Что такое парниковые газы и парниковый эффект?

Парниковые газы задерживают солнечное тепло вблизи Земли так же, как изолирующие стеклянные панели удерживают тепло внутри теплицы. Тепло приходит на Землю в виде видимого солнечного света. Когда солнечный свет излучается обратно с Земли, он принимает форму длинноволновой (инфракрасной и невидимой) энергии. Эта энергия беспрепятственно выйдет из атмосферы Земли и уйдет в космос. Однако парниковые газы поглощают большую часть энергии, задерживая ее в нижних слоях атмосферы Земли, где она нагревает океаны, водные пути и поверхность планеты. Возникающее в результате повышение температуры называется парниковым эффектом. (1)

Основными парниковыми газами являются диоксид углерода (углекислый газ), метан, оксид азота и небольшая группа синтетических химикатов под названием гидрофторуглероды. Углекислый газ является наиболее ответственным за парниковый эффект газом, поскольку он наиболее распространен и сохраняется в атмосфере в течение 300–1000 лет. (2)

Согласно ежегодному обзору состояния климата, публикуемому Национальным управлением океанических и атмосферных исследований (NOAA), атмосферные концентрации углекислого газа в 2020 году были на самом высоком уровне, когда-либо зарегистрированном с помощью приборов. Они также находились на более высоком уровне, чем любой, обнаруженный при анализе множества мельчайших частиц сажи, пыли, пепла, соли и пузырьков, которые когда-то плавали в атмосфере Земли и на протяжении 800 000 лет были захвачены ледниковым льдом. (3)

Неудивительно, что NASA сообщило, что 2020 год был таким же жарким во всем мире, как и 2016 год, который ранее был рекордсменом «самого жаркого года в истории». (4)

Парниковый эффект является антропогенным

«Антропогенный» означает «от людей». Согласно отчету Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) от августа 2021 года, это слово описывает обилие парниковых газов, которые нагревали Землю после промышленной революции. В отчете говорится: «Наблюдаемое увеличение концентраций хорошо смешанных парниковых газов (ПГ) примерно с 1750 года однозначно вызвано деятельностью человека». (5)

В докладе также говорится, что сочетание антропогенных парниковых газов в современном мире в значительной степени генерируется сжиганием ископаемого топлива, сельским хозяйством, обезлесением и разложением отходов.

Как и МГЭИК, Агентство по охране окружающей среды США (EPA) называет сжигание ископаемого топлива – чаще всего для электричества, тепла и транспорта – самым крупным источником парниковых газов. (6)

EPA также объясняет, что атмосферные гидрофторуглероды (четвертый по величине тип парниковых газов) производятся для использования в холодильном оборудовании, кондиционировании воздуха, теплоизоляции зданий, системах пожаротушения и аэрозолях. (7)

Согласно Программе ООН по окружающей среде, использование гидрофторуглеродов стало популярным в 1990-х годах после того, как международное соглашение, называемое Монреальским протоколом, предусматривало постепенный отказ от газов, разрушающих озоновый слой. (8)

Основные парниковые газы

Основными антропогенными парниковыми газами являются углекислый газ, метан, оксид азота и небольшая группа синтетических химикатов, известных как гидрофторуглероды.

Основными источниками углекислого газа, метана и оксида азота для человека являются сжигание ископаемого топлива, сельское хозяйство, вырубка лесов и разложение отходов.

Гидрофторуглероды – это химические вещества, которые производятся для использования в холодильном оборудовании, кондиционировании воздуха, теплоизоляции зданий, системах пожаротушения и аэрозолях. (9)

Неантропогенные парниковые газы

Относительно небольшой процент парникового эффекта обусловлен естественными парниковыми газами, которые производились на протяжении всей истории Земли в результате нормальной геологической активности. В таких количествах парниковые газы приносят пользу планете, а не являются для нее проблемой.

По данным Всемирной метеорологической организации ООН, парниковый эффект, возникающий в результате естественной геологической активности, повышает среднюю температуру поверхности Земли на 33°C. Без этого эффекта естественного парникового газа средняя температура поверхности Земли была бы около -18°C. Земля, вероятно, не была бы пригодна для обитания тех форм жизни, которые мы знаем сегодня. (10)

Какими бы полезными ни были парниковые газы, генерируемые естественным путем, в 21 веке атмосфера была затоплена антропогенными парниковыми газами, поэтому повседневная жизнь на Земле нарушается. Острова и береговые линии затоплены. Ураганы, торнадо и лесные пожары свирепствуют. Коралловые рифы и другие морские животные гибнут. Белые медведи садятся на битые глыбы льда. Под угрозой находятся многие виды растений и животных, а также большая часть пищевой цепи, от которой зависят животные и люди.

