Атмосфера Влияние деятельности человека на атмосферу и климат

Атмосфера. Влияние деятельности человека на атмосферу и климат Лекция 2

Средняя температура поверхности Земли + 15 о. С, без парникового эффекта она была бы - 18 о. С. Парниковый эффект - один из механизмов жизнеобеспечения на Земле. Парниковый эффект – разогревание нижних слоев атмосферы, возникающее за счет поглощения отраженного теплового излучения поверхности Земли молекулами газов

Парниковый эффект • Атмосфера слабо поглощает солнечную радиацию в видимой части спектра, большая часть которой достигает земной поверхности, но задерживает длинноволновое тепловое ИК излучение, исходящее от ее поверхности, что приводит к значительному повышению температуры ее нижних слоев.

Парниковый эффект Парниковым может считаться любой газ, поглощающий в ИК-области и содержащийся в сколь угодно малых количествах в атмосфере. • водяной пар, находящийся в атмосфере • углекислый газ (диоксид углерода) (СО 2), • метан (СН 4), • оксиды азота, в особенности N 2 O • озон (О 3) • хлорфторуглероды

Парниковый эффект каждого из таких газов зависит от трех основных факторов: 1. ожидаемого парникового эффекта на протяжении ближайших десятилетий или веков (например, 20, 100 или 500 лет), вызываемого единичным объемом газа, уже поступившим в атмосферу, по сравнению с эффектом от углекислого газа, принимаемым за единицу; 2. типичной продолжительности его пребывания в атмосфере 3. объема эмиссии газа.

Основные особенности газов с парниковым эффектом Концентрация, частей на миллиард Относительный парниковый потенциал газа на ближайшие 20 лет Продолжительность существования в атмосфере, гг. СО 2 358000 1 50– 200 СН 4 1720 12 16 N 2 O 312 290 120 0, 1 -0, 3 300 -8000 от 7 до 400 CFC (ХФУ)

Вклад парниковых газов в изменение радиационного баланса (2000 г. )

16 февраля 2005 г. вступил в силу Киотский протокол, по которому предусмотрено сокращение эмиссии парниковых газов.

n 1992 г. в Рио де Жанейро принята рамочная конвенция ООН об изменении климата, далее к ней разработан и подписан Киотский протокол (1997)

Конвенция прямо увязывает изменения климата с развитием Цель Рамочной Конвенции по изменению климата достичь стабилизации концентрации парниковых газов в атмосфере на достаточно низком в сроки уровне, достаточные позволяющем не для того, допустить чтобы “опасного антропогенного вмешательства” в климатическую систему • экосистемы могли адаптироваться естественным образом к изменениям климата; • производство продовольствия не было поставлено под угрозу, и • экономическое развитие продолжалось устойчивыми темпами РКИК ООН подписана 192 Сторонами – глобальный охват 11

Альтернатива Киото n Летом 2005 г. США, Китай, Австралия, Индия, Южная Корея и др. страны региона подписали соглашение «Азиатско Тихоокеанское партнерство по экологическому развитию и климату»

существует несколько главных позиций Соединенные Штаты • Изменение климата – проблема долгосрочная • Акцент на технологиях дающих сокращения в течение 20 -30 лет, а не обязательных для выполнения целевых показателях и сроках Азиатско- Тихоокеанское партнерство (2006 г. ) Европейский Союз • Изменение климата - насущный вопрос • Шанс избежать опасного вмешательства может быть упущен в ближайшие 10 -20 лет • Необходимы обязательные целевые показатели и сроки Развивающиеся страны (Г 77) • Изменение климата- насущный вопрос • Развитые страны несут ответственность и должны действовать первыми • Приоритет - развитие, борьба с нищетой • Нужны дружественные климату технологии США, Австралия, Индия, Япония, Китай, Южная Корея 13

Концентрации парниковых газов растут • • Повышение уровней после 1750 г. вследствие развития хозяйственной деятельности Резкий рост за последние 50 лет Концентрации CO 2 в атмосфере сохранялись ниже 300 ppm по крайней мере на протяжении 600, 000 лет В настоящее время они составляют 380 ppm и продолжают расти

