Poznavati glavne stakleničke plinove i njihov utjecaj na globalno zagrijavanje
Staklenički plinovi (GHG) su plinovi koji apsorbiraju dio sunčevih zraka i preraspodjeljuju ih u obliku zračenja u atmosferi, zagrijavajući planet u fenomenu koji se naziva efekt staklenika. Glavni staklenički plinovi koje imamo su: CO2, CH4, N2O, O3, halokarboni i vodena para.
Naziv efekt staklenika dobio je analogno grijanju koje generiraju staklenici, obično izrađeni od stakla, prilikom uzgoja biljaka. Staklo omogućuje slobodan prolazak sunčeve svjetlosti i ta se energija dijelom apsorbira, dijelom reflektira. Apsorbirani dio ima poteškoće s ponovnim prolaskom kroz staklo, zračeći se natrag u unutarnje okruženje.
Isto se obrazloženje može koristiti za zagrijavanje Zemlje, gdje staklenički plinovi igraju ulogu stakla. Sunce, kao glavni izvor energije na Zemlji, emitira niz zračenja koji se naziva sunčev spektar. Ovaj spektar sastoji se od svjetlećeg zračenja (svjetlost) i kaloričnog zračenja (toplina), u čemu se ističe infracrveno zračenje. Svjetlosno zračenje je kratke valne duljine, lako prolazi kroz atmosferu, dok infracrveno zračenje (toplinsko zračenje) ima dugu valnu duljinu, imajući poteškoća s prolaskom kroz atmosferu i apsorbiranjem stakleničkim plinovima kada to čine.
Pogledajte ovaj video u produkciji Minuto da Terra o tome kako staklenički plinovi doista djeluju:
Pogledajte i video s portala eCycle o tom pitanju:
Zašto je intenziviranje efekta staklenika zabrinjavajuće?
Efekt staklenika, kako je objašnjeno, prirodni je fenomen koji omogućuje život na Zemlji kakav poznajemo, jer bi bez njega toplina izlazila, uzrokujući zahlađenje zbog kojeg bi planet postao nenaseljiv za mnoge vrste.
Problem je što se taj učinak znatno pojačao zbog ljudskih djelovanja - zabilježene su emisije CO2 u atmosferu 2014. godine, prema Svjetskoj meteorološkoj organizaciji (WMO). Ovo intenziviranje uglavnom je posljedica izgaranja fosilnih goriva, industrije i automobila, izgaranja šuma i stoke, što je rezultiralo globalnim zagrijavanjem.
Prema WMO-u, u posljednjih 140 godina prosječna globalna temperatura porasla je za 0,7 ° C. Iako se to ne čini puno, bilo je dovoljno da izazove značajne klimatske promjene. A prognoza je da će se, ako se stopa onečišćenja nastavi povećavati trenutnom brzinom, 2100. prosječna temperatura povećati s 4,5 ° C na 6 ° C.
Ovo povećanje globalne temperature rezultira topljenjem velikih masa leda u polarnim regijama, uzrokujući porast razine mora, što može dovesti do problema kao što su poniranje obalnih gradova i prisilna migracija ljudi; porast prirodnih katastrofa poput uragana, tajfuna i ciklona; dezertifikacija prirodnih područja; najčešće suše; promjene u obrascu padalina; problemi u proizvodnji hrane, jer promjene temperature mogu utjecati na proizvodna područja; i ometanje biološke raznolikosti, što može dovesti nekoliko vrsta do izumiranja. Tada možemo vidjeti da je globalno zatopljenje više od povećanja temperature - vezano je uz najrazličitije klimatske promjene.
Koji su glavni plinovi koji uzrokuju ovaj učinak?
1. CO2
Ugljični dioksid je ukapljeni plin, bez boje, mirisa, nezapaljiv, topiv u vodi, blago kiseli plin i identificiran je od strane Međuvladinog odbora za klimatske promjene (IPCC) kao glavni doprinos globalnom zagrijavanju. 78% ljudskih emisija i predstavlja 55% ukupnih globalnih emisija stakleničkih plinova.
