A парниковый газ (иногда сокращенно GHG ) - это газ, который поглощает и выделяет лучистая энергия в диапазоне теплового инфракрасного. Парниковые газы вызывают на планетах парниковый эффект. Основными парниковыми газами в атмосфере Земли являются водяной пар (H. 2O ), диоксид углерода (CO. 2), метан (CH. 4), закись азота (N. 2O) и озон (O3 ). Без парниковых газов средняя температура поверхности Земли составила бы около -18 ° C (0 ° F), а не нынешнее среднее значение 15 ° C (59 ° F). Атмосфера Венеры, Марса и Титана также содержит парниковые газы.
Деятельность человека с начала промышленной революции (1750 года) привела к увеличению концентрации двуокиси углерода в атмосфере с 280 на 45%. ppm в 1750 году до 415 ppm в 2019 году. Последний раз углекислого газа в атмосфере был такой высокой более 3 миллионов лет назад. Это происходит через поглощающие более половины химических веществ «поглотители», участвующие в углеродном цикле.
Подавляющее большинство антропогенных выбросов углекислого газа происходит от сжигание ископление топливо, в основном угля, нефть (включая нефть ) и природного газа, с дополнительным вкладом в результате вырубки лесов и других изменений в землепользовании. Основным источником антропогенных выбросов метана является сельское хозяйство, за которым следуют выбросы газа и неорганизованные выбросы от ископаемого топлива. Традиционное выращивание риса является вторым по величине метана в сельском хозяйстве после животноводства, краткосрочным воздействием потепления, эквивалентным выбросам углекислого газа от всей авиации.
При нынешних темпах выбросов температуры могут увеличиться на 2 ° C (3,6 ° F), который ООН 'Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) определила как верхний предел для предотвращения «опасности» уровней к 2036 г..
Основные составляющие атмосферы Земли, азот (N. 2) (78%), кислород (O. 2) (21%) и аргон (Ar) (0,9%), не имеют заряда два атома одного и того же элемента, например, N. 2и O. 2, не имеют чистого изменения в распределение их электрических электрических элементов, когда они вибрируют, и одноатомные газы, такие как Ar, не имеют режима колебаний. Следовательно, они почти полностью не подвержены воздействию инфракрасного излучения. Некоторые молекулы, содержащие всего два атома различных элементов, такие как оксид углерода (CO) и хлористый водород (HCl), действительно поглощают инфракрасное излучение, но эти молекулы недолговечны в атмосфере из-за их реакционной способности или растворимости. Следовательно, они не вносят значительного вклада в парниковый эффект и часто не учитываются при обсуждении парниковых газов.
Парниковые газы - это те газы, которые поглощают и испускают инфракрасное излучение в диапазоне длин волн, излучаемых Землей. Углекислый газ (0,04%), закись азота, метан и озон - это следовые газы, которые составляют почти одну десятую 1% атмосферы Земли и имеют заметный парниковый эффект.
Итак, самые распространенные парниковые газы в Атмосфера Земли:
Концентрации в атмосфере безопасности балансом между источниками (выбросы газа в результате деятельности и собственных ресурсов) и Поглотителями (удаление газа из атмосферы путем преобразования в другое химическое соединение или соединение водными объектами). Доля выбросов, остающихся в атмосфере по прошествии определенного времени, равна «воздушной фракции » (AF). По состоянию на 2006 год годовая доля переносимых выбросов парниковых газов увеличилась со скоростью 0,25 ± 0,21. % в год за период 1959–2006 гг.
Некоторые газы обладают альтернативным радиационным эффектом (независимо от того, являются ли они парниковыми газами самими собой). Это происходит двумя способами. Один из способов заключается в том, что, когда они распадаются в атмосфере, они производят еще один парниковый газ. Например, метан и монооксид углерода (CO) окисляются с образованием диоксида углерода (при окислении метана также образуется водяной пар). Окисление CO до CO. 2 непосредственно приводит к однозначному увеличению радиационного воздействия, хотя причина не столь очевидна. Пик теплового ИК-излучения от поверхности Земли очень близок к полосе сильного колебательного элемента CO. 2 (длина волны 15 микрон, или волновое число 667 см). С другой стороны, одиночная колебательная полоса CO поглощает ИК-излучение только на гораздо более коротких длинахх (4,7 микрон, или 2145 см), когда излучение лучистой энергии с поверхности Земли по крайней мере в десять раз меньше. Окисление метана до CO. 2, которое требует реакции с радикалом ОН, приводит к более слабому снижению выбросов и эмиссии излучения, поскольку CO. 2 является более слабым парниковым газом, чем метан. Однако окисления СО и СН. 4переплетены, поскольку оба потребляют радикалы ОН. В любом случае включает расчет общего радиационного воздействия как прямое, так и косвенное воздействие.
Второй тип косвенного эффекта происходит, когда химические реакции в атмосфере вызывают эти газы изменяют концентрацию парниковых газов. Например, разрушение неметановых летучих соединений (НМЛОС) в атмосфере может привести к образованию озона. Величина косвенного эффекта может сильно зависеть от того, где и когда происходит выброс газа.
Метан оказывает влияние в дополнение к образованию CO. 2. Основным химическим веществом вступает в реакцию с метаном в атмосфере, является гидроксильный радикал (OH), поэтому большее количество метана означает, что OH снижается. По сути, метан увеличивает время жизни в атмосфере и, следовательно, его общий радиационный эффект. Окисление метана может быть как озон, так и воду; и является обычно средством водяного пара в сухой стратосфере. CO и НМЛОС окислители выделяют CO. 2. Они удаляют ОН из атмосферы, и это приводит к более высокой концентрации метана. Удивительным эффектом этого глобального потепления CO в три раза выше, чем у CO. 2. Тот же, который преобразует НМЛОС в двуокись углерода, может также привести к образованию тропосферного озона. Галоидоуглероды имеют косвенный эффект, потому что они разрушают стратосферный озон. Наконец, водород может приводить к образованию озона и увеличению CH. 4, а также к образованию водяного пара в стратосфере.
Основной не -газ, вносящий вклад в парниковый эффект Земли, облака, также поглощают и испускают инфракрасное излучение и, таким образом, соответствующие на излучательные свойства парниковых газов. Облака - это капли воды или кристаллы льда, взвешенные в атмосфере.
