Najdôležitejšie skleníkové plyny (ekosystém Zeme)

Skleníkové plyny a ďalšie emisie uvoľňované ľuďmi sú najdôležitejšou príčinou súčasnej >> zmeny podnebia. Na tejto stránke nájdete viac informácií o tom, čo to vlastne skleníkové plyny sú, ich dôležitosť pre zmenu podnebia a ďalšie emisie ovplyvňujúce podnebie.

Čo sú to vlastne skleníkové plyny?

Skleníkové plyny sú plyny v zemskej atmosfére, ktoré menia zemský >> radiačný rozpočet. Ako každé teplé teleso, aj zem vydáva tepelné žiarenie do svojho okolia. Tepelné žiarenie ideálneho „čierneho telesa“ (tak fyzici nazývajú telesá, ktoré môžu nerušene vyžarovať svoje teplo) závisí od jeho teploty a je opísané Planckovým zákonom žiarenia. Tepelné žiarenie väčšiny skutočných telies sa od tohto ideálu líši viac-menej zreteľne, pretože je bránené ich tepelnému žiareniu. Je to tak aj v prípade Zeme, ako ukazuje nasledujúci obrázok:

skleníkové

V prípade Zeme sú to plyny v atmosfére, ktoré bránia tepelnému žiareniu (to, ako to bolo objavené, je >> tu). Plyny absorbujú žiarenie vo veľmi špecifických vlnových dĺžkach, vďaka ktorým je možné ich jasne rozpoznať - „absorpčné spektrá“ sa preto používajú aj v analýze životného prostredia na identifikáciu plynov alebo na štúdium atmosféry vzdialených planét. Musia byť preto tiež jasne identifikované plyny, ktoré bránia tepelnému žiareniu Zeme: absorpciu na vlnovej dĺžke 15 μm spôsobuje napríklad oxid uhličitý. Pri absorpcii tepelného žiarenia sa samotné plyny zahrievajú a sálajú z nich teplo - ale nie všetkými smermi, iba do vesmíru, ale aj späť na zem. Vďaka tomu sa Zem na základe slnečného žiarenia zahrieva viac, ako by sa v skutočnosti očakávalo (>> viac).

Pretože príslušné plyny nebránia krátkovlnnému slnečnému žiareniu, ale iba tepelnému žiareniu, pôsobia v atmosfére ako tabule skleníka: odtiaľ pochádza aj názov skleníkové plyny.

Príspevok skleníkových plynov k zmene podnebia

Otepľovanie Zeme skleníkovými plynmi je prirodzený proces, bez ktorého by bola Zem asi o 33 stupňov Celzia chladnejšia (>> podnebie). Ale keď sa koncentrácia skleníkových plynov zvýši v dôsledku ľudskej činnosti, zvýši sa aj teplota Zeme - a potom hovoríme o zmene podnebia spôsobenej človekom. Teraz sa dokázalo, že ľudské činnosti zvyšujú koncentráciu skleníkových plynov (pozri tiež >> Príklad oxidu uhličitého); Nasledujúci obrázok zobrazuje príspevok jednotlivých skleníkových plynov:

Podiel jednotlivých skleníkových plynov na celkovom množstve umelej produkcie
Emisie skleníkových plynov v roku 2004 v ekvivalente oxidu uhličitého - to znamená,
ilustrácia zobrazuje Príspevok skleníkových plynov k zmene podnebia. Ilustrácia
zo >> 4. správy OSN o klíme z roku 2007, objem syntézy, vlastný preklad.

Oxid uhličitý (CO2)

Oxid uhličitý uznal ako skleníkový plyn írsky fyzik John Tyndall v polovici 19. storočia (>> viac); je príčinou viac ako troch štvrtín otepľovania spôsobeného človekom, čo z neho robí zďaleka najdôležitejší „umelý“ skleníkový plyn súčasnosti. Zdvojnásobenie množstva oxidu uhličitého v atmosfére by mohlo zvýšiť teplotu Zeme medzi 2 a 4,5 ° C (>> viac). Autor: emisie súvisiace s energiou - Spaľovanie fosílnych palív (uhlie, ropa, plyn) na výrobu energie, v priemysle, domácich vykurovacích systémoch a v cestnej premávke predstavuje na celom svete viac ako 30 miliárd ton (2011: 34,7 miliárd ton [50]) tento skleníkový plyn sa uvoľňuje.