Атмосферная концентрация CO 2 ppm Конец 2010: 389. 6 ppm Среднегодовая скорость роста (ppm г-1) Скорость роста концентрации (среднее по десятилетиям) 1970 – 1979: 1. 3 ppm г-1 1980 – 1989: 1. 6 ppm г-1 1990 – 1999: 1. 5 ppm г-1 2000 – 2010: 1. 9 Data Source: Thomas Conway, 2011, NOAA/ESRL + Scripts Institution 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2004 2003 2002 2001 2000 2. 36 1. 63 1. 81 2. 11 1. 83 2. 39 1. 58 2. 20 2. 40 1. 89 1. 22

Эмиссия CO 2 от сжигания ископаемого топлива (главные эмиттеры - Top Emitters) 2500000 КНР 2. 24 Гт 2010 рост к 2009 г 10. 4% 2000 Эмиссия С-СО 2 Гт/год 2000000 1. 44 Гт 1500000 США 4. 1% 1000000 500 Индия 0. 56 Гт РФ 0. 46 Гт 500000 0 9. 4% 5. 8% 6. 8% Япония 0. 31 Гт 1990 2000 2010 199019911992199319941995199619971998199920002001200220032004200520062007200820092010 Годы 0 Global Carbon Project 2011; Peters et al. 2011, Nature CC; Data: Boden, Marland, Andres-CDIAC 2011

A SA IN R DIA U SS JA IA G ER PA M N AN SO Y U TH IR KO AN S C RE U AU AN A N IT DI AD ED AR A KI AB N I IN GD A D O OM N E SO M SIA U IT TH EX AL I AF CO Y R (in IC cl. S BR A FR an AZ AN M IL C AU ar E i (in STR no) cl. M AL on IA PO aco ) TH LA N AI D LA N D U IN H 2500000 2500 2000000 2000 5 1500000 1500 4 3 1000000 1000 2 500000 500 1 0 0 0 Global Carbon Project 2011; Data: Boden, Marland, Andres-CDIAC 2011; Population World Эмиссия на 1 человека в т С/год C Общая эмиссия ССО 2, млн. т/год 20 главных эмиттеров CO 2 и эмиссия в расчете на 1 человека в 2010 г 6

Антропогенная эмиссия СО 2 относительно ее природных источников на Земле (%) Дыхание наземной биоты 25 Дыхание океанической биоты Дыхание почв 30 Антропогенная эмиссия

Судьба эмитированного CO 2 (2010) 9. 1± 0. 5 Гт C г-1 5. 0± 0. 2 Гт C г-1 50% + 0. 9± 0. 7 Гт C г-1 2. 6± 1. 0 Гт C г-1 26% NPP 24% 2. 4± 0. 5 Гт C г-1 Среднее по 5 моделям Global Carbon Project 2010; Updated from Le Quéré et al. 2009, Nature Geoscience; Canadell et al. 2007, PNAS

§ Растущее население Земли в обозримом будущем вряд ли откажется от использования традиционных источников энергии, хотя все шире разрабатываются энергосберегающие технологии, расширяются масштабы использования нетрадиоционных, возобновляемых источников энергии. § Вместе с тем парниковый эффект независимо от внедрения новых технологий энергосбережения и принятия новых «киотских протоколов» будет продолжать нарастать. Надежды на масштабное секвестирование СО 2 искусственно создаваемыми экосистемами не оправданы. § Уровень насыщения органическим углеродом экосистем определяется по всей вероятности почвенноклиматическими особенностями и этот уровень имеет свои ограничения. При изменении типа землепользования накопленный Сорг. может легко опять очутиться в атмосфере.

§ Для человечества остается одно – направить усилия на разработку адаптационных механизмов (мероприятий) к меняющимся условиям окружающей среды (разработка технологий защиты от экстремальных погодных явлений, технологии быстрой ликвидации лесных пожаров, эффективные технологии защиты от наводнений и др. ). § Во благо развития сельского и лесного хозяйства максимально использовать преимущества удобрительного эффекта повышенной концентрации СО 2 в атмосфере. § Для России весьма актуальным является подготовка к возможному отступлению вечной мерзлоты и, соответственно, решение проблем безопасного строительства в районах крайнего Севера и распространения вечной мерзлоты.

n Кислотные осадки

В естественных условиях атмосферные осадки обычно имеют нейтральную или слабо кислую реакцию, то есть показатель их кислотности/ щелочности обычно меньше 7, 0: р. Н < 7 В присутствии углекислого газа и при температуре 20 о С дождевая вода имеет р. Н = 5, 6 В присутствии других природных газов р. Н дождевой воды снижается примерно до р. Н = 5, 0 Кислотные осадки (или “кислотные дожди”) это осадки с р. Н<5.