Вклад каждого в парниковый эффект газа этого газа, его распространенность и любыми вызываемыми эффектами, которые он может вызвать. Например, прямое радиационное воздействие массы метана примерно в 84 раза сильнее, чем та же масса углекислого газа за 20-летний период времени, но он присутствует в гораздо меньших, так что его общий прямой радиационный эффект до сих пор меньше, отчасти из- за более короткого времени жизни в атмосфере при отсутствии дополнительного связывания углерода. С другой стороны, в дополнение к своему прямому радиационному воздействию, метан оказывает большое косвенное радиационное воздействие, посредством образования озона. Shindell et al. (2005) утверждает, что вклад метана в изменение климата как минимум вдвое предыдущие оценки в этом результате эффекта.
При ранжировании по их прямому вкладу в парниковый эффект наиболее важными являются:
Соединение. | Формула. | Концентрация в. атмосфере (ppm) | Вклад. (%) |
---|---|---|---|
Водяной пар и облака | H. 2O | 10 –50,000 | 36–72% |
Двуокись углерода | CO. 2 | ~ 400 | 9–26% |
Метан | CH. 4 | ~ 1,8 | 4–9% |
Озон | O. 3 | 2 –8 | 3–7% |
при примечания: . Водяной пар сильно изменяется в зависимости от местности. Концентрация в стратосфере. Около 90% озона в атмосфере Земли Содержатся в стратосфере. |
Помимо основных парниковых газов, перечисленных выше, другие парниковые газы включают гексафторид серы, гидрофторуглероды и перфторуглероды (см. список парниковых газов МГЭИК газы ). Некоторые парниковые газы не часто встречаются. Например, трифторид азота имеет высокий потенциал глобального потепления (GWP), но присутствует только в очень малых количествах.
Невозможно утверждать, что специальный газ вызывает точный процент парникового эффекта. Это с тем, что некоторые газы поглощают и излучают излучение на тех же частотах, что и другие такие общие парниковые эффекты не просто суммируют каждого газа. Верхние пределы диапазона диапазона только к каждому газу; нижние концы учитывают перекрытия с другими газами. Кроме того, известно, что некоторые газы, такие как метан, имеют большое косвенное воздействие, все еще оценивается количественно.
Помимо водяного пара, имеет время которое пребывания около девяти дней, основные парниковые газы хорошо перемешаны и уходят из атмосферы через много лет. Хотя сложно точно определить, сколько времени требуется парниковым газам, чтобы покинуть атмосферу, существуют для основных парниковых газов. Джейкоб (1999) определяет время жизни атмосферных разновидностей X в одно- блочной модели как среднее время что молекула X остается в ящике. Математически может быть определено как отношение массы (в кг) к X в поле. к его скорости удаления, которая является суммой расхода X из коробки (), химических потерь X () и отложение X () (все в кг / с): . Если поступление этого газа в коробку прекратится, то по истечении времени его преобразование уменьшится примерно на 63%.
Таким образом, время жизни вида в атмосфере измеряет время, необходимое для восстановления равновесия после внезапного увеличения или концентрации его в атмосфере. Отдельные атомы или молекулы могут быть потеряны или осаждены в поглотителях, таких как почва, океаны и другие воды, или растительность и другие биологические системы, уменьшая избыток до фоновых концентраций. Среднее время, необходимое для достижения этого, составляет средний срок.
Двуокись службы углерода имеет переменный срок службы в атмосфере и не может быть точно указан. Время жизни CO. 2 в атмосфере оценивается в 30–95 лет. Эта цифра учитывает удаление молекул CO. 2 из атмосферы в результате смешивания с океаном, фотосинтеза и других процессов. Однако это исключающие уравновешивающие потоки CO. 2 в атмосфере геологических резервуаров, которые имеют более низкие характеристики скорости. Более половины выброшенного CO. 2 удаляется из атмосферы в течение столетия, некоторая часть (около 20%) выброшенного CO. 2 остается в атмосфере в течение многих тысяч лет. Аналогичные проблемы применимы и к другим парниковым газам, которые имеют более длительный средний срок службы, чем CO. 2, например N2Oимеет средний срок жизни в атмосфере 121 год.
Земля поглощает часть лучистой энергии, полученной от Солнца, отражает часть ее в виде света и отражает или излучает остальную часть обратно в пробел как тепло. Температура поверхности Земли зависит от этого баланса между входящей и исходящей энергией. Если этот энергетический баланс изменяется, поверхность Земли становится теплее или холоднее, что приводит к различным изменениям глобального климата.
Ряд естественных и антропогенных механизмов может повлиять на глобальную энергию уравновешивают и вызывают изменения климата Земли. Парниковые газы - один из таких механизмов. Парниковые газы поглощают и излучают часть исходящей энергии, излучаемой с поверхности Земли, в результате чего это тепло сохраняется в нижних слоях атмосферы. Как объяснялось выше, некоторые парниковые газы остаются в атмосфере в течение десятилетий или даже столетий, следовательно, могут влиять на энергетический баланс Земли в течение длительного периода. Радиационное воздействие количественно определяет (ваттах на квадратный метр) влияние факторов, влияющих на энергетический баланс Земли; в том числе концентраций парниковых газов. Положительное радиационное воздействие приводит к потеплению за счет увеличения чистой энергии поступающей энергии, как отрицательное радиационное воздействие ведет к похолоданию.
Годовой индекс парниковых газов (AGGI) определенным учеными-атмосферниками в NOAA как отношение прямого радиационного воздействия из-за долгоживающих и хорошо смешанных парниковых газов за любой год, для которого существуют адекватные глобальные измерения, к уровню, присутствующему в 1990 году. Эти уровни радиационного воздействия относятся к уровням, присутствующим в 1750 году (т.е. до начало индустриальной эры ). 1990 выбран потому, что это базовый год для Киотского протокола и год публикации первой научной оценки изменения климата МГЭИК. Таким образом, NOAA заявляет, что AGGI «измеряет приверженность, которую (глобальное) общество уже взяло на себя к жизни в изменяющемся климате. Он основан на наблюдениях за атмосферой высочайшего качества из различных мест по всему миру. Его неопределенность очень мала».