Táto položka bola pridaná v roku 2011 3,3 miliardy ton z Vypaľovanie lesov, najmä tropické dažďové pralesy Amazonky a juhovýchodnej Ázie. Takmer polovicu z celkových emisií 38 miliárd ton pohlcujú prírodné zachytávače uhlíka, najmä oceány, ale aj suchozemské ekosystémy. V priemere medzi rokmi 2002 a 2011 svetový oceán absorboval 26 percent (to by bolo rovnaké aj v roku 2011) takmer 10 miliárd ton) a suchozemské ekosystémy (rastúce lesy a rašeliniská) 28 percent (to by zodpovedalo 10,6 miliárd ton v roku 2011; alebo čisté - t. j. po odpočítaní emisií zo spaľovania lesov - 7,3 miliárd ton). Táto hodnota však môže z roka na rok výrazne kolísať v závislosti od stavu vegetácie.

Príspevok príslušných zdrojov k zvýšeniu v
Koncentrácia oxidu uhličitého v atmosfére (51).
(Jedna tona uhlíka sa rovná 3,667 ton
Oxid uhličitý; Obrázok zo správy IPCC z roku 2007
[Pracovná skupina 1, s. 513], vlastný preklad).

To znamená, že v atmosfére zostáva priemerne 17,5 miliárd ton ročne, čo spôsobí zvýšenie jeho obsahu oxidu uhličitého o 2 ppm ročne. Koncentrácia oxidu uhličitého v atmosfére vzrástla z predindustriálnych 280 ppm na súčasných 392 ppm. (Predindustriálne hodnoty sú známe z ľadových jadier (>> viac); na Mauna Loa na Havaji od roku 1958 prebiehajú nepretržité merania, ktoré dokumentujú nárast od tej doby; sú znázornené na obrázku >> tu.) Akonáhle sa dostala do atmosféry Oxid uhličitý tam zostáva dlho: po 1 000 rokoch bude polovica stále vo vzduchu. Z dôvodu tejto dĺžky pobytu bude z dlhodobého hľadiska stúpať význam oxidu uhličitého pre zmenu podnebia.

V Nemecku predstavuje oxid uhličitý už 85 percent všetkých skleníkových plynov; emisie súvisiace s energiou predstavujú približne 865 miliónov ton ročne.

>> viac o uhlíkovom cykle a zmene podnebia

Odkiaľ pochádza oxid uhličitý?

Zdroje zvyšujúceho sa oxidu uhličitého v zemskej atmosfére je možné určiť rôznymi metódami, obzvlášť dôležitá je izotopová analýza: Uhlík sa vyskytuje v dvoch bežných izotopoch: 12 ° C (asi 99%) a 13 ° C (asi 1%). Fosílne palivá však majú nižší pomer 13 C/12 C v porovnaní s oxidom uhličitým v atmosfére a navzájom sa tiež líšia: tento „podpis“ možno použiť na identifikáciu oxidu uhličitého z fosílnych palív a klesajúci pomer 13 C/12 C ukazuje pomer fosílnych palív pri zvyšovaní celkového obsahu oxidu uhličitého (existujú aj iné príčiny poklesu pomeru 13 C/12 C, ale je možné ich rozlíšiť; podrobnosti a zdroje nájdete v správe IPCC z roku 2007, pracovná skupina 1, strana 139).

Zastúpenie globálnych emisií uhlíka (čierne) a
Zmena pomeru izotopov 13C/12C (červená). Stupnica
pomeru izotopov je znázornený obrátene, takže
stúpajúca krivka ukazuje klesajúci pomer izotopov 13C/12C
znamená. Krivka vychádza z meracej stanice Mauna Loa. Obr.
Zmena podnebia 2007: Fyzikálny základ. Príspevok vo výške
Pracovná skupina 1, strana 138.

Dýchanie musí byť zakázané?

