9. Оксиды углерода и другие парниковые эффекты

Моноксид углерода. CO – угарный газ, относится к основным загрязнителям воздуха, хотя в незагрязненном воздухе содержание его невелико.

Общее содержание в земной атмосфере составляет 6*10⁸ т.

Наиболее существенными антропогенными источниками СО в атмосфере являются автомобильный транспорт, промышленные предприятия, ТЭЦ.

Суммарное количество СО, образующееся во всем мире за счет деятельности человека, оценивается в 30% от общего количества СО в атмосфере.

Тот факт, что при этом атмосферный уровень СО невелик, свидетельствует о протекании процессов, приводящих к потреблению СО. Среднее время пребывания СО в атмосфере составляет примерно 6 месяцев.

Окисление СО в СО2 происходит, как указано ранее, с участием гидроксидного радикала:

СО+НО→СО2+Н.

Токсическое действие СО основано на его способности прочно связываться с ионами железа в молекуле гемоглобина, в 210 раз более эффективно, чем О2.

Образующийся в результате этой реакции карбоксигемоглобин теряет способность переносить кислород.

Например, при концентрации СО 0,075 об.% на 60% снижается способность крови переносить О2 а при вдыхании такого воздуха в течение часа наступает смерть.

Концентрация СО 1 об.% смертельна в течение нескольких минут.Очень серьезной причиной отравления СО является курение. Вдыхаемый при курении дым содержит примерно 400 млн-1 СО.

Содержание карбоксигемоглобина в крови курильщиков, выкуривающих пачку сигарет в день, составляет в среднем 4,7%. У некурящих людей содержится всего 0,3-0,5% карбоксигемоглобина.

Эта небольшая концентрация создается в результате выделения незначительных количеств СО при протекании химических процессов в организме, а также вследствие наличия даже в незагрязненном воздухе небольшого количества СО.

Оксид углерода(СО) опасен не только в высоких концентрациях, но и в низких. Он может быть причиной сердечных приступов. Даже при уровне карбоксигемоглобина в крови 2% состояние больных стенокардией ухудшается.

Причина этого в том, что оксид углерода(СО) уменьшает перенос кислорода к тканям, а ткань, которая особенно чувствительна к недостатку кислорода, — это миокард (сердечная мышца).

Диоксид углерода

В конце 18 в. начался заметный рост концентрации СО2, что было связано вначале с вырубкой лесов, затем основной вклад стало давать сжигание ископаемого топлива.

Выброс углекислого газа в земную атмосферу постоянно увеличивается.

Общее промышленное выделение СО2 в атмосферу растет примерно на 3,5% в год и в настоящее время достигает около 30 млрд. т/год.

Это прежде всего предприятия энергетики, затем химические предприятия и транспортные средства. Например, воздушный лайнер за 7 часов полета сжигает около 35 т О2, легковой автомобиль сжигает 1 т О2 каждые 1-1,5 тыс. км пробега. Примерно такое же количество СО2 выбрасывается в атмосферу.

Среднее время пребывания СО2 в атмосфере примерно составляет 2-4 года.

Население планеты выделяет в год более 6 млрд. т СО2 . С учетом домашних животных эта цифра, по меньшей мере, удвоится. Тем самым чисто биологический вклад в увеличение содержания СО2 в атмосфере оказывается соизмеримым с промышленным выбросом СО2 . Все это происходит на фоне возрастающей скорости уничтожения лесов – легких планеты и уменьшения общей массы наземной растительности.

В результате натурных исследований установлено, что средняя концентрация в атмосфере постоянно увеличивается примерно на 3,4% в год. В то же время она претерпевает периодические сезонные колебания, амплитуда которых составляет около 2% среднего значения. Все это вызывает серьезную озабоченность в связи с возможным потеплением климата.

К созданию парникового эффекта в атмосфере приводит увеличение содержания парниковых газов.