Потенциал глобального потепления (GWP) зависит как от эффективности молекулы как парникового газа, так и от времени ее жизни в атмосфере. ПГП измеряется относительно той же массы CO. 2 и оценивается для определенной временной шкалы. Таким образом, если газ имеет высокое (положительное) радиационное воздействие, но также короткое время жизни, он будет иметь большой ПГП в 20-летнем масштабе и небольшой в 100-летнем масштабе. И наоборот, если молекула имеет более продолжительное время жизни в атмосфере, чем CO. 2, ее GWP увеличится с учетом временной шкалы. Углекислый газ определяется как имеющий ПГП, равный 1 для всех периодов времени.
Метан имеет время жизни в атмосфере 12 ± 3 года. В отчете МГЭИК за 2007 г. указано, что GWP составляет 72 на временной шкале 20 лет, 25 - на 100 лет и 7,6 - на 500 лет. Однако анализ 2014 года утверждает, что, хотя первоначальное воздействие метана примерно в 100 раз больше, чем воздействие CO. 2, из-за более короткого времени существования в атмосфере, через шесть или семь десятилетий воздействие двух газов примерно одинаково, и с тех пор относительная роль метана продолжает снижаться. Уменьшение GWP в течение более длительного периода времени объясняется тем, что метан разлагается до воды и CO. 2 в результате химических реакций в атмосфере.
Примеры времени жизни в атмосфере и GWP относительно CO. 2 для нескольких парниковых газов приведены в следующей таблице:
Название газа | Химическое. формула | Срок службы. (лет) | Потенциал глобального потепления (GWP) для данного временного горизонта | ||
---|---|---|---|---|---|
20 лет | 100 лет | 500 лет | |||
Двуокись углерода | CO. 2 | 30–95 | 1 | 1 | 1 |
Метан | CH. 4 | 12 | 84 | 28 | 7,6 |
Закись азота | N. 2O | 121 | 264 | 265 | 153 |
CFC-12 | CCl. 2F. 2 | 100 | 10 800 | 10 200 | 5200 |
ГХФУ-22 | CHClF. 2 | 12 | 5280 | 1760 | 549 |
Тетрафторметан | CF. 4 | 50 000 | 4880 | 6 630 | 11 200 |
Гексафторэтан | C. 2F. 6 | 10 000 | 8 210 | 11100 | 18200 |
Гексафторид серы | SF. 6 | 3200 | 17 500 | 23 500 | 32 600 |
Трифтор с азотом | NF. 3 | 500 | 12 800 | 16 1 00 | 20 700 |
Использование CFC-12 (за исключением некоторых важных применений) было прекращено из-за его озоноразрушающих свойств. Поэтапный отказ от менее активных соединений ГХФУ будет в 2030 году.
Двуокись углерода в атмосфере Земли , если половина выбросы глобального потепления не поглощаются.. (НАСА моделирование ; 9 ноября 2015 г.)Помимо синтетических галоидоуглеродов, произведенных исключительно человеком, большинство парниковых газов имеет как естественные, так и антропогенные источники. В доиндустриальный период голоцена использованные газы были примерно постоянными, поскольку крупные природные источники и поглотители были примерно сбалансированы. В индустриальную эпоху деятельность человека привела к увеличению выбросов парниковых газов в атмосферу, в основном за счет сжигания ископаемого топлива и вырубки лесов.
Четвертый оценочный отчет за 2007 год, составленный МГЭИК (AR4) отметил, что «изменение атмосферных концентраций парниковых газов и аэрозолей, земного покрова и солнечной радиации изменяют энергетический баланс климатической системы», и пришел к выводу, что «увеличение антропогенных концентраций парниковых газов, скорее всего, вызвало большую часть увеличения глобальных средние температуры с середины 20 века». В AR4 «большая часть» определяется как более 50%.
Сокращения, используемые в двух таблицах ниже: ppm = частей на миллион ; ppb = частей на миллиард; ppt = частей на триллион; Вт / м = Вт на квадратный метр
Газ | Pre-1750. тропосферы. содержит | Недавняя. тропосферная. накопление | Абсолютное увеличение. с 1750 | Процент. увеличение. с 1750 | Повышенное. радиационное воздействие. (Вт / м) |
---|---|---|---|---|---|
Двуокись углерода (CO. 2) | 280 ppm | 395,4 ppm | 115,4 частей на миллион | 41,2% | 1,88 |
метана (CH. 4) | 700 частей на миллиард | 1893 частей на миллиард /. 1762 частей на миллиард | 1193 частей на миллиард /. 1062 частей на миллиард | 170,4% /. 151,7% | 0,49 |
Закись азота (N. 2O) | 270 частей на миллиард | 326 частей на миллиард /. 324 частей на миллиард | 56 частей на миллиард /. 54 частей на миллиард | 20,7% /. 20.0% | 0.17 |
тропосферный. озон (O. 3) | 237 частей на миллиард | 337 частей на миллиард | 100 частей на миллиа рд | 42% | 0,4 |
Газ | Недавнее. тропосферная. по | Повышенное. радиационное воздействие. (Вт / м) |
---|---|---|
CFC-11. (трихлорфторметан). (CCl. 3F) | 236 ppt /. 234 ppt | 0,061 |
CFC-12 (CCl. 2F. 2) | 527 ppt /. 527 ppt | 0,169 |
CFC-113 (Cl. 2FC-CClF. 2) | 74 ppt /. 74 ppt | 0,022 |
HCFC-22 (CHClF. 2) | 231 ppt /. 210 ppt | 0,046 |
HCFC-141b (CH. 3CCl. 2F) | 24 ppt /. 21 ppt | 0,0036 |
HCFC-142b (CH. 3CClF. 2) | 23 ppt /. 21 п.п. | 0,0042 |
Галон 1211 (CBrClF. 2) | 4,1 п.п. /. 4,0 п.п. | 0,0012 |
Галон 1301 (CBrClF. 3) | 3,3 ppt /. 3,3 ppt | 0,001 |
HFC-134a (CH. 2FCF. 3) | 75 ppt /. 64 п.п. | 0,0108 |
Тетрахлорид углерода (CCl. 4) | 85 п.п. /. 83 п.п. | 0,0143 |
Г ексафторид серы (SF. 6) | 7,79 ppt /. 7,39 ppt | 0,0043 |
Прочие галоидоуглероды | Зависит от. вещества | вместе. 0,02 |
Всего галоуглеродов | 0,3574 |