Existujú ľudia, ktorí popierajú zmenu podnebia, a jedným z argumentov, ktorým sa vysmievajú obavám z globálneho otepľovania a predovšetkým úlohy oxidu uhličitého v ňom, je, že na zemi žije každý deň viac ako sedem miliárd ľudí. Vydýchnite si dve miliardy ton oxidu uhličitého - takže skôr ako sa budete zaoberať priemyselnými emisiami, mali by ste najskôr zakázať dýchanie.

Chyba v uvažovaní (aspoň pre tých, ktorí nepoužívajú argument proti svojim lepším znalostiam) spočíva v tom, že vydychovaný oxid uhličitý pochádza z rozkladu organického uhlíka vytvoreného fotosyntézou, ktorá je súčasťou krátkodobého >> uhlíkového cyklu Zeme. Vydychovaný oxid uhličitý nemení koncentráciu v zemskej atmosfére. Pri spaľovaní fosílnych palív sa na druhej strane uvoľňuje uhlík, ktorý sa z tohto cyklu odoberá od geologických čias, a preto sa do cyklu zavádza novo - a vedie teda k zvýšeniu koncentrácie v atmosfére.

Aby ste mohli porovnať ostatné skleníkové plyny s oxidom uhličitým, urobíte to Potenciál globálneho otepľovania (po anglickom globálnom otepľovacom potenciáli skratka GWP) použitá na konverziu: Potenciál globálneho otepľovania naznačuje, aký silný je účinok látky v porovnaní s oxidom uhličitým. Napríklad potenciál metánu v oblasti globálneho otepľovania je 21, takže jedna tona metánu má skleníkový efekt ako 21 ton oxidu uhličitého. Po oxidu uhličitom sú dva najdôležitejšie skleníkové plyny metán a oxid dusný (plyn na smiech).

Tento potenciál globálneho otepľovania možno tiež použiť na označenie koncentrácií všetkých skleníkových plynov v atmosfére; táto hodnota sa stáva Koncentrácia ekvivalentu oxidu uhličitého a skrátene CO2e. Táto koncentrácia je v súčasnosti okolo 445 ppm (v porovnaní s 392 ppm CO2).

Ostatné skleníkové plyny

metán

Metán (CH4) má potenciál globálneho otepľovania 21 takmer 15 percent prispieva k skleníkovému efektu (podiel nemeckých emisií je dobrých 7 percent). Metán sa vždy produkuje, keď sa organický materiál rozkladá pri vypúšťaní kyslíka; k tomu dochádza predovšetkým v žalúdkoch prežúvavcov (dobytok a ovce), pri pestovaní mokrej ryže a na skládkach. V niektorých latinskoamerických krajinách je metán najdôležitejším skleníkovým plynom z poľnohospodárstva v dôsledku chovu dobytka; koncentrácia metánu v atmosfére sa od začiatku industrializácie zvýšila o 151 percent.

Zvýšenie obsahu metánu v atmosfére od roku 1979.
Zdroj ilustrácie: Súhrnná správa Zmena podnebia: Globálne riziká,
Výzvy a rozhodnutia. Kodaň 2009, 10. - 12. marca.

Metán reaguje v zemskej atmosfére s hydroxylovými radikálmi („radikálmi“ v chémii sú najmä reaktívne atómy alebo molekuly s nespárenými elektrónmi) a štiepi sa na oxid uhličitý a vodnú paru po dobu 10 až 12 rokov. Výsledný oxid uhličitý má nižší potenciál globálneho otepľovania. ako metán. Hydroxylové radikály sa však tiež podieľajú na tvorbe síranov a iných aerosólov v atmosfére, a keď radikály reagujú s metánom namiesto iných látok znečisťujúcich ovzdušie, koncentrácia chladiacich (>> tu) aerosólov klesá: Ak je tento účinok zahrnutý jedným je, že podiel metánu na zvýšení skleníkového efektu môže byť vyšší, ako sa doteraz predpokladalo (60).

