожежі та дихання тварин. Але з середини XVIII в. на вміст СО2 у повітрі починає відчутно впливати промислова діяльність людини, насамперед ті її види, які пов'язані зі спалюванням викопного палива (нафта, вугілля, сланці, природний газ та ін.) та виробництвом цементу. На частку припадає близько 75% антропогенної емісії СО2. За решту 25% відповідальне землекористування, зокрема, активне зведення лісів.
Видалення частини СО2 з повітря відбувається за рахунок його розчинення в океані та поглинання рослинами. Втім, рослини не лише поглинають вуглекислий газ, а й випускають його: у процесі дихання вони так само, як і люди, «вдихають» кисень і «видихають» СО2. Так що вуглекислий газ присутній в атмосфері завжди, питання тільки в тому, якою є його кількість.
За останні десятиліття зміст СО2 зростає швидше, ніж будь-коли раніше за час документальної історії. У 1750 р. концентрація СО2 в атмосфері становила близько 270 ppm і лише через двісті з гаком років, до 1958 р., «доповзла» до позначки 320 ppm. Ще п'ятдесят років – і стрибок на цілих 60 пунктів: у 2005 р. вміст СО2 в атмосфері становив 380 ppm. У 2010 р. – вже 395 ppm. А нещодавно вчені повідомили, що вміст вуглекислого газу перевищив 400 ppm і назад в найближчому майбутньому не повернеться. Схоже, настав час переписувати енциклопедії.
Між іншим, в історії Землі бували періоди з значно більшим вмістом вуглекислого газу. Чотири мільярди років тому атмосфера нашої юної планети містила цілих 90% СО2. Щоправда, життя тоді ще не зародилося: кисню взагалі не було. 2,5 мільярди років тому з'явилися рослини і все налагодилося.
Потрібно сказати, що позначка 400 ppm долалася і раніше. Зміст СО2 у атмосфері змінюється протягом року, досягаючи максимуму травні. Отже, весняно-літнє підвищення концентрації вуглекислого газу не викликало побоювань вчених. У травні 2015 року навіть в Антарктиці рівень СО2 досяг 400 ppm, чого не траплялося 4 мільйони років! Зате у вересні традиційно спостерігається найнижчий у році вміст СО2 в атмосфері. Тому вересневе подолання позначки 400 ppm наочніше свідчить про неконтрольоване зростання кількості вуглекислого газу в повітрі.
Вуглекислий газ і ми
Що з нами буде в цьому «новому чотириста-піпіемовому світі», як встигла назвати нашу планету західна преса? Можна відповісти двома словами: глобальне потепління.
Глобальне потепління почалося вже давно, і воно пов'язане з вмістом вуглекислого газу в атмосфері. Справа в тому, що СО2 – не просто газ, а парниковий газ. СО2 надзвичайно інертний, він неохоче входить у реакції з іншими хімічними елементами. За рахунок цього він накопичується в атмосфері Землі, де утримує теплове випромінювання з її поверхні та перешкоджає його поверненню до космічного простору. У цьому полягає парниковий ефект.
Парниковий ефект настільки міцно пов'язаний у нашій свідомості із глобальним потеплінням, що зазвичай асоціюється з чимось негативним. А тим часом саме парниковому ефекту ми зобов'язані комфортним життям на Землі. Без парникових газів (крім СО2 до них відносяться водяна пара, метан та озон) середня температура на планеті становила б -15 ° С, а не +15 ° С, як зараз.
Але неконтрольоване підвищення вмісту парникових газів призводить до посилення парникового ефекту, а той у свою чергу – до глобального потепління. Про нього чули всі і нерідко ставляться до нього з іронією, а іноді й підозрою: чи це не змова виробників екопалива? Справа в тому, що ми ніби не бачимо жодних ознак глобального потепління у повсякденному житті.
Справді, глобальне потепління – повільний процес. Гренландія не розтане ні завтра, ні післязавтра, ні навіть за сто років. Не буде жодної гігантської хвилі, що змиває Нью-Йорк, як у фільмах-катастрофах. Його затопить поступово: місту доведеться відступити під натиском океану, що піднімається. Маленькі тихоокеанські острови зникнуть з лиця Землі (точніше, моря). Вологі регіони стануть ще вологішими, а посушливі – ще сухішими. У перших будуть розмножуватися комахи-переносники захворювань, у других почнеться гостра нестача продовольства і питної води. Приплив прісних льодовикових вод в океан змінить курс теплих та холодних течій, що загрожує похолоданнями у Північній півкулі та ураганами по всій планеті. Далі можна не продовжувати: навіть якщо мала частина цих прогнозів справдиться, людству доведеться непросто.
А поки що середньорічна температура по світу вже третій рік поспіль б'є рекорди. 2016 називають найспекотнішим за останні 150 років. Вчені встановили, що атмосфера Землі потепліла на 1,45 ° С у порівнянні з доіндустріальним періодом. Цифра може здатися нікчемною, але цього більш ніж достатньо, щоб розтопити криги.
Дивіться самі:
Танення льодів (фото NASA)
Діяльність людини досягла вже таких масштабів, що загальний вміст вуглекислого газу в атмосфері Землі досяг гранично допустимих значень. Природні системи - суша, атмосфера, океан, що знаходяться під руйнівним впливом.
Важливі факти
Наприклад, до них відносяться фторхлорвуглеводні. Ці домішки газів випромінюють та поглинають сонячну радіацію, що відбивається на кліматі планети. У сукупності СО 2 інші газоподібні сполуки, що виявляються в атмосфері, називають парниковими газами.