Керны льда свидетельствуют об изменениях концентрации парниковых газов за последние 800 000 лет (см. следующий раздел). Как CO. 2, так и CH. 4различаются между ледниковой и межледниковой фазами, и с помощью этих газов сильно коррелируют с температурой. Прямых данных не существует для периодов ранее, чем те, которые представлены в записи керна льда, запись, которая указывает, что CO. 2 мольные доли оставались в диапазоне от 180 ppm до 280 ppm на протяжении последних 800000 лет, до увеличения последних 250 лет. Однако различные прокси и моделирование предполагают большие вариации в прошлые эпохи; 500 миллионов лет назад уровней CO. 2 были, вероятно, в 10 раз выше, чем сейчас. Действительно, считаются, что более высокие уровни CO. 2 преобладали на большей части фанерозойского эона, с учетом в 4-6 раз превышающими текущие концентрации в течение мезозойской эры и в 10-15 раз превышающими текущие концентрации во время раннего периода. Палеозойская эра до середины девонского периода, около 400 млн лет. Считается, что распространение наземных растений приводит к достижению устойчивости CO. 2 в течение позднего девона, и с тех пор деятельностью растений как источников, так и поглотителей CO. 2 сыграла роль в укреплении обратной связи. Еще раньше 200-миллионный период прерывистого, широко распространенного оледенения, простирающегося близко к экватору (Snowball Earth ), по-видимому, внезапно закончился, около 550 миллионов лет назад, из-за колоссального выброса газа из вулкана, который поднял CO. 2 в атмосфере резко до 12%, что примерно в 350 больших современных условиях, что условия экстремальные парниковые и отложение карбонатов в виде известняка со скоростью около 1 мм в день. Этот эпизод ознаменовал завершение докембрийского эона, последовали в целом более теплые условия, в течение которых развивались многоклеточные животные и растения. С тех пор выброса вулканического углекислого газа сопоставимого масштаба не происходило. В современной эпоху выбросы в атмосферу вулканов составляет примерно 0,645 миллиарда тонн CO. 2 в год, тогда как люди ежегодно выделяют 29 миллиардов тонн CO. 2.
Измерения по кернам антарктического льда Измерения до начала промышленных выбросов в атмосферу. 2 мольных доли CO, составляющих около 280 частей на миллион (ppm) и оставались между 260 и 280 в течение предыдущих десяти тысяч. лет. Мольные доли углекислого газа в атмосфере увеличились примерно на 35 процентов с 1900-х годов, увеличившись с 280 частей на миллион по объему до 387 частей на миллион в 2009 году. Одно исследование, использующее данные устьиц окаменелых листьев, предполагает большую изменчивость с мольными долями углекислого газа выше 300 ppm в течение периода от семи до десяти тысяч лет назад, хотя другие утверждали, что эти результаты более вероятно отражают проблемы калибровки или загрязнения, а не фактическую изменчивость CO. 2. Из-за того, как воздух задерживается во льду (поры во льду медленно закрываются, образуя пузырьки периода времени внутри фирмы), представленного в каждом проанализированном образце льда, эти цифры представляют собой средние атмосферные данные до нескольких столетий. чем годовой или декадный уровень.
С начала промышленной революции Повышение многих парниковых газов увеличилось. Например, мольная доля диоксида углерода увеличилась с 280 ppm до 415 ppm, или на 120 ppm по сравнению с современными доиндустри уровнями. Первое увеличение на 30 ppm произошло примерно за 200 лет, с начала промышленной революции до 1958 года; однако следующее увеличение на 90 ppm произошло в течение 56 лет, с 1958 по 2014 год.
Последние данные также показывают, что достигает высоких высоких темпами. В 1960-е годы средний годовой прирост составлял лишь 37% от уровня с 2000 по 2007 год.
Общие совокупные выбросы с 1870 по 2017 год составили 425 ± 20 ГтС (1539 ГтCO 2) от ископаемое топливо и промышленность и 180 ± 60 ГтС (660 ГтCO 2) от изменение землепользования. Изменения в землепользовании, , такие как вырубка лесов, вызвали около 31% совокупных выбросов за 1870–2017 гг., уголь 32%, нефть 25% и газ 10%.
Сегодня запас углерода в атмосфере увеличивается более чем на 3 миллиона тонн в год (0,04%) по сравнению с существующим запасом. Это сокращение является результатом деятельности человека по сжиганию ископаемого топлива, обезлесению и деградации лесов в тропических и северных регионах.
Другие парниковые газы, образующиеся в результате деятельности человека, демонстрируют другие способы увеличения количества людей. Многие наблюдения доступны в Интернете в различных базах данных наблюдений по химии атмосферы.
Водяной пар составляет наибольший процент парниковый эффект: от От 36% до 66% для условий ясного неба и от 66% до 85%, включая облака. Концентрации водяного пара колеблются в зависимости от региона, но деятельность человека не влияет напрямую на концентрацию водяного пара, например, за исключением локальных масштабов, вблизи орошаемых полей. Косвенно, человеческая деятельность, увеличивает скорость распространения водяного пара. Концентрация пара в атмосфере сильно меняется до степени зависит от температуры: от менее 0,01% в очень холодных регионах 3% по массе в воздухе насыщенном при температуре около 32 ° C (См. Относительная влажность # другие важные.)
Среднее время молекулы воды в атмосфере факты составляет всего около девяти дней по сравнению с годами или столетиями для других парниковых газов, таких как CH. 4и CO. 2. Водяной пар реагирует на другие парниковые газы и усиливает их воздействие. Соотношение Клаузиуса-парапейрона устанавливает, что больше водяного пара будет присутствовать на единицу объема при повышенных температурах. Эти и другие основные принципы показывают, что потепление, связанное с повышением концентрации других парниковых газов, также приводит к воздействию водяного пара (при условии, что относительная влажность остается стабильной; исследования моделирования и наблюдения, что это постоянная) действительно так. так). Водяной пар является парниковым газом, это приводит к дальнейшему нагреванию, как и «положительная обратная связь », которая усиливает первоначальное потепление. В результате другие земные процессы компенсируют эти положительные обратные связи, стабилизируют глобальную температуру на новом уровне и предотвращают потерю воды на Земле из-за парникового эффекта, подобного Венере ,.