Эти газы, будучи прозрачными для коротковолновых солнечных лучей, плохо пропускают длинноволновые излучения, уходящие обратно в космическое пространство.

В результате нижний слой атмосферы и поверхность Земли нагреваются.

Солнечное излучение падает на Землю. Большая его часть проникает сквозь атмосферу и, поглощаясь, нагревает поверхностный слой Земли. Землей испускается невидимое инфракрасное излучение, в результате чего Земля охлаждается. Однако часть этого излучения поглощается парниковыми газами в атмосфере, которые играют роль «одеяла», удерживающего тепло.

Парниковые газы — это газы, создающие в атмосфере экран, задерживающий инфракрасные лучи, которые в результате нагревают поверхность Земли и нижний слой атмосферы.

Наиболее значимым по количеству природным парниковым газом являются пары воды Н2О.

За ним следует СО2. Предполагают, что увеличение содержания в атмосфере на 60% от современного уровня может вызвать повышение температуры земной поверхности на 1,2-2,00 С.

Основная причина накопления в атмосфере связана с промышленностью, которая использует в качестве источника энергии ископаемое топливо. Углеродоёмкое топливо – это уголь, за ним следуют нефть и природный газ.

Ежегодный выброс углерода в виде в 90-х годах составил 5,6 -5,7 млрд т.Если уровень потребления ископаемых топлив сохранится до 2050 г., то концентрация СО2 в атмосфере возрастает вдвое.

В отсутствие других факторов это приведет к повышению температуры поверхности Земли на 30С.1/3 СО2 в атмосфере Европы связана с работой автомобилей. Вырубка лесов способствует переходу СО2 в атмосферу. Это происходит при сжигании деревьев и при гниении древесины. Влияние СО2 на глобальное потепление в конце XX века оценивается в 55 – 64 %.

Растет содержание в атмосфере не только СО2 , но и др. «парниковых» газов в частности N2O, SO2, NH3, O3, а также , фреонов и др. органических веществ. При сохранении темпов роста концентрации этих «парниковых» газов к 2025 г. загрязнение атмосферы будет эквивалентно удвоению содержания СО2.Следующим значимым парниковым газом является СН4. При добыче и транспортировке СН4 попадает в атмосферу. Источником СН4 служат также болота, которые ежегодно выделяют около 115 млн т этого газа.

Рисовые плантации ежегодно производят около 110 млн т СН4 .Кроме того выделяется при силосовании, при разложении древесины в анаэробных условиях. Примерно 20 % глобального потепления обусловлено присутствием метана в атмосфере.Большой вклад в развитие парникового эффекта вносят ХФУ. Они активнее СО2 в тысячу раз. На фреоны приходится около 10 % глобального потепления.

Признаки проявление парникового эффекта:

1) жара и засуха, которые затронули многие регионы планеты в 1980-е гг.;

2)увеличение расстояния до зоны вечной мерзлоты на Аляске и в канадской Арктике;

3)повышение средней температуры озер в Канаде;

4)убывание количества айсбергов на севере Европы и в других районах мира;

5)необычные климатические явления в последние годы XX в. — ураган Хьюго, наводнения в Африке и Индии, бури в Европе;

6)уменьшение толщины льда в Арктике и Антарктике.

Наряду с увеличением содержания в атмосфере «парниковых газов», большими темпами растет запыленность воздуха.

Увеличение концентрации аэрозолей в атмосфере приводит к понижению температуры.

При увеличении содержания твердых частиц в атмосфере в 4 раза, температура у поверхности Земли в отсутствие компенсирующих факторов понизится на 3,50 С.

Таким образом, антропогенный фактор оказывает все более ощутимое воздействие на глобальные процессы, связанные с тепловым режимом атмосферы.

При этом, какой бы из факторов ни преобладал – увеличение температуры поверхности Земли под влиянием «парниковых» газов или снижение ее из-за уменьшения прозрачности атмосферы, - эффект в любом случае отрицателен.