Ovaj se plin prirodno stvara u disanju, razgradnjom biljaka i životinja i prirodnim sagorijevanjem u šumama. Njegova je proizvodnja prirodna i bitna za život, problem je veliki porast ove proizvodnje CO2, koji planetu donosi gubitke.
Čovjek je u velikoj mjeri odgovoran za ovo povećanje koncentracije ugljičnog dioksida u atmosferi. Spaljivanje fosilnih goriva i krčenje šuma dvije su glavne aktivnosti koje doprinose velikom ispuštanju ovog plina u atmosferu.
Izgaranje fosilnih goriva, supstanci mineralnog podrijetla nastalih ugljikovim spojevima, među kojima su mineralni ugljen, prirodni plin i naftni derivati, poput benzina i dizelskog ulja, koji se koriste za proizvodnju električne energije i automobila, predstavljaju u velikoj mjeri odgovoran za pretjeranu emisiju ugljičnog dioksida u atmosferu, uzrokujući zagađenje i promjene u toplinskoj ravnoteži planeta. Krčenje šuma također je odgovorno za uzrokovanje neravnoteže ugljičnog dioksida u atmosferi, jer osim što oslobađa plin izgaranjem drva, smanjuje i broj stabala odgovornih za fotosintezu koja apsorbiraju CO2 prisutan u atmosferi.
Pojačavanje efekta staklenika ne utječe samo na kopneni život, već ima i velik utjecaj na život u moru. Zagrijavanje morske vode djeluje izravno na koralje. Koralji su cnidariji koji žive u simbiozi s algom iz roda Symbiodinium(zooksantele). Te se alge smještaju u šupljine kalcijevog karbonata egzoskeleta (bijela boja) koralja, što im pomaže u uklanjanju sunčeve svjetlosti koja prodire u morske vode, a višak energije nastale fotosintezom ovih algi prenosi se na koralj ( uz to što mu daje boju). Kada se temperatura morske vode poveća, te alge počinju stvarati kemikalije otrovne za koralj. Kako bi se obranio, knidarijan ima strategiju protjerivanja algi. Proces protjerivanja traumatičan je i višak energije koju su alge dale koralju nestaje preko noći. Rezultat je izbjeljivanje i ubijanje ovih koralja (vidi više u našem članku "Klimatske promjene dovest će do izbjeljivanja koralja, upozorenje UN-a").
Studije pokazuju da su stoka i nusproizvodi odgovorni za najmanje 32 milijarde tona ugljičnog dioksida (CO2) godišnje, odnosno 51% svih emisija stakleničkih plinova u svijetu - pogledajte više na "Daleko izvan iskorištavanja životinja: uzgoj stoke promiče potrošnju prirodnih resursa i štetu na okolišu u stratosferskim razmjerima"
Uz to, visoka koncentracija CO2 povećava njegov parcijalni tlak u odnosu na plinsku smjesu u atmosferi, što ubrzava njegovu apsorpciju u izravnom dodiru s tekućinom, kao u slučaju oceana. Ova veća apsorpcija uzrokuje neravnotežu, jer CO2 u dodiru s vodom stvara ugljičnu kiselinu (H2CO3) koja se razgrađuje i oslobađa H + ione (odgovorne za povećanje kiselosti u mediju), karbonatne i bikarbonatne ione, zasićujući Ocean. Zakiseljavanje oceana odgovorno je za ometanje sposobnosti organizma koji stvaraju kalcifikaciju da tvore školjke, što dovodi do njihovog nestajanja (vidi više u našem članku "Zakiseljavanje oceana: ozbiljan problem za život na planetu").
Uz to, CO2 ima dugo vrijeme zadržavanja u atmosferi, koje varira od 50 do 200 godina; pa, čak i ako bismo je prestali izdavati, planetu bi trebalo puno vremena da se oporavi. To pokazuje potrebu za maksimalnim smanjenjem emisija, omogućujući prirodni apsorpciju ugljičnog dioksida od strane oceana i vegetacije, uglavnom šuma, i korištenjem tehnika za neutraliziranje već ispuštenog CO2.
