JAKIE GAZY POWODUJĄ PRZEGRZANIE ATMOSFERY? - NAUKA - 2025

Gazy, które powodują przegrzanie atmosfery, to te, które pochłaniają i emitują promieniowanie podczerwone. Podobnie gazy, które uszkadzają warstwę ozonową, przyczyniają się do przegrzania, ponieważ ułatwiają większą penetrację promieniowania ultrafioletowego.

Globalne ocieplenie to wzrost średniej temperatury w ziemskiej biosferze, który występuje w wyniku efektu cieplarnianego. Efekt ten jest naturalnym zjawiskiem polegającym na blokowaniu wyjścia ciepła ziemskiego (promieniowania podczerwonego) w kierunku przestrzeni kosmicznej.

Gazy powodujące przegrzanie. Źródło: luźny krawat

Tę blokadę wywołują niektóre gazy, które naturalnie tworzą atmosferę ziemską, takie jak para wodna i CO2. Jest to zjawisko, które występuje naturalnie i pozwala planecie mieć biologicznie odpowiednią temperaturę.

Jak gazy ogrzewają Ziemię?

Podstawowym źródłem energii ogrzewającej Ziemię jest promieniowanie słoneczne, zwłaszcza promieniowanie ultrafioletowe. Jest częściowo filtrowany przez warstwę ozonową (O3) w stratosferze.

Promieniowanie ultrafioletowe (fala krótka), które udaje się przeniknąć, ogrzewa powierzchnię ziemi, a jej ciepło jest emitowane w kosmos jako promieniowanie podczerwone (fale długie). Istnieje jednak wpływ człowieka na ten proces ze względu na sztuczną emisję gazów cieplarnianych.

Gazy te pochłaniają i emitują ciepło lub niszczą ozon, który reguluje przedostawanie się promieniowania ultrafioletowego. Gazy, które przyczyniają się do efektu cieplarnianego, w sposób naturalny lub pod wpływem człowieka, nazywane są gazami cieplarnianymi (GHG).

Na poziomie globalnym szczególną uwagę zwraca się na globalne ocieplenie i niszczenie warstwy ozonowej. Protokół montrealski w sprawie substancji zubożających warstwę ozonową jest międzynarodowym traktatem, który wszedł w życie w 1989 roku i reguluje użycie tych gazów.

Protokół ten został ratyfikowany przez 65 krajów poprawką z Kigali z 1 stycznia 2019 r. Ze swojej strony Protokół z Kioto porusza kwestie związane z globalnym ociepleniem.

W Protokole z Kioto rozważa się sześć gazów cieplarnianych, którymi są dwutlenek węgla, metan, podtlenek azotu, wodorofluorowęglowodór, perfluorowany węglowodór i heksafluorek siarki.

Aby ocenić gaz, który powoduje przegrzanie, bierze się pod uwagę jego żywotność i współczynnik ocieplenia globalnego (GWP). GWP porównuje ilość ciepła uwięzionego przez gaz z ciepłem uwięzionym przez CO2, którego GWP jest znormalizowany na 1.

Główne gazy powodują przegrzanie atmosfery

Para wodna

Para wodna jest naturalnym i istotnym składnikiem atmosfery ziemskiej i odgrywa bardzo ważną rolę w efekcie cieplarnianym ze względu na jej zdolność pochłaniania ciepła. Ponadto woda w stanie ciekłym i stałym odbija energię słoneczną, chłodząc Ziemię.

Dwutlenek węgla (CO2)

Dwutlenek węgla jest głównym gazem cieplarnianym, odpowiadającym za ponad 80% wzrostu tego zjawiska. Poziomy CO2 wzrosły alarmująco ze względu na działalność przemysłową i transportową.

Według niektórych szacunków, przed rewolucją przemysłową stężenie CO2 w atmosferze osiągało około 280 ppm (części na milion), aw 1998 r. Osiągnęło 365 ppm. Oznacza to wzrost o 1,5 ppm rocznie i 31% wzrost w stosunku do poziomów z 1750 roku.