Oxid dusný

Pri rozklade minerálnych dusíkatých hnojív sa v pôde vytvára oxid dusný (smiechový plyn, N20). Je to najdôležitejší skleníkový plyn uvoľňovaný z poľnohospodárstva na celom svete. Potenciál globálneho otepľovania smejúceho sa plynu je 310; jeho podiel na skleníkovom efekte je okolo osem percent a jeho koncentrácia v atmosfére sa od začiatku industrializácie zvýšila o 17 percent.

Zvýšenie oxidu dusného v atmosfére od roku 1978.
Zdroj ilustrácie: Súhrnná správa Zmena podnebia: Globálne riziká,
Výzvy a rozhodnutia. Kodaň 2009, 10. - 12. marca.

F-plyny

CFC (Chlórfluórované uhľovodíky) sa používali hlavne ako pohonné látky a chladivá, pretože prispievajú k deštrukcii ozónovej vrstvy, ich použitie sa od roku 1990 výrazne znížilo (>> tu); fluórované uhľovodíky používané ako náhrady (HFC) nepoškodzujú ozónovú vrstvu, ale sú to tiež skleníkové plyny.

Súčasťou Kjótskeho protokolu sú aj protokoly vytvorené v priemysle hliníka perfundované uhľovodíky (PFC) a ktorý sa používal ako izolačný plyn vo vysokonapäťových spínačoch Hexafluorid sírový (SF6).

A čo vodná para?

Vodná para je najdôležitejším prírodným skleníkovým plynom (>> tu). Pretože obsah vody vo vzduchu závisí od teploty, zvyšuje sa obsah vodných pár v atmosfére so stúpajúcimi teplotami, a tým sa zosilňujú účinky ďalších skleníkových plynov. Napríklad skleníkový efekt oxidu uhličitého v absolútne suchom vzduchu by bol len asi o polovicu väčší ako v skutočnosti je, t. J. Vodnou parou sa zdvojnásobuje. Tento efekt sa už berie do úvahy pri zvažovaní potenciálu oxidu uhličitého a ostatných skleníkových plynov na globálne otepľovanie. Okrem toho sa obsah vodnej pary mení iba regionálne ľudskou činnosťou - napríklad odlesňovaním dažďových pralesov alebo zavlažovaním. Tieto intervencie však nemajú žiadne významné globálne účinky na vodnú bilanciu v atmosfére (61); a preto sa vodná para v diskusii o globálnom otepľovaní osobitne neberie do úvahy.

Ostatné emisie, ktoré menia podnebie

Okrem skleníkových plynov môžu energetickú rovnováhu Zeme meniť aj ďalšie látky znečisťujúce ovzdušie. Na rozdiel od skleníkových plynov tieto neabsorbujú teplo vyžarované zo Zeme, ale zohrievajú Zem inými spôsobmi.

Častice sadzí v atmosfére spôsobujú otepľovanie, pretože absorbujú slnečné žiarenie. Častice sadzí, ktoré sa zapustili na snehových povrchoch, znižujú albedo (>> tu), a tým ešte viac zvyšujú otepľovanie. Okrem toho vrstva sadzí na ľadovcoch v Himalájach urýchľuje ich topenie; tvorba tejto sadze je na indickom subkontinente podporovaná inverznými poveternostnými podmienkami (teplý vzduch je superponovaný na studený vzduch blízko zeme a bráni výmene vzduchu) medzi monzúnovými dažďami. Sadze pochádzajú hlavne zo spaľovania biomasy; Najväčší podiel predstavuje čistenie lesov požiarom, menší podiel - asi pätina - spaľovaním biomasy na účely varenia a kúrenia. Ďalším zdrojom sú sporáky na uhlie (najmä v Číne) a naftové vozidlá bez filtrov sadzí. Celkovo tvoria častice sadzí 10 percent z celkového množstva radiačnej energie spôsobenej skleníkovými plynmi a inými emisiami.