Примерно с 1750 года деятельность человека увеличила концентрацию углекислого газа и других парниковых газов. Измеренные атмосферные концентрации диоксида углерода в настоящее время на 100 частей на миллион выше, чем доиндустриальные уровни. Природные источники углекислого газа более чем в 20 раз больше, чем источники, вызванные деятельностью человека, но в течение периодов, превышающих несколько лет, естественные источники тесно уравновешиваются естественными стоками, в основном фотосинтезом соединений углерода растениями и морским планктоном. В результате этого баланса мольная доля углекислого газа в атмосфере оставалась между 260 и 280 частями на миллион в течение 10 000 лет между концом последнего ледникового максимума и началом индустриальной эры.
вероятно, что антропогенное (т. е. вызванное деятельностью человека) потепление, например, вызванное повышенным уровнем парниковых газов, оказало заметное влияние на многие физические и биологические системы. Прогнозируется, что в будущем потепление будет иметь ряд воздействий, включая повышение уровня моря, увеличение частоты и серьезности некоторых экстремальных погодных явлений, утрату биоразнообразия. и региональные изменения в продуктивности сельского хозяйства.
Основными источниками выбросов парниковых газов в результате деятельности человека являются:
Типы продуктов | Выбросы парниковых газов (г CO 2-Ceqна грамм белка) |
---|---|
Мясо жвачных | 62 |
Рециркуляционная аквакультура | 30 |
Траловое рыболовство | 26 |
Безрециркуляционная аквакультура | 12 |
Свинина | 10 |
Птица | 10 |
Молочные продукты | 9,1 |
Нетраловое рыболовство | 8,6 |
Яйца | 6,8 |
Крахмалистые корни | 1,7 |
Пшеница | 1,2 |
Кукуруза | 1,2 |
Бобовые | 0,25 |
Семь источников CO. 2 из сжигание ископаемого топлива (с процентным вкладом за 2000–2004 гг.):
Это список t нуждается в обновлении, поскольку использует устаревший источник.
Двуокись углерода, метан, закись азота (N. 2O) и три группы фторированных газов (гексафторид серы (SF. 6), гидрофторуглероды (ГФУ) и перфторуглероды (ПФУ)) являются основными антропогенными парниковыми газами и регулируются Киотским протоколом международным договором, который вступил в силу в 2005 году. Ограничения на выбросы, указанные в Киотском протоколе, истекли в 2012 году.>Канкунское соглашение, заключенное в 2010 году, включает добровольные обязательства 76 стран по ограничению выбросов. На момент заключения соглашения эти 76 стран несли коллективную ответственность за 85% годовых глобальных выбросов.
Хотя ХФУ являются парниковыми газами, они регулируются Монреальским протоколом, что было мотивировано вкладом ХФУ в разрушение озонового слоя, а не их вкладом в глобальное потепление. Обратите внимание, что истощение озонового слоя играет лишь незначительную роль в потеплении парниковых газов, хотя эти два процесса часто путают в средствах массовой информации. 15 октября 2016 года переговорщики из более чем 170 стран, собравшиеся на саммите , достигли юридического обязывающего соглашения о поэтапном отказе от гидрофторуглеродов (ГФУ) в поправке к Монреальский протокол.
Глобальные выбросы парниковых газов могут быть отнесены к разным секторам экономики. Это дает представление о различном вкладе различных видов экономической деятельности в глобальное потепление и понять, необходимые для смягчения последствий изменения климата.
Искусственные выбросы парниковых газов можно разделить на те, которые возникают в результате сжигания топлива для производства энергии, и те, которые возникают в результате других процессов. Около двух выбросов парниковых газов возникает в результате сжигания топлива.
Энергия может производиться в точке потребления или генератором для других. Таким образом, выбросы, производящие в результате производства энергии, можно разделить на категории в зависимости от того, где они выбрасываются или где потребляется полученная энергия. На долю выбросов приходится около 25% выбросов парниковых газов. 17% - на транспорт, 11% - на бытовые устройства и 7% - на коммерческие пользователи. Около 4% выбросов энергии, потребляемой самой энергетической и топливной отраслями.
Оставшаяся часть ядер с другими процессами, помимо производства энергии. 12% общих операций на сельское хозяйство, 7% - на изменение землепользования и лесное хозяйство, 6% - на промышленные процессы и 3% - на отходы. Около 6% выбросов - это неорганизованные выбросы, которые потребляют отработанные газы, образующиеся при добыче ископаемого топлива.
Производство электроэнергии выбрасывает более четверти мировых парниковых газов. Угольные электростанции являются крупнейшими выбросами углерода с более чем 10 Гт CO. 2 в 2018 году. Природные газовые электростанции загрязняют меньше, чем угольные электростанции.
Согласно ЮНЕП, глобальный туризм связан связан с изменением климата. Туризм вносит значительный вклад в концентрацию парниковых газов в атмосфере. На туризм приходится около 50% транспортных потоков. Быстро расширяющиеся воздушные перевозки обеспечивают около 2,5% производства CO. 2. Ожидается, что число международных путешественников увеличится с 594 миллионов в 1996 году до 1,6 миллиарда к 2020 году.
автотранспорт и транспортная отрасль участвует в производстве CO. 2, объединяющем около 20% общих выбросов углерода в Великобритании в год, при этом только энергетика оказывает большее влияние - около 39%. Средние выбросы углерода в транспортной отрасли падают - за тридцатилетний период с 1977 по 2007 год выбросы углерода, связанные с поездкой на 200 миль, упали на 21 процент; Выбросы NOx также сократились на 87 процентов, тогда как время в пути сократилось примерно на треть.
Пластик производится в основном из ископаемого топлива. По оценкам, на производство пластика приходится 8 процентов годовой мировой добычи нефти. По оценкам EPA, на каждую единицу массы произведенного полиэтилентерефталата (ПЭТ) выделяется до пяти единиц массы углекислого газа - типа пластика, наиболее часто используемого для бутылок с напитками, при транспортировке также выделяются парниковые газы. Пластиковые отходы при разложении выделяют углекислый газ. В исследовании 2018 года утверждалось, что некоторые из наиболее распространенных в окружающей среде пластмасс выделяют парниковые газы метан и этилен при воздействии солнечного света в количествах, которые могут повлиять на климат Земли.