Stężenie CO2. Źródło: Hannes Grobe 21:17, 5 listopada 2006 (UTC)

Określając skład izotopowy obecnego atmosferycznego CO2 wykazano, że wzrost ten wynika ze spalania paliw kopalnych i wylesiania. CO2 pochłania i emituje promieniowanie podczerwone, a jego żywotność wynosi od 5 do 200 lat.

Metan (CH

Metan jest drugim gazem cieplarnianym, odpowiedzialnym za około 17% ocieplenia, poprzez pochłanianie i promieniowanie ciepła. Chociaż znaczna część tego gazu występuje naturalnie, głównie na bagnach, istnieje istotny udział człowieka (około 50%).

Stężenie metanu. Źródło: Methane-global-Average-2006.jpg: NOA Prace pochodne: Ortisa

Około 60% metanu, który obecnie występuje w atmosferze, jest produktem działalności człowieka (antropicznej). Do głównych źródeł antropicznych należą przeżuwacze, uprawa ryżu, eksploatacja paliw kopalnych i spalanie biomasy.

Szacunkowy poziom tego gazu przed erą przemysłową wynosi 700 ppb (części na miliard), aw 1998 r. Osiągnął 1745 ppb, co oznacza wzrost o 149%. Jednak metan ma żywotność w niższych warstwach atmosfery, sięgającą zaledwie 12 lat.

Tlenki azotu (NOx)

NOx, zwłaszcza podtlenek azotu, przyczyniają się do niszczenia ozonu stratosferycznego poprzez zwiększanie ilości promieniowania ultrafioletowego, które przenika do Ziemi. Gazy te pochodzą z przemysłowej produkcji kwasu azotowego, kwasu adypinowego oraz stosowania nawozów.

Podtlenek azotu (N2O) miał stężenie atmosferyczne na poziomie 270 ppb przed erą przemysłową, by następnie osiągnąć 314 ppb w 1998 r. Stanowi to 16% wzrost jego stężenia, a jego okres użytkowania wynosi 114 lat, co czyni go bardzo problematycznym.

Wodorofluorowęglowodory (HFC)

Są to gazy używane w różnych zastosowaniach przemysłowych, zastępujące CFC ograniczone porozumieniem montrealskim. Jednak HFC wpływają również na warstwę ozonową i mają wysoką trwałość aktywną w atmosferze (do 260 lat).

Gazy te nie występowały w atmosferze, zostały wprowadzone przez człowieka iw przypadku HFC-23 osiąga stężenie 14 ppt (części na bilion).

Węglowodór perfluorowany (PFC)

PFC są produkowane w spalarniach do procesu wytapiania aluminium. Podobnie jak HFC, charakteryzują się dużą trwałością w atmosferze i wpływają na integralność stratosferycznej warstwy ozonowej.

Sześciofluorek siarki (SF6)

To kolejny gaz, którego efekt przegrzania następuje poprzez zniszczenie warstwy ozonowej. Jest używany w sprzęcie wysokiego napięcia i do produkcji magnezu i ma wysoką trwałość w atmosferze.

Chlorofluorowęglowodory (CFC)

CFC to silny gaz cieplarniany, który niszczy ozon w stratosferze i podlega regulacjom Protokołu Montrealskiego. Jednak w niektórych krajach jest nadal używany, na przykład w Chinach.

Uszkodzenie warstwy ozonowej jest spowodowane dysocjacją atomów chloru pod wpływem promieniowania ultrafioletowego.

Główne chlorofluorowęglowodory to CFC-11, CFC-12, CFC-13, CFC-113, CFC-114 i CFC-115. Gazy te nie występowały w atmosferze, ale w 1998 roku CFC-11 osiągnął już 268 ppt, a jego okres użytkowania wynosił 45 lat.

Metylochloroform lub trichloroetan (CH3CCL3)

Jest to szczególny rodzaj CFC, używany jako rozpuszczalnik i do czyszczenia metali. Podczas rozkładu wydziela gazy chlorkowe, których atomy chloru przyczyniają się do niszczenia warstwy ozonowej.