Oxidy dusíka a uhľovodíky

Pri vystavení slnečnému žiareniu sa tvoria oxidy dusíka a uhľovodíky troposférický ozón (>> Letný smog - nezamieňať so stratosférickým ozónom, ktorý tvorí ozónovú vrstvu, ktorá chráni Zem pred UV žiarením zo slnka, pozri >> Atmosféra). Toto je tiež dôležitý skleníkový plyn (ale je uvedený v zozname ostatných emisií, pretože sa neuvoľňuje priamo, ale vzniká z iných znečisťujúcich látok). Zvýšenie koncentrácie troposférického ozónu je najvyššie v priemyselných aglomeráciách a tropických oblastiach so silným spaľovaním biomasy v súlade s tvorbou prekurzorových látok, kde sa obsah ozónu v 20. storočí pravdepodobne strojnásobil (80). Vo vyšších nadmorských výškach možno ozón transportovať aj ďaleko vzdušnými prúdmi.

Zdroje skleníkových plynov

Oxid uhličitý z fosílnych palív pochádza predovšetkým zo spaľovania uhlia, ropy a plynu pri výrobe energie, v doprave, v budovách a v priemysle. V priemysle sa v niektorých procesoch vyrába ďalší oxid uhličitý - napríklad v cementárskom priemysle uniká z vápenca zhruba rovnaké množstvo oxidu uhličitého ako z fosílnych palív. V roku 2011 predstavoval podiel fosílnych palív uhlie 43%, ropa 34% a plyn 18%; to v cementárskom priemysle 5% (50). Okrem toho sa tu nachádza oxid uhličitý z lesného hospodárstva, najmä z vyklčovania tropických lesov, a skleníkové plyny, ktoré sa uvoľňujú v poľnohospodárstve. Čistenie tropických lesov (viac >> tu) je najväčším príspevkom k emisiám skleníkových plynov v krajinách ako Brazília a Indonézia (v Indonézii 70 percent oxidu uhličitého pochádza z ničenia lesov); Najdôležitejším skleníkovým plynom z poľnohospodárstva je oxid dusný z pôdy, za ktorým nasleduje metán zo žalúdkov prežúvavcov, ako sú hovädzí dobytok a ovce. Dôležitým zdrojom je aj pestovanie mokrej ryže. Celkovo za jednotlivé sektory vyplývajú tieto podiely na výrobe skleníkových plynov:

Zdroje skleníkových plynov: podiel jednotlivých sektorov v EÚ
celkové emisie skleníkových plynov v ekvivalente oxidu uhličitého.
Údaje z roku 2004 Obrázok zo >> 4. správy OSN o klíme z roku 2007,
Syntetická páska, vlastný preklad.

Historická zodpovednosť za skleníkové plyny nachádzajúce sa v atmosfére dnes vyjasňuje, keď sa pozrieme na kumulované emisie jednotlivých krajín za obdobie od roku 1880 do roku 2004. Na nasledujúcom obrázku je to kvôli prehľadnosti zobrazené ako emisie na obyvateľa. Veľkosť obdĺžnika zobrazuje celkové emisie krajiny:

Kumulatívne emisie skleníkových plynov 1880 až 2004 jednotlivých krajín. Ilustrácia od Davida JC MacKaya: Udržateľná energia - bez horúceho vzduchu, strana 14. Licencia: >> cc 2.0. .

Napriek všetkým vedomostiam o úlohe, ktorú zohrávajú skleníkové plyny pri globálnom otepľovaní, a napriek všetkým politickým vyhláseniam o zámere, emisie skleníkových plynov zatiaľ stúpajú:

Nárast umelej produkcie Emisie skleníkových plynov v miliardách ton ekvivalentu oxidu uhličitého (>> tu) za rok. Význam farieb nájdete na ilustrácii >> vyššie. Ilustrácia z >> 4. správy OSN o klíme z roku 2007, objem syntézy, vlastný preklad.

  • Priemyselný vek:
  • Prehľad
  • Priemyselná revolúcia
  • poľnohospodárstvo
  • populácia
  • Podlahy
  • suroviny
  • energie
  • voda
  • vzduch
  • Zmena podnebia
  • Chemikálie
  • Mrhať
  • Vymieranie druhov
  • Globálne zmeny
  • Poznámky

Oxid uhličitý. Obr. Jacek FH, z >> wikipedia, prístup k 17. augustu 2010. Licencia: >> GNU FDL 1.2