С другой стороны, если его поместить на свалку, он становится поглотителем углерода, хотя биоразлагаемые пластмассы вызывают выбросы метана. Из-за того, что пластик легче, чем стекло или металл, пластик может снизить потребление энергии. Например, упаковка напитков из полиэтилентерефталата, а не из стекла или металла, по оценкам, позволяет сэкономить 52% энергии на транспортировку, если, конечно, стеклянная или металлическая упаковка одноразовая.
В 2019 году опубликован новый отчет «Пластик и климат». Согласно отчету, пластик внесет в атмосферу парниковые газы в эквиваленте 850 миллионов тонн двуокиси углерода (CO 2) в 2019 году. При текущей тенденции годовые выбросы вырастут до 1,34 миллиарда тонн к 2030 году. К 2050 году пластик может вызвать выбросы парниковых газов в объеме 56 миллиардов тонн, что составляет целых 14 процентов оставшегося углеродного бюджета Земли. В отчете говорится, что только решения, которые включают сокращение потребления, могут решить проблему, в то время как другие, такие как биоразлагаемый пластик, очистка океана, использование возобновляемых источников энергии в пластмассовой промышленности, мало что могут сделать, а в некоторых случаях могут даже усугубить ее..
Фармацевтическая промышленность выбросила в атмосферу 52 мегатонны двуокиси углерода в 2015 году. Это больше, чем в автомобильном секторе. Однако в этом анализе использовались комбинированные выбросы конгломератов, производящих фармацевтические препараты, а также другие продукты.
Примерно 3,5% общего антропогенного воздействия на климат приходится на авиационный сектор. Влияние сектора на климат за последние 20 лет увеличилось вдвое, но часть вклада сектора по сравнению с другими секторами не изменилась, потому что другие секторы также растут
В 2017 году цифровой сектор произвел 3,3% мировых выбросов парниковых газов, больше гражданской авиации (2%). Ожидается, что в 2020 году этот показатель достигнет 4%, что эквивалентно выбросам Индии в 2015 году.
По данным Агентства по охране окружающей среды (EPA), GHG выбросы в США можно проследить из разных секторов.
Существует несколько способов измерения выбросов парниковых газов, например, см. Таблицы национальных данных о выбросах в World Bank (2010). Некоторые переменные, о которых сообщалось, включают:
Эти меры иногда используются странами для утверждения различных политических / этических позиций в отношении изменения климата (Banuri et al., 1996, p. 94). Использование разных показателей приводит к недостаточной сопоставимости, что проблематично при мониторинге прогресса в достижении целей. Есть аргументы в пользу принятия общего инструмента измерения или, по крайней мере, развития взаимодействия между различными инструментами.
Выбросы можно измерять в течение длительных периодов времени. Этот тип измерения называется историческими или кумулятивными выбросами. Кумулятивные выбросы дают некоторое представление о том, кто несет ответственность за увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере (IEA, 2007, стр. 199).
Баланс национальных счетов будет положительно связан с выбросами углерода. Баланс национальных счетов показывает разницу между экспортом и импортом. Для многих более богатых стран, таких как Соединенные Штаты, сальдо счетов отрицательное, потому что товаров импортируется больше, чем экспортируется. В основном это связано с тем, что дешевле производить товары за пределами развитых стран, в результате чего экономики развитых стран становятся все более зависимыми от услуг, а не товаров. Мы полагали, что положительное сальдо счетов будет означать, что в стране происходит больше производства, поэтому большее количество работающих фабрик увеличит уровни выбросов углерода.
Выбросы также можно измерять за более короткие периоды времени. Изменения выбросов можно, например, измерить по сравнению с базовым 1990 годом. 1990 год использовался в Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата (РКИК ООН) в качестве базового года для выбросов, а также в Киотский протокол (некоторые газы также измеряются с 1995 года). Выбросы страны также могут быть представлены как доля глобальных выбросов за конкретный год.
Еще одно измерение - выбросы на душу населения. Это делит общие годовые выбросы страны на ее среднегодовое население. Выбросы на душу населения могут быть основаны на исторических или годовых выбросах (Banuri et al., 1996, стр. 106–07).
Хотя города иногда считаются непропорциональными источниками выбросов, выбросы на душу населения имеют тенденцию быть ниже для городов, чем в среднем по их странам.
Изменения в землепользовании, например вырубка лесов для использования в сельском хозяйстве может повлиять на концентрацию парниковых газов в атмосфере, изменяя количество углерода, уходящего из атмосферы в поглотители углерода. Учет изменений в землепользовании можно понимать как попытку измерить «чистые» выбросы, т. Е. Валовые выбросы из всех источников за вычетом удаления выбросов из атмосферы поглотителями углерода (Banuri et al., 1996, стр. 92–93).
Существуют значительные неопределенности в измерении чистых выбросов углерода. Кроме того, существуют разногласия по поводу того, как поглотители углерода должны распределяться между различными регионами и во времени (Banuri et al., 1996, p. 93). Например, сосредоточение внимания на недавних изменениях в поглотителях углерода, вероятно, будет благоприятствовать тем регионам, в которых ранее были вырублены леса, например Европе.
Интенсивность парниковых газов - это соотношение между выбросами парниковых газов и другим показателем, например, валовым внутренним продуктом ( ВВП) или использование энергии. Иногда используются термины «углеродоемкость» и «интенсивность выбросов ». Интенсивность выбросов может быть рассчитана с использованием рыночных обменных курсов (MER) или паритета покупательной способности (PPP) (Banuri et al., 1996, p. 96). Расчеты, основанные на MER, показывают большие различия в интенсивности между развитыми и развивающимися странами, тогда как расчеты, основанные на ППС, показывают меньшие различия.
Кумулятивные антропогенные выбросы CO. 2 в результате использования ископаемого топлива являются основной причиной глобального потепления и дают некоторое указание на то, какие страны больше всего способствовали изменению климата, вызванному деятельностью человека. В целом на развитые страны пришлось 83,8% промышленных выбросов CO. 2 за этот период времени и 67,8% общих выбросов CO. 2. На развивающиеся страны приходятся промышленные выбросы CO. 2 в размере 16,2% за этот период времени и 32,2% от общих выбросов CO. 2. Оценка общих выбросов CO. 2 включает биотические выбросы углерода, в основном в результате обезлесения. Banuri et al. (1996, стр. 94) рассчитали совокупные выбросы на душу населения, исходя из численности населения на тот момент. Соотношение выбросов на душу населения между промышленно развитыми и развивающимися странами оценивается более чем в 10 к 1.