Історична довідка
Він попереджав про те, що збільшення обсягів палива, що спалюється, може призвести до порушення радіаційного балансу Землі.
Сучасні реалії
Сьогодні більша кількістьдіоксиду вуглецю в атмосферу надходить при спалюванні палива, а також у зв'язку з тими змінами, що відбуваються в природі через вирубку лісових угідь, збільшення площ сільськогосподарських угідь.
Механізм впливу діоксиду вуглецю на живу природу
Підвищення вмісту вуглекислого газу атмосфері викликає парниковий ефект. Якщо при короткохвильовій сонячній радіації оксид вуглецю (IV) прозорий, то довгохвильову радіацію він поглинає, випромінюючи енергію в усіх напрямках. Внаслідок цього вміст вуглекислого газу в атмосфері істотно збільшується, нагрівається поверхня Землі, гарячими стають нижні шари атмосфери. При подальшому збільшенні кількості діоксиду вуглецю можлива глобальна зміна клімату.
Саме тому важливо прогнозувати загальний вміст вуглекислого газу атмосфері Землі.
Джерела влучення в атмосферу
У тому числі можна назвати промислові викиди. Зміст вуглекислого газу атмосфері зростанням у зв'язку з антропогенними викидами. Економічне зростання безпосередньо залежить від кількості спалюваних природних копалин, оскільки багато виробництв є енерговитратними підприємствами.
Результати статистичних досліджень свідчать, що з кінця минулого століття у багатьох країнах відбувається зниження питомих витрат енергії за істотного зростання цін на електроенергію.
Ефективне її використання досягається завдяки модернізації технологічного процесу, транспортних засобів, використанню нових технологій у будівництві виробничих цехів. Деякі розвинені промислові країни перейшли від розвитку переробної та сировинної галузі до розвитку тих напрямів, що займаються виготовленням кінцевого продукту.
У великих мегаполісах, що мають серйозну виробничу базу, викиди діоксиду вуглецю в атмосферу істотно вищі, оскільки СО 2 часто є побічним продуктом галузей, діяльність яких задовольняє запити освіти, медицини.
У країнах, що розвиваються, істотне зростання використання високоякісного палива на 1 жителя вважається серйозним фактором для переходу на більш високий рівень життя. В даний час висувається ідея, згідно з якою продовження економічного зростання і підвищення рівня життя можливе без збільшення кількості палива, що спалюється.
Залежно від регіону вміст вуглекислого газу атмосфері становить від 10 до 35 %.
Зв'язок між споживаною енергією та викидами СО2
Почнемо з того, що енергія не виробляється заради її отримання. У розвинених промислових країнах більша її частина використовується в промисловості, для обігріву та охолодження будівель, для транспорту. Дослідження, проведені великими науковими центрами, показали, що з використанні енергозберігаючих технологій можна отримати істотне зниження викидів вуглецю в земну атмосферу.
Наприклад, ученим вдалося порахувати, що якби США перейшли на менш енергоємні технології при виробництві товарів народного споживання, це дозволило б знизити кількість вуглекислого газу, що потрапляє в атмосферу, на 25%. У масштабах земної кулі це дозволило знизити проблему парникового ефекту на 7 %.
Вуглець у природі
Аналізуючи проблему, що стосується викидів діоксиду вуглецю в атмосферу Землі, відзначимо, що вуглець, що входить до його складу, є життєво важливим для існування біологічних організмів. Його здатність утворювати складні вуглецеві ланцюжки (ковалентні зв'язки) призводить до появи білкових молекул, необхідні життя. Біогенний цикл вуглецю є складним процесом, оскільки до нього входить не просто функціонуванням живих істот, а й перенесення неорганічних сполук між різними резервуарами вуглецю, а також усередині них.
До них відноситься атмосфера, континентальна маса, у тому числі ґрунти, а також гідросфера, літосфера. Протягом двох останніх століть у системі біофера-атмосфера-гідросфера спостерігаються зміни потоків вуглецю, який за своєю інтенсивністю суттєво перевищують швидкість протікання геологічних процесів перенесення даного елемента. Саме тому потрібно обмежуватись розглядом взаємовідносин усередині системи, включаючи і ґрунт.
Серйозні дослідження щодо визначення кількісного вмісту вуглекислого газу в земній атмосфері стали проводитися з середини минулого століття. Першопрохідником у таких обчисленнях став Кіллінг, який працює у відомій обсерваторії Мауна-Лоа.
Аналіз спостережень показав, що на зміни концентрації діоксиду вуглецю в атмосфері впливає цикл фотосинтезу, деструкція рослин на суші, а також річна зміна температури у Світовому океані. У ході експериментів вдалося з'ясувати, що кількісний вміст вуглекислого газу в північній півкулі значно вищий. Вчені припустили, що це пов'язано з тим, що більшість антропогенного надходження припадає саме на цю земну півкулю.
Для проведення аналізу були взяті без спеціальних методик, крім того, не враховувалася відносна та абсолютна похибка обчислень. Завдяки аналізу бульбашок повітря, що містилися у льодовикових кернах, дослідникам вдалося встановити дані щодо вмісту у земній атмосфері вуглекислого газу в діапазоні 1750-1960 рр.
Висновок
Протягом останніх століть відбулися суттєві зміни у континентальних екосистемах, що спричинило збільшення антропогенного впливу. При підвищенні кількісного вмісту вуглекислого газу в атмосфері нашої планети зростає парниковий ефект, що негативно впливає на існування живих організмів. Саме тому важливо переходити на енергозберігаючі технології, які дозволяють знижувати надходження СО2 в атмосферу.