Ozon troposferyczny (O3)

O3 w troposferze to ozon, który tworzy się na poziomie gruntu, między powierzchnią a wysokością 18 km. Chociaż ozon w stratosferze przyczynia się do zmniejszenia globalnego przegrzania poprzez ograniczenie wnikania promieniowania ultrafioletowego, ozon troposferyczny powoduje ocieplenie.

Smog w Harbin (Chiny). Źródło: Fredrik Rubensson

Stwierdzono, że wpływ ozonu troposferycznego jest sprzeczny. Z jednej strony powoduje powierzchowne ocieplenie ziemi, ale jednocześnie eliminuje inne gazy cieplarniane.

W każdym razie O3 jest toksycznym gazem, który powoduje uszkodzenie płuc, a także degraduje różne materiały.

Chlorodifluorometan (HCFC-22)

Nazywa się R-22, gaz bezbarwny i do niedawna najczęściej stosowany w urządzeniach chłodniczych. Jednak obecnie jest on zakazany w większości krajów świata ze względu na jego negatywny wpływ na warstwę ozonową.

Chlorek węgla lub tetrachlorek węgla (CCl4)

Jest to chloroorganiczny, który jest obecnie zakazany w wielu miejscach ze względu na jego toksyczność, ale był szeroko stosowany jako czynnik chłodniczy, środek gaśniczy, odtłuszczacz i pestycyd. Kiedy związek ten ulega degradacji, wytwarza substancje pochodne, które oddziałują na warstwę ozonową.

Tetrafluorometan lub perfluorometan (CF4)

Jest to gaz znany jako R-14 i używany jako czynnik chłodniczy, ale ma dużą zdolność pochłaniania i emitowania energii ultrafioletowej. Jego żywotność w atmosferze wynosi ponad 50 000 lat, a współczynnik ocieplenia globalnego wynosi 6500.

Według Rekordów Guinnessa tetrafluorometan jest najbardziej trwałym gazem cieplarnianym, chociaż jego niski udział w atmosferze ogranicza jego działanie.

Heksafluoroetan (C2F6)

Znajduje zastosowanie w czynnikach chłodniczych oraz przy produkcji aluminium, ponieważ dzięki wysokiej energii wiązań węgiel-fluor jest bardzo stabilny. Daje to długą żywotność co najmniej 500 lat.

Podobnie ma duży potencjał pochłaniania promieniowania podczerwonego, co czyni go problemem dla globalnych temperatur. Heksafluoroetan znajduje się na liście gazów cieplarnianych Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu (IPCC).

Sześciofluorek siarki (SF6)

Jest to nietoksyczny gaz, pięciokrotnie cięższy od powietrza, o wskaźniku GWP równym 176 (20 000 razy większym niż CO2). Z drugiej strony ma okres użytkowania wynoszący 3200 lat, chociaż ze względu na swoją gęstość nie wznosi się do wyższych warstw atmosfery.

Odnośniki bibliograficzne

1. Bolin, B. i Doos, BR Efekt cieplarniany.
2. Caballero, M., Lozano, S. i Ortega, B. (2007). Efekt cieplarniany, globalne ocieplenie i zmiana klimatu: perspektywa nauki o Ziemi. University Digital Magazine.
3. Elsom, DM (1992). Zanieczyszczenie atmosfery: problem globalny.
4. IPCC (2001). Trzeci raport oceniający zmiany klimatu 2001: podstawy naukowe.
5. IPCC (2018). Globalne ocieplenie o 1,5 ºC.
6. Mitchell, JFB, Johns, TC, Gregory, JM and Tett, SFB (1995). Reakcja klimatu na rosnące poziomy gazów cieplarnianych i aerozoli siarczanowych. Natura.
7. Myhre, G., Highwood, EJ, Shine, KP and Stordal, F. (1998). Nowe szacunki wymuszania radiacyjnego spowodowanego dobrze wymieszanymi gazami cieplarnianymi. Listy z badań geofizycznych.
8. Rodhe, H. (1990). Porównanie udziału różnych gazów w efekcie cieplarnianym. Nauka.
9. Schneider, SH (1989). Efekt cieplarniany: nauka i polityka. Nauka.