Poput ugljičnog dioksida, i drugi staklenički plinovi utječu na planet. Da bi se stvorio usporedni obrazac između potencijala globalnog zatopljenja ovih plinova, stvoren je koncept ekvivalenta ugljika (ekvivalent CO2). Ovaj se koncept temelji na zastupljenosti ostalih stakleničkih plinova u CO2, pa se efekt staklenika za svaki plin u CO2 izračunava množenjem količine plina s njegovim potencijalom globalnog zagrijavanja (GWP) , što je povezano sa sposobnošću svakog od njih da apsorbira toplinu u atmosferi (zračna učinkovitost) u određenom vremenu (obično 100 godina), u usporedbi s istim kapacitetom apsorpcije topline od strane CO2.
2. CH4
Metan je plin bez boje, bez mirisa, male topljivosti u vodi i koji dodavanjem zraka postane vrlo eksplozivna smjesa. To je drugi najvažniji staklenički plin koji doprinosi oko 18% globalnog zatopljenja. Njegova koncentracija danas iznosi oko 1,72 dijela na milijun po volumenu (ppmv), povećavajući se stopom od 0,9% godišnje.
Njegova proizvodnja prirodnim procesima uglavnom dolazi iz močvara, aktivnosti termita i oceana. Povećanje njegove koncentracije u atmosferi, međutim, uglavnom je posljedica bioloških procesa, poput anaerobne razgradnje (bez kisika) organizama, probave životinja i izgaranja biomase, osim što je prisutno na odlagalištima, u obradi tekućih otpadnih voda i odlagališta otpada. , u uzgoju stoke, u rižinim rižama, u proizvodnji i distribuciji fosilnih goriva (plin, nafta i ugljen) i u hidroelektranama.
Među rezultatima koji proizlaze iz ljudskih čimbenika, Međuvladin panel za klimatske promjene (IPCC) procijenio je da polovica svih emisija metana potječe iz poljoprivrede, iz želuca goveda i ovaca, iz naslaga izmeta koji se koriste kao gnojiva, a također i iz plantaža riže. Kako se rast stanovništva samo povećava, tako se i oslobađanje metana povećava.
Metan ima kraće vrijeme zadržavanja (deset godina) u atmosferi u usporedbi s ugljičnim dioksidom, međutim njegov potencijal zagrijavanja je puno veći, imajući 21 puta veći utjecaj od CO2 (vidi više u našem članku “Metan plin puca i prijeti cilju 2 stupnja "). Osim velikog kapaciteta za apsorpciju infracrvenog zračenja (topline), metan stvara i druge stakleničke plinove, poput CO2, troposferskog O3 i stratosferske vodene pare. Da je u atmosferi bilo jednakih količina metana i ugljičnog dioksida, planet bi bio nenastanjiv.
Veliki ponor ovog stakleničkog plina nastaje kemijskom reakcijom između njega i hidroksilnog radikala (OH) u troposferi, koji je odgovoran za uklanjanje više od 90% emitiranog metana. Ovaj je proces prirodan, ali na njega utječe reakcija hidroksila s drugim emisijama plinova koje stvara čovjek, uglavnom ugljičnog monoksida (CO) i ugljikovodika koje emitiraju motori iz vozila. Uz to, postoje još dva manja ponora, koja se apsorbiraju prozračenim tlima i transportiraju u stratosferu. Da bi metan stabilizirao svoje koncentracije prisutne u atmosferi, potrebno je trenutno smanjenje od 15 do 20% globalnih emisija.
3. N2O
Dušikov oksid je bezbojni plin, ugodnog mirisa, niskih tališta i vrelišta, nezapaljiv, netoksičan i niske topljivosti. To je jedan od glavnih plinova koji pridonose jačanju efekta staklenika i posljedičnom globalnom zagrijavanju. Iako je emisija niska u odnosu na druge plinove, efekt staklenika je oko 300 puta intenzivniji od CO2 i u atmosferi ostaje dugo - oko 150 godina. N2O je u stanju apsorbirati vrlo visoku količinu energije, jer je plin koji uzrokuje najviše razaranja u ozonskom omotaču, odgovoran za zaštitu Zemljine površine od ultraljubičastog zračenja.