Включение биотических выбросов вызывает те же противоречия, о которых говорилось ранее в отношении поглотителей углерода и изменений в землепользовании (Banuri et al., 1996, с. 93–94). Фактический расчет чистых выбросов очень сложен и зависит от того, как поглотители углерода распределяются между регионами, и от динамики климатической системы.
на страны, не входящие в ОЭСР, приходилось 42% совокупных связанные с энергетикой выбросы CO. 2 в период с 1890 по 2007 год. За этот период на США пришлось 28% выбросов; ЕС - 23%; Россия, 11%; Китай - 9%; другие страны ОЭСР - 5%; Япония - 4%; Индия - 3%; и остальной мир - 18%.
В период с 1970 по 2004 год глобальный рост годовых выбросов CO. 2 был обусловлен Северной Америкой и Азией. и Ближний Восток. Резкое ускорение выбросов CO. 2 с 2000 года до увеличения более чем на 3% в год (более 2 частей на миллион в год) с 1,1% в год в 1990-е годы связано с прекращением ранее существовавших тенденций к снижению в углеродоемкость как в развивающихся, так и в развитых странах. На долю Китая в этот период приходится большая часть глобального роста выбросов. За локальным резким сокращением выбросов, связанным с распадом Советского Союза, последовал медленный рост выбросов в этом регионе из-за более эффективного использования энергии, что стало необходимым из-за увеличения доли ее, которая экспортируется. Для сравнения, содержание метана заметно не увеличилось, а N. 2O - на 0,25% г / г.
Использование разных базовых лет для измерения выбросов влияет на оценки национального вклада в глобальное потепление. Это можно рассчитать путем деления наибольшего вклада страны в глобальное потепление, начиная с определенного базового года, на минимальный вклад этой страны в глобальное потепление, начиная с определенного базового года. Выбор между базовыми годами 1750, 1900, 1950 и 1990 имеет большое значение для большинства стран. В группе стран G8 это наиболее значимо для Великобритании, Франции и Германии. Эти страны имеют долгую историю выбросов CO. 2 (см. Раздел Накопленные и исторические выбросы).
Годовые выбросы на душу населения в промышленно развитых странах обычно в десять раз превышают средний уровень развивающиеся страны. Благодаря быстрому экономическому развитию Китая его годовые выбросы на душу населения быстро приближаются к уровням в группе Приложения I Киотского протокола (т. Е. В развитых странах, за исключением США). Другие страны с быстро растущими выбросами - Южная Корея, Иран и Австралия (которые, помимо богатых нефтью стран Персидского залива, сейчас имеют самый высокий уровень выбросов на душу населения в мире). С другой стороны, годовые выбросы на душу населения в странах ЕС-15 и США постепенно снижаются. Выбросы в России и Украине сокращались наиболее быстрыми темпами с 1990 года из-за экономической реструктуризации в этих странах.
Статистика энергетики для быстрорастущих экономик менее точна, чем для промышленно развитых стран. Для годовых выбросов Китая в 2008 году Нидерландское агентство по оценке окружающей среды оценило диапазон неопределенности около 10%.
след парниковых газов относится к выбросам в результате создание продуктов или услуг. Он является более всеобъемлющим, чем обычно используемый углеродный след, который измеряет только углекислый газ, один из многих парниковых газов.
2015 год стал первым годом, когда наблюдался как общий глобальный экономический рост, так и сокращение выбросов углерода.
В 2009 году на десять стран с наибольшими выбросами в год приходилось около двух третей мирового годового объема выбросов, связанных с энергией. Выбросы CO. 2.
Страна | % от общих мировых. годовых выбросов | Всего Выбросы CO2 в 2017 г. (килотонны) | Тонны ПГ. на душу населения |
---|---|---|---|
Китай | 29,3 | 10877217 | 7,7 |
США | 13,8 | 5107393 | 15,7 |
Индия | 6,6 | 2454773 | 1,8 |
Россия | 4,8 | 1764865 | 12,2 |
Япония | 3,6 | 1320776 | 10,4 |
Германия | 2,1 | 796528 | 9,7 |
Южная Корея | 1,8 | 673323 | 13,2 |
Иран | 1,8 | 671450 | 8,2 |
Саудовская Аравия | 1,7 | 638761 | 19,3 |
Канада | 1,7 | 617300 | 16,9 |
.
Воспроизвести медиа Т C-История человеческой цивилизации от ПИКОдин из способов отнести выбросы парниковых газов - это измерить встроенные выбросы (также называемые «воплощенные выбросы ") товаров, которые потребляются. Выбросы обычно измеряются по производству, а не по потреблению. Например, в основном международном договоре об изменении климата (РКИК ООН ) страны сообщают о выбросах, произведенных в пределах их границ, например о выбросах, возникающих при сжигании ископаемого топлива. При производственном учете выбросов встроенные выбросы от импортируемых товаров относятся к стране-экспортеру, а не стране-импортеру. При учете выбросов на основе потребления встроенные выбросы от импортируемых товаров относятся к стране-импортеру, а не к стране-экспортеру.
Дэвис и Калдейра (2010) обнаружили, что значительная часть выбросов CO. 2 продается на международном уровне. Чистый эффект торговли заключался в экспорте выбросов из Китая и других развивающихся рынков потребителям в США, Японии и Западной Европе. Основываясь на данных о годовых выбросах за 2004 год и на основе потребления на душу населения, в топ-5 стран-источников выбросов были включены (в тСО. 2 на человека в год): Люксембург (34,7), США. (22,0), Сингапур (20,2), Австралия (16,7) и Канада (16,6). Исследование Carbon Trust показало, что примерно 25% всех выбросов CO. 2 в результате деятельности человека (т. Е. Импортируются или экспортируются) из одной страны в другую. Было обнаружено, что основные развитые страны обычно являются чистыми импортерами воплощенных выбросов углерода - при этом выбросы потребления в Великобритании на 34% превышают производственные выбросы, а Германия (29%), Япония (19%) и США (13%) также являются значительными нетто-импортерами выбросов углерода. воплощенные выбросы.