Краткая история кислотных осадков n n n 1852 год впервые открывают серную кислоту в дождевых осадках в промышленных районах Манчестера и Лондона (Англия); 1870 год, спонтанная конденсация водяного пара облегчается в присутствии частичек пыли и крупинок соли; 1914 год П. Коссович впервые в России проводит анализ химического состава осадков, отобранных в различных районах, и выявляет значимость антропогенных выбросов соединений серы;

Краткая «биография» кислотных осадков n 1930 год в Англии пускается первая промышленная установка сероочистки дымовых выбросных газов тепловой электростанции; n 1939 год в США впервые проведены измерения кислотности дождевых осадков; n 1952 год знаменитый лондонский смог, унесший тысячи жизней; 1950 е и 1960 е годы шведские ученые обнаруживают значительное закисление осадков в Скандинавии (p. H<4, 0) ; • n

Краткая «биография» кислотных осадков n n n 1957 год в СССР создана сеть станций мониторинга химического состава осадков; 1960 е и 1970 е годы наблюдаются первые последствия кислотных осадков в Скандинавии, Канаде и США, проявляющиеся в закислении озер и рек, сокращении популяций различных видов рыб и повреждении хвой ных лесов; 1972 год в СССР создана Общегосударственная служба наблюдений и контроля загрязнения природной среды (в настоящее время государственная система наблюдений за состоянием окружающей природной среды), отслеживающая, в частности, концентрации кислотообразующих веществ в атмосфере и в осадках;

Краткая «биография» кислотных осадков n 1979 год в Женеве подписывается <·Конвенция о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния). n Для реализации Конвенции действует Совместная программа наблюдения и оценки распространения загрязнителей воздуха на большие расстояния в Европе отслеживающая, в частности, состояние кислотного загрязнения европейского региона; n 1990 год Конгресс США принимает «Закон о чистом воздухе» (Clean Air Act Amendments);

Краткая «биография» кислотных осадков n n n 1990 -е годы в России происходит значительное сокращение выбросов основных кислотообразующих веществ, связанное со спадам промышленного производства; 1991 год начала действовать международная Программа Арктического Мониторинга и Оценки (АМАР), отслеживающая, в частности, состояние кислотного загрязнения арктического региона; 1998 год организована сеть мониторинга кислотных осадков в Восточной Азии (ЕАНЕ 1).

Кислотные осадки бывают двух типов: n n сухие, обычно выпадающие невдалеке от источника их поступления в атмосферу, влажные (дождь, снег и пр. ), распространяющиеся на большие расстояния, соизмеримые с размерами континентов.

Основные компоненты кислотных осадков: • аэрозоли оксидов серы и азота (SOх и NОx), которые при взаимодействии с атмосферной, гидросферной или почвенной влагой образуют серную, азотную и другие кислоты

Основные природные источники : извержения вулканов, лесные пожары, эрозия почв и др.

Основные антропогенные источники - процессы сжигания горючих ископаемых, главным образом угля, в тепловых электростанциях, в котельных, в металлургии, нефтехимической промышленности, на транспорте и пр. - сельское хозяйство

Кислотные осадки

Основные пути снижения эмиссии оксидов азота и серы n n промывка измельченного угля перед его сжиганием Понижение температуры сжигания угля Извлечение серы из отходящих газов и т. п. Экономия использования энергии

Виды ущерба от кислых осадков n n Деградация водных систем Гибель лесов Возрастание заболеваемость людей Ущерб зданиям, сооружениям из мрамора Ca. CO 3+H 2 SO 4→Ca. SO 4+H 2 O Мрамор превращается в гипс

n Исторические памятники Греции и Рима, простояв тысячелетия, в последние годы разрушаются прямо на глазах.

Такая же судьба грозит и Тадж-Махалу — шедевру индийской архитектуры периода Великих Моголов, в Лондоне — Тауэру и Вестминстерскому аббатству.

На соборе Св. Павла в Риме слой портлендского известняка разъеден на 2, 5 см. В Голландии статуи на соборе Св. Иоанна тают, как леденцы. Черными отложениями изъеден королевский дворец на площади Дам в Амстердаме.