N2O mogu prirodno proizvesti šume i oceani. Njegov proces emisije događa se tijekom denitrifikacije ciklusa dušika. Dušik (N2) prisutan u atmosferi biljke hvataju i pretvaraju u amonijak (NH3) ili amonijeve ione (NH4 +) u procesu koji se naziva nitrifikacija. Te se tvari talože u tlu i biljke ih kasnije koriste. Taloženi amonijak može proći postupak nitrifikacije stvarajući nitrate. Kroz postupak denitrifikacije mikroorganizmi prisutni u tlu mogu transformirati nitrate u plinoviti dušik (N2) i dušikov oksid (N2O), emitirajući ih u atmosferu.
Glavni izvor emisija dušikovog oksida u čovjeku je poljoprivredna djelatnost (približno 75%), dok energija i industrijska proizvodnja te izgaranje biomase doprinose oko 25% emisija. IPCC ističe da oko 1% dušičnog gnojiva korištenog u plantažama završi u atmosferi u obliku dušikovog oksida.
U poljoprivrednoj djelatnosti postoje tri izvora proizvodnje N2O: poljoprivredna tla, sustavi životinjske proizvodnje i neizravne emisije. Dodavanje dušika u tlo može se dogoditi uporabom sintetičkih gnojiva, stajskog gnoja ili ostataka usjeva. A njegovo oslobađanje može se dogoditi postupcima nitrifikacije i denitrifikacije koje provode bakterije u tlu ili razgradnjom stajskog gnoja. Neizravne emisije mogu se pojaviti, na primjer, zbog povećanja proizvodnje N2O u vodenim sustavima, kao rezultat procesa ispiranja (erozija ispiranjem hranjivim tvarima) iz poljoprivrednih tla.
U proizvodnji energije, procesi izgaranja mogu stvarati N2O izgaranjem goriva i oksidacijom atmosferskog N2. Velike količine ovog GHG emitiraju vozila opremljena katalizatorima. Izgaranje biomase oslobađa N2O tijekom izgaranja vegetacije, sagorijevanja smeća i krčenja šuma.
Još uvijek postoji mala, ali značajna emisija ovog plina u atmosferu koja dolazi iz industrijskih procesa. Ti postupci uključuju proizvodnju adipinske kiseline i dušične kiseline.
Prirodni ponor za ovaj plin su fotolitičke reakcije (u prisutnosti svjetlosti) u atmosferi. U stratosferi koncentracija dušikovog oksida opada s visinom, uspostavljajući vertikalni gradijent brzine miješanja. Frakcija N2O koja se emitira na površini podvrgava se razgradnji, uglavnom ultraljubičastom fotolizom, kada ulazi u stratosferu, kroz tropopauzu.
Prema IPCC-u, da bi se stabilizirale trenutne koncentracije dušikovog oksida, trebalo bi odmah postići smanjenje od oko 70 do 80% njegove proizvodnje.
4. O3
Stratosferski ozon je sekundarna zagađivač, odnosno ne emitira se izravno ljudskim aktivnostima, već nastaje reakcijom s drugim zagađivačima ispuštenim u atmosferu.
U stratosferi se ovaj spoj nalazi prirodno i ima važnu funkciju apsorpcije sunčevog zračenja i sprečavanja ulaska većine ultraljubičastih zraka. Međutim, kada nastane u troposferi od spoja ostalih onečišćujućih tvari, vrlo je oksidira i štetno.
Troposferski ozon može se dobiti u ograničenim količinama zbog premještanja stratosferskog ozona i u većim količinama složenim fotokemijskim reakcijama povezanim s emisijom plinova od strane čovjeka, obično dušičnog dioksida (NO2) i hlapljivih organskih spojeva. Te se onečišćujuće tvari oslobađaju uglavnom u sagorijevanju fosilnih goriva, hlapljenju goriva, stočarstvu i u poljoprivredi.
U atmosferi ovaj spoj aktivno doprinosi pojačavanju efekta staklenika, s većim potencijalom od CO2, i odgovoran je za sivi dim u gradovima. Njegova visoka koncentracija može donijeti probleme ljudskom zdravlju, a glavni su učinci pogoršanje simptoma astme i respiratornog nedostatka, kao i drugih plućnih (emfizem, bronhitis, itd.) I kardiovaskularnih (arterioskleroza) bolesti. Uz to, dugo vrijeme izlaganja može uzrokovati smanjenje kapaciteta pluća, razvoj astme i smanjenje očekivanog životnog vijeka.
5. Halokarboni
Najpoznatiji halokarboni u ovoj skupini plinova su klorofluoroogljikovodici (CFC), hidroklorofluoroogljikovodici (HCFC) i hidrofluoroogljikovodici (HFC).
Klorofluorougljik je umjetna tvar na bazi ugljika koja sadrži klor i fluor. Njegova je upotreba započela oko 1930-ih, kao alternativa amonijaku (NH3), jer je manje toksičan i nezapaljiv u industriji hlađenja i klimatizacije, pjenama, aerosolima, otapalima, proizvodima za čišćenje i vatrogasnim aparatima.
Ti su se spojevi smatrali inertnima sve do 1970-ih, kada je otkriveno da uzrokuju rupe u ozonskom sloju. Smanjenje ozonskog omotača pogoduje ulasku ultraljubičastih zraka koje uzrokuju efekt staklenika i istodobno povećavaju rizike za ljudsko zdravlje, kao u slučaju raka kože zbog prekomjernog izlaganja suncu.
Tim se podacima Brazil, između ostalih zemalja, pridržavao Bečke konvencije i Montrealskog protokola 1990. godine, obvezujući se Uredbom 99.280 / 06/06/1990 da će u potpunosti eliminirati CFC-ove do siječnja 2010., uz ostale mjere . Ciljevi nisu ispunjeni, ali postoji veliki trenutni trend preokretanja štete na ozonskom omotaču, kako izvještava Razvojni program Ujedinjenih naroda (UNDP). Očekuje se da će se do 2050. godine sloj vratiti na razinu prije 1980.
Uništavanje ozonskog sloja tim spojevima je veliko. Razgradnja sloja događa se u stratosferi, gdje sunčeva svjetlost fotolizira te spojeve, oslobađajući atome klora koji reagiraju s ozonom, smanjujući njihovu koncentraciju u atmosferi i uništavajući ozonski sloj.
Prvo, ozon se razgrađuje razgradnjom molekula CFC-a sunčevim zračenjem u stratosferi:
CH3Cl (g) → CH3 (g) + Cl (g)
Tada oslobođeni atomi klora reagiraju s ozonom, prema sljedećoj jednadžbi:
Cl (g) + O3 → ClO (g) + O2 (g)
Stvoreni ClO (g) ponovno će reagirati s atomima bez kisika, tvoreći više atoma klora, koji će reagirati s kisikom i tako dalje.
ClO (g) + O (g) → Cl (g) + O2 (g)
Kako se reakcija atoma klora s ozonom događa 1500 puta brže od reakcije između atoma bez kisika u atmosferi koji razgrađuju ozon, dolazi do intenzivnog uništavanja ozonskog sloja. Dakle, atom klora sposoban je uništiti 100 molekula ozona.
Da bi se zamijenila upotreba CFC-a, proizvedeni su HCFC-ovi koji su mnogo manje štetni za ozonski omotač, ali i dalje uzrokuju štetu i glavni doprinose pojačavanju efekta staklenika.
HFC-ovi komuniciraju s stakleničkim plinovima, pridonoseći globalnom zagrijavanju. Ovi plinovi imaju radioaktivnu učinkovitost mnogo veću od one ugljičnog dioksida, prema usporedbi s Potencijalom globalnog zagrijavanja (GWP). Razvoj ovih spojeva smanjio je problem uništavanja ozonskog omotača, ali je povećao temperaturu planeta, uslijed globalnog zagrijavanja generiranog emisijom tih spojeva.
Također pogledajte videozapis Nacionalnog instituta za svemirska istraživanja (Inpe) o razgradnji ozonskog omotača od CFC-a.
6. Vodena para
Vodena para najviše doprinosi prirodnom efektu staklenika, jer zadržava toplinu prisutnu u atmosferi i distribuira je po cijelom planetu. Glavni su joj prirodni izvori površine vode, leda i snijega, površine tla i površine biljaka i životinja. Prolazak na paru fizikalnim procesima isparavanja, sublimacije i znojenja.
Vodena para vrlo je promjenjiva sastavnica zraka, a faze se lako mijenjaju u skladu s prevladavajućim atmosferskim uvjetima. Te fazne promjene popraćene su oslobađanjem ili apsorpcijom latentne topline koja, povezana s transportom vodene pare kroz atmosfersku cirkulaciju, djeluje u raspodjeli topline po zemaljskoj kugli.
Ljudske aktivnosti imaju malo izravnog utjecaja na količinu vodene pare u atmosferi. Utjecaj će se pojaviti neizravno, pojačavanjem efekta staklenika koji proizlazi iz drugih aktivnosti.
Hladni zrak zadržava malu količinu vode u usporedbi s vrućim, pa atmosfera u polarnim područjima sadrži malo vodene pare u usporedbi s atmosferom u tropskim regijama. Dakle, ako se pojača efekt staklenika koji generira porast globalne temperature, u atmosferi će biti više vodene pare zbog većih stopa isparavanja. Ova para će zauzvrat zadržati više topline, pridonoseći pojačanju efekta staklenika.
Što možemo učiniti da smanjimo pojačavanje ovog fenomena?
Visoka emisija ovih stakleničkih plinova rezultat je ljudskih aktivnosti prema glavnom znanstvenom mišljenju na djelu. Njegov pad ovisi o promjeni stava tvrtki, vlada i ljudi. Promjene u kulturi nužne su za obrazovanje usmjereno na održivi razvoj. Potrebno je da više ljudi počne tražiti alternative koje uzrokuju manje utjecaja i koje pokrivaju vlasti i tvrtke koje smanjuju emisiju plinova.
U Brazilu su glavni izvori emisija stakleničkih plinova (GHG), kako fizičke jedinice, tako i procesi koji ispuštaju dio stakleničkih plinova u atmosferu,: krčenje šuma, transport, stoka, enterična fermentacija, elektrane na fosilna goriva i industrijski procesi.
Krčenje šuma glavni je čimbenik koji se može ublažiti pošumljavanjem i uporabom recikliranog materijala. Za svaku tonu recikliranog papira štedi se deset do 20 stabala. To predstavlja uštedu prirodnih resursa (neobrezana stabla i dalje apsorbiraju CO2 fotosintezom), a papir za recikliranje koristi polovicu energije potrebne za proizvodnju konvencionalnim postupkom. Reciklirana limenka štedi na energiji ekvivalent potrošnji televizora uključenog tri sata.
Sektor prometa vrlo je relevantan u emisiji izgaranjem fosilnih goriva, a može ga ublažiti tehnologijama u kojima dominira i raširena je zemlja, poput etanola i biodizela, upotrebom električnih vozila ili pogonom na vodikove stanice, ili korištenjem transporta alternative, poput bicikla i podzemne željeznice. Kao i u transportu, u termoelektranama zamjena fosilnih goriva čistijim energijama, poput šećerne trske, također pomaže smanjiti emisiju tih plinova.
Crijevna fermentacija pridonosi emisiji plinova probavom preživača. Ovaj se izvor može smanjiti poboljšanjem stočne prehrane i poboljšanjem pašnjaka (odgovarajuća gnojidba tla). Zamjenom aditiva za hranu aditivima koji napadaju protozoe u buragu smanjuje se emisija metana od životinja za 10 do 40%. Ideja je da ti aditivi ubijaju protozoe, koji doprinose velikom dijelu proizvodnje vodika koji koriste arhejske bakterije (prisutne u crijevima preživača). Kako ove bakterije dobivaju energiju apsorbiranjem vodika i ugljičnog dioksida, u procesu koji rezultira metanom, s manje dostupnog vodika bit će manje proizvodnje metana.
Također je potrebno poboljšati proizvodni proces u industrijama, tražeći načine da se manje utječe, a ne da se emitiraju mnogi staklenički plinovi.
Te će se promjene dogoditi samo punjenjem ljudi, pa je potrebno da se svi kreću! Ako ne poduzmemo neposredne mjere, platit ćemo vrlo visoku cijenu zanemarivanja svojih stavova.