Правительства приняли меры по сокращению выбросов парниковых газов для смягчения последствий изменения климата. Оценка эффективности политики включала результаты работы Межправительственной группы экспертов по изменению климата, Международного энергетического агентства и Программы ООН по окружающей среде. Политика, реализуемая правительствами, включает национальные и региональные цели по сокращению выбросов, продвижению энергоэффективности и поддержке возобновляемых источников энергии перехода, таких как солнечная энергия в качестве эффективного использование возобновляемых источников энергии, поскольку солнечная энергия использует энергию солнца и не выделяет загрязняющие вещества в воздух.
Страны и регионы, перечисленные в Приложении I к Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата (РКИК ООН) (т.е. ОЭСР и бывшие страны с плановой экономикой Советского Союза), должны периодически представлять оценки РКИК ООН действий, которые они предпринимают для решения проблемы изменения климата. Анализ, проведенный РКИК ООН (2011), показал, что политика и меры, предпринятые Сторонами, включенными в приложение I, могли привести к сокращению выбросов в размере 1,5 тысячи Tg CO. 2-экв в 2010 году, при этом наибольшая экономия была получена в секторе энергетики.. Прогнозируемая экономия выбросов в размере 1,5 тыс. Тг CO. 2-экв. Измеряется по сравнению с гипотетическим «базовым уровнем » выбросов согласно Приложению I, то есть прогнозируемым выбросам согласно Приложению I при отсутствии политики и мер. Общая прогнозируемая экономия 1,5 тыс. CO. 2-экв. По Приложению I не включает сокращение выбросов в семи Сторонах, включенных в Приложение I.
Широкий диапазон прогнозов будущих выбросов были произведены. Rogner et al. (2007) оценили научную литературу по прогнозам выбросов парниковых газов. Rogner et al. (2007) пришли к выводу, что, если энергетическая политика не изменится существенно, мир будет продолжать зависеть от ископаемого топлива до 2025–2030 годов. Согласнопрогнозам, более 80% мировой энергии будет поступать из ископаемого топлива. Этот вывод был основан на «большом количестве доказательств» и «высоком согласии» в литературе. Прогнозируемые ежегодные выбросы CO. 2, связанные с энергетикой, в 2030 году были на 40–110% выше, чем в 2000 году, причем две трети этого увеличения приходятся на развивающиеся страны. Прогнозируемые годовые выбросы на душу населения в регионах развитых стран оставались существенно ниже (2,8–5,1 тонн CO. 2), чем в регионах развитых стран (9,6–15,1 тонн CO. 2). Прогнозы неизменно показывают увеличение ежегодных мировых выбросов «киотских» газов, измеренных в CO. 2-эквиваленте ), на 25–90% к 2030 году по сравнению с 2000 годом.
Один литр бензина, когда он используется в качестве топлива, производит 2,32 кг (около 1300 литров или 1,3 кубических метра) двуокиси углерода, парникового газа.. Один галлон США дает 19,4 фунта (1291,5 галлона или 172,65 кубических футов).
Название топлива | CO. 2. выделяется. (фунтов / 10 БТЕ) | CO. 2. выделено. (г / МДж) | CO. 2. выделено. (г / кВтч) |
---|---|---|---|
Природный газ | 117 | 50,30 | 181.08 |
Сжиженный углеводородный газ | 139 | 59,76 | 215,14 |
Пропан | 139 | 59,76 | 215,14 |
Бензин авиационный | 153 | 65,78 | 236,81 |
Автомобильный бензин | 156 | 67,07 | 241,45 |
Керосин | 159 | 68,36 | 246,10 |
Мазут | 161 | 69,22 | 249,19 |
Шины / топливо из шин | 189 | 81,26 | 292,54 |
Древесина и древесные отходы | 195 | 83,83 | 301,79 |
Уголь (битуминозный) | 205 | 88,13 | 317,27 |
Уголь (полубитуминозный) | 213 | 91,57 | 329,65 |
Уголь (лигнит) | 215 | 92.43 | 332,75 |
Кокс нефтяной | 225 | 96,73 | 348,23 |
Битум битуминозно-песчаный | |||
Уголь (антрацит) | 227 | 97,59 | 351,32 |
Отчет IPCC 2011 г. включал обзор литературы по многочисленным энергетическим суммарный жизненный цикл источников выбросов CO. 2. Ниже приведены значения выбросов CO. 2, которые упали на 50-й процентиль всех обследованных исследований.
Технология | Описание | 50-й процентиль. (г CO. 2 / кВтч e ) |
---|---|---|
Гидроэлектростанция | резервуар | 4 |
Энергия океана | волна и приливы | 8 |
Ветер | на суше | 12 |
Ядерная | различные реакторы поколения II типы | 16 |
Биомасса | различная | 18 |
Солнечная тепловая энергия | параболический желоб | 22 |
Геотермальная | горячая сухая порода | 45 |
Солнечная фотоэлектрическая | Поликристаллический кремний | 46 |
Природный газ | различные турбины комбинированного цикла без очистки | 469 |
Уголь | различные типы генераторов без очистки | 1001 |
Парниковые газы могут быть удаляется из атмосферы с помощью различных процессов в результате:
Ряд технологий удаляют выбросы парниковых газов из атмосферы. Наиболее широко анализируются те, которые удаляют углекислый газ из атмосферы либо в геологические образования, например как биоэнергетика с улавливанием и хранением углерода и улавливание двуокиси углерода в воздухе, или в почву, как в случае с biochar. МГЭИК указала, что многие модели долгосрочных климатических сценариев требуют повторять крупномасштабные антропогенные отрицательные выбросы, чтобы избежать серьезных изменений климата.
В конце 19 века ученые экспериментально обнаружили, что N. 2и O. 2не поглощают инфракрасное излучение (в то время называемое «темным излучением»), в то время как вода (как настоящий пар, так и конденсированная в виде микроскопических капель, взвешенных в облаках) и CO. 2 и другие многоатомные газовые молекулы поглощают инфракрасное излучение. радиация. В начале 20 века исследователи поняли, что парниковые газы в атмосфере повышают общую температуру Земли, чем она была бы без них. В конце 20-го века научный консенсус пришел к выводу, что увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере вызывает значительное повышение глобальной температуры и изменения в других частях климатической системы с последствиями для окружающей среды и здоровья человека.