В статье 2020 года, опубликованной в рецензируемом журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), представлены данные о 538 видах растений и животных, встречающихся во всем мире, и содержится предупреждение о том, что парниковый эффект может вызывать вымирание 16–30% этих видов к 2070 году. (11)

В другой статье 2020 года, опубликованной в рецензируемом журнале Nature Climate Change, предсказывалось, что, если выбросы антропогенных парниковых газов продолжатся такими же темпами, сокращение поставок продовольствия вместе с увеличением количества дней, свободных ото льда, подтолкнет исчезновение белых медведей к 2100 году. (12)

Текущие уровни парниковых газов

Глядя на атмосферные данные со станций отбора проб по всему миру, в апреле 2021 года NOAA объявило, что содержание углекислого газа составляет 412,5 миллионных долей (ppm), что на 7% меньше, чем в 2020 году. Это радостная новость, хотя снижение могло быть результатом остановки в 2020 году и последующего замедления экономической деятельности, включая транспорт. (13)

Если посмотреть на более длительный период времени, в отчете NOAA есть очень плохие новости: с 2000 года средняя глобальная концентрация углекислого газа в атмосфере выросла на 12%. (13)

Уровень метана вырос в 2020 году до 14,7 миллиардных долей (ppb). Это примерно на 6% больше по сравнению с уровнем 2000 года. Метана гораздо меньше, чем углекислого газа в атмосфере Земли, но он в 28 раз эффективнее улавливает инфракрасное тепло, отраженное от поверхности Земли. Более того, по прошествии 10 лет, метан окисляется до углекислого газа и остается там, вызывая парниковый эффект еще 300–1000 лет. (2, 13, 14)

Парниковый эффект и океаны

Океаны покрывают около 70–71% поверхности Земли. Они поглощают солнечное тепло и, в конечном итоге, отражают его в атмосферу, создавая ветры и воздействуя на реактивные течения, влияющие на погоду.

Океаны также поглощают углекислый газ из атмосферы. По данным NASA, океаны могут накапливать углекислый газ в течение миллионов лет, не давая ему попасть в атмосферу и не давая ему нагреть планету. (15)

Какими бы стабильными и успешными ни были океаны, которые могут казаться большими «поглотителями углерода» (местами для безопасного улавливания углерода), благодаря сложным биологическим и физиологическим процессам, океаны реагируют на изменение климата, а климат – на океаны.

Если парниковый эффект продолжит нагревать мир, океанические изменения внесут свой вклад в нестабильность погоды, включая как экстремальную жару, так и экстремальный холод. Это может также создать новые районы засухи и наводнений, которые могут повсюду изменить облик сельского хозяйства, сельской и городской жизни. (16, 17, 18, 19, 20)

Между тем засухи порождают лесные пожары, которые резко увеличивают выбросы углекислого газа в атмосферу. Углекислый газ увеличивает кислотность океана. Возникающий в результате минеральный дисбаланс затруднит морским животным создание экзоскелетов и раковин, от которых многие зависят.

Агентство по охране окружающей среды предупреждает, что изменения в океанских системах обычно происходят в течение длительных периодов времени. Какой бы ущерб ни наносили в настоящее время морям и морской жизни антропогенные парниковые газы, может потребоваться очень много времени, чтобы преодолеть его.

Есть ли выход из этой ситуации?

Согласно климатическому докладу МГЭИК, некоторые из парниковых эффектов могут быть необратимыми для многих будущих поколений. Однако некоторые изменения можно замедлить и, возможно, даже остановить, но только если замедлить и прекратить антропогенный вклад в уровни парниковых газов. (5)

Парижское соглашение – это международный договор, принятый 195 странами и организациями в декабре 2015 года и вступивший в силу в ноябре 2016 года. Оно призывает к снижению выбросов парниковых газов к 2050 году до нуля, т.е. оно не требует полного прекращения выбросов, а должно быть достаточно низким для поглощения из атмосферы новыми и развивающимися технологиями. (21)

Международное соглашение также призывает к достаточному сотрудничеству, чтобы снизить выбросы между 2050 и 2100 годами до уровней, которые могут быть естественным и безвредным образом поглощены почвой и океанами. Научные модели предполагают, что эти меры ограничат глобальное потепление до уровня ниже 2°C.

По условиям Парижского соглашения каждая сторона, подписавшая Соглашение, устанавливает свой собственный определяемый на национальном уровне вклад («NDC»), пятилетний набор действий и целей. (22, 23, 24)

Согласно статье в рецензируемом журнале Nature Communications, ожидается, что Бразилия, США и Япония достигнут нулевых чистых выбросов раньше, чем в среднем в мире. Китай, Европейский Союз и Россия должны достичь нулевых чистых выбросов примерно средними темпами, а Индия и Индонезия, по прогнозам, достигнут нулевых чистых выбросов позже, чем в среднем. (25)

Тем не менее 17 сентября 2021 года Организация Объединенных Наций объявила тревожные новости о Парижском соглашении. Последние 164 поданных NDC недостаточно амбициозны. Вместо того чтобы стремиться к нулевому показателю, вместе они позволили бы глобальным выбросам парниковых газов достичь пика в 2030 году на уровне 15,8% выше уровня 2010 года. (26)

